Лекція 5 Автомобільный генератор План лекції: Автомобільний генератор Система запуску двигуна Система дистанційного запуску Система старт-стоп Автомобільний генератор

1
Лекція 5
Автомобільный генератор
План лекції:
1. Автомобільний генератор
2. Система запуску двигуна
3. Система дистанційного запуску
4. Система старт-стоп
1. Автомобільний генератор
Автомобільний генератор - електрична машина, що перетворює механічну енергію в електричний струм. В автомобілі генератор використовується для зарядки акумуляторної батареї і живлення електрообладнання при працюючому двигуні.
Рис. 1 Генератор
В якості автомобільного генератора застосовується генератор змінного струму.
Генератор розташовується, як правило, в передній частині двигуна і приводиться від колінчастого вала. На гібридних автомобілях генератор виконує функції стартера, т.зв. стартер-генератор. Аналогічна схема

2 використовується в деяких конструкціях системи стоп-старт. Провідними виробниками генераторів є фірми Bosch, Denso, Delphi.
Розрізняють два типи конструкцій автомобільних генераторів - традиційну і компактну. Крім геометричних розмірів, дані конструкції мають відмінності в компонуванні вентилятора, пристрої корпусу, приводного шківа, випрямного вузла. Разом з тим, можна виділити наступне загальна будова автомобільного генератора, що включає ротор, статор, щітковий вузол, випрямний блок, регулятор напруги. Всі елементи поміщені в корпус.
Рис. 2 Генератор в розрізі
Основне призначення ротора - створення обертового магнітного поля.
Для цього на валу ротора знаходиться обмотка збудження, вміщена в дві полюсні половини. Кожна з полюсних половин має по шість виступів - дзьобів. На валу ротора розташовані два контактних кільця, через які здійснюється харчування обмотки збудження. Кільця, як правило, мідні, рідше сталеві або латунні. Висновки обмотки збудження припаяні безпосередньо до кілець.
Залежно від конструкції на валу ротора розміщується одна або дві крильчаткивентилятора, а також закріплюється ведений приводний шків.

3
Підшипниковий вузол ротора представлений двома кульковими необслуговуваними підшипниками. На валу з боку контактних кілець також може встановлюватися роликовий підшипник.
Статор служить для створення змінного електричного струму.
Конструктивно він об'єднує металевий сердечник і обмотки. Сердечник набирається з сталевих пластин. Для навивки обмоток в осерді виконано 36 пазів. У пазах укладається три обмотки, що утворюють т.зв. трифазне з'єднання. Розрізняють петлевий або хвильової спосіб укладання обмоток в пази. З'єднання обмоток між собою може здійснюватися за двома схемами:
• схема «зірка» (одні кінці обмоток з'єднані в одній точці, інші є висновками);
• схема «трикутник» (послідовне кільцеве з'єднання кінців обмоток, висновки з точок з'єднання).
У корпусі розміщується більшість конструктивних елементів генератора. Корпус являє собою дві кришки - передню (з боку приводного шківа) і задню (з боку контактних кілець). Кришки стягнуті між собою за допомогою болтів. Кришки виготовляються, як правило, з алюмінієвого сплаву - легкого, немагнітного і легко розсіює тепло. На поверхні кришок виконані вентиляційні вікна, а також дві (двухлапное кріплення генератора) або одна (однолапное кріплення генератора) кріпильні лапи.
Щітковий вузол забезпечує передачу струму збудження на контактні кільця. Вузол включає дві графітні щітки, пружини їх притискають і щіткотримач. На сучасних генераторах щіткотримач об'єднаний з регулятором напруги в єдиний нерозбірний вузол.
Випрямний блок служить для перетворення синусоїдального напруги, що виробляється генератором, в напругу постійного струму бортової мережі автомобіля. Випрямний блок являє собою пластини, що виконують роль

4 теплоотводов, на яких змонтовані діоди. Блок містить шість силових напівпровідникових діодів, по два на кожну фазу, один на «позитивний»,
інший - на «негативний» висновок генератора.
На деяких генераторах обмотка збудження підключена через окрему групу, що складається з двох діодів. Дані випрямлячі перешкоджають протіканню струму розряду акумуляторної батареї через обмотку при непрацюючому двигуні. При з'єднанні обмоток по типу «зірка» на нульовому виведення встановлюється два додаткових силових діода, що дозволяє збільшити потужність генератора до 15%.
Включення випрямного блоку в схему генератора виробляється на спеціальних монтажних майданчиках за допомогою пайки, зварювання або болтового з'єднання.
Регулятор напруги призначений для підтримки напруги генератора в певних межах. Сучасні генератори оснащуються напівпровідниковими електронними (інтегральними) регуляторами напруги. Розрізняють такі конструкції електронних регуляторів:
• гібридне виконання - електронні прилади та радіоелементи використовуються в електронній схемі разом з Товстоплівкові мікроелектронними елементами;
• інтегральне виконання - все компоненти регулятора напруги, крім вихідного каскаду, виконані за допомогою тонкопленочной мікроелектронної технології.
Стабілізація напруги, необхідна при зміні частоти обертання колінчастого вала двигуна і навантаження, здійснюється автоматично за рахунок впливу на струм в обмотці збудження. Регулятор управляє частотою
імпульсів струму і їх тривалістю.

5
Регулятор напруги вніс зміни напруги, що підводиться для зарядки акумуляторної батареї, в залежності від температури повітря (т.зв. термокомпенсация напруги). Чим нижче температура повітря, тим більша напруга підводиться до акумуляторної батареї.
Привід генератора здійснюється за допомогою пасової передачі і забезпечує обертання ротора зі швидкістю в 2-3 рази перевищує частоту обертання колінчастого вала. Залежно від конструкції генератора в передачі використовується клиновий або поліклинові ремінь. Область застосування клинового ременя обмежена розмірами веденого шківа (при певному діаметрі шківа клиновий ремінь швидко зношується).
Поліклинові ремінь більш універсальний, тому що застосуємо при невеликих діаметрах веденого шківа, і отже з його допомогою може бути реалізовано більше передавальне число. На сучасних моделях генераторів привід здійснюється полікліновим ременем.
На автомобілях може встановлюватися т.зв. індукторний
(Бесщеточний) генератор. Такий генератор має ротор, що представляє собою набір спресованих тонких пластин з трансформаторного заліза (ротор з магнітомягкого пасивної ферромасси). Обмотка збудження поміщена на статорі. Електрорушійна сила в індукторні генераторі виходить шляхом зміни магнітної провідності повітряного зазору між ротором і статором.
Робота автомобільного генератора
При повороті ключа в замку запалювання, струм від акумуляторної батареї через щітковий вузол і контактні кільця надходить на обмотку збудження. В обмотці наводиться магнітне поле. З обертанням колінчастого вала двигуна починає обертатися ротор генератора. Магнітне поле ротора пронизує обмотки статора, на висновках яких виникає змінна напруга. При досягненні певної частоти обертання генератор переходить в режим

6 самозбудження, тобто обмотка збудження живиться безпосередньо від генератора.
Випрямний блок перетворює змінну напругу в напругу постійного струму. В такому стані генератор забезпечує необхідний струм для зарядки акумуляторної батареї і живлення споживачів. При зміні частоти обертання колінчастого вала двигуна і навантаження в роботу включається регулятор напруги. Він регулює час включення обмотки збудження. При зростанні частоти обертання генератора і зменшенні зовнішнього навантаження час включення обмотки збудження зменшується, навпаки, при зменшенні частоти обертання і збільшення навантаження - збільшується.
У разі, коли струм перевищує можливості генератора, в роботу включається акумуляторна батарея. Для контролю працездатного стану генератора на панелі приладів є контрольна лампа (лампа контролю заряду).
Параметри генератора
•
До основних параметрів генератора відносяться: номінальна напруга, номінальний струм, номінальна частота обертання, частота самозбудження, коефіцієнт корисної дії.
•
Залежно від конструкції електричної системи автомобіля номінальну напругу становить 12 або 24 В. За номінальний струм приймається максимальний струм віддачі при номінальній частоті обертання, яка становить 6000 об / хв. Залежність величини сили струму від частоти обертання генератора називається токоскоростной характеристикою.
Крім номінальних значень токоскоростной характеристика включає
інші характерні точки:
•
• мінімальна робоча частота обертання і мінімальний струм
(мінімальний струм становить 40-50% від номінального струму);

7
•
• максимальна частота обертання і максимальний струм
(максимальний струм перевищує номінальний струм не більше 10%).
2. Система запуску двигуна
Система запуску двигуна, як випливає з назви, призначена для запуску двигуна автомобіля. Система забезпечує обертання двигуна зі швидкістю, при якій відбувається його запуск.
На сучасних автомобілях найбільшого поширення набула стартерная система запуску. Система запуску двигуна входить до складу електроустаткування автомобіля. Харчування системи здійснюється постійним струмом від акумуляторної батареї.
Система запуску включає стартер з тяговим реле і механізмом приводу, замок запалювання і комплект сполучних проводів.
Стартер створює необхідний крутний момент для обертання колінчастого вала двигуна. Він являє собою електродвигун постійного струму. Конструктивно стартер складається з статора (корпуса), ротора
(якоря), щіток зі щіткотримачем, тягового реле і механізму приводу.
Тягове реле забезпечує харчування обмоток стартера і роботу механізму приводу. Для виконання своїх функцій тягове реле має обмотку, якір і контактну пластину. Зовнішнє підключення до тягового реле здійснюється через контактні болти.
Механізм приводу призначений для механічної передачі крутного моменту від стартера на колінчастий вал двигуна. Конструктивними елементами механізму є: важіль приводу (вилка) з повідкової муфтою і демпферного пружиною, муфта вільного ходу (обгону муфта), ведуча

8 шестерня. Передача крутного моменту здійснюється шляхом зачеплення провідної шестерні з зубчастим вінцем маховика колінчастого вала.
Замок запалювання при включенні забезпечує подачу постійного струму від акумуляторної батареї до тягового реле стартера.
Система запуску, що встановлюється на бензинові і дизельні двигуни, має аналогічну конструкцію. Для полегшення запуску дизельних двигунів в холодну пору система запуску може обладнуватися свічками розжарювання, які підігрівають повітря у впускному колекторі. З цією ж метою на автомобілях застосовуються системи передпускового підігріву.
Подальшим розвитком системи запуску двигуна є: автоматіческійо запуск двигуна, інтелектуальний доступ в машину і запуск двигуна без ключа, система Стоп-Старт.
Робота системи запуску здійснюється наступним чином. При повороті ключа в замку запалювання струм від акумуляторної батареї надходить на контакти тягового реле. При протіканні струму по обмотках тягового реле відбувається втягування якоря. Якір тягового реле переміщує важіль механізму приводу і забезпечує зачеплення провідної шестерні з зубчастим вінцем маховика.
При русі якір також замикає контакти реле, при якому відбувається харчування струмом обмоток статора і якоря. Стартер починає обертатися і розкручує колінчастий вал двигуна.
Як тільки відбувається запуск двигуна, обороти колінчастого валу різко зростають. Для запобігання поломки стартера спрацьовує обгону муфта, яка від'єднує стартер від двигуна. При цьому стартер може продовжувати обертатися.

9
При повороті ключа в замку запалювання стартер зупиняється.
Поворотна пружина тягового реле переміщує якір, який в свою чергу повертає механізм приводу в початкове положення.
3. Система дистанційного запуску двигуна
Система дистанційного запуску двигуна дозволяє запустити двигун автомобіля при відсутності водія в салоні. У зимовий час дистанційний запуск двигуна проводиться для попереднього (до початку руху) обігріву салону автомобіля і прогріву силової установки, а влітку, навпаки, для охолодження. Тим самим досягається комфортна температура в салоні автомобіля.
Система дистанційного запуску двигуна може встановлюватися централізовано на заводі при виробництві автомобіля або самостійно в спеціалізованій майстерні після його продажу. Заводську систему дистанційного запуску пропонують багато автовиробників - General Motors,
Ford, Honda, Renault, Nissan і ін.
Конструкція системи передбачає кілька режимів роботи:
• автоматичний запуск двигуна для прогріву до заданого часу
(тривалість роботи двигуна від 5 до 20 хвилин);
• циклічний запуск двигуна для підтримки заданої температури
(запуск двигуна проводиться кожні 2 години до 5 разів).
Режим роботи можна вибрати за допомогою інтерфейсу мультимедійної системи або активувати натисканням кнопок на брелоку ключа запалювання. У деяких системах на брелоку є спеціальна кнопка дистанційного запуску.
Крім цього з брелока можна безпосередньо зробити дистанційний запуск двигуна. Радіус дії системи визначається конструкцією конкретного

10 виробника (Ford Remot Start - до 100 м, Renault Start - до 200 м) і залежить від наявності перешкод на шляху сигналу. Додатково може активуватися підігрів сидінь, дзеркал заднього виду, лобового і заднього скла.
Система працює наступним чином. При натисканні кнопки на брелоку ключа формується сигнал, який для запобігання несанкціонованому доступу кодується. Сигнал передається по радіоканалу на приймач автомобіля. При отриманні сигналу, приймач в заданий час забезпечує подачу напруги на стартер. Двигун запускається. Алгоритм роботи системи подібний запуску двигуна за допомогою ключа запалювання.
Для захисту від угону в системі дистанційного запуску двигуна передбачено ряд заходів. Система не спрацює при несанкціонованому русі автомобіля, відкритих дверях салону, багажника, капота, при сигналізації, що спрацювала.
Ряд виробників пропонують комплекти системи дистанційного запуску двигуна, які можна встановити після продажу автомобіля.
Розрізняють два різновиди конструкції aftermarket систем дистанційного запуску - у вигляді окремої системи або у вигляді функції автомобільної сигналізації.
Найбільший інтерес для споживача представляють системи, які управляються за допомогою мобільного додатку. Встановлений на автомобілі GSM-модуль представляє можливість управляти запуском двигуна на необмеженій відстані.
4. Система Стоп-старт
Система Стоп-старт (в іншій інтерпретації - система Старт-стоп) призначена для економії палива, зниження шкідливих викидів і шуму за рахунок скорочення часу роботи двигуна на холостому ходу. Як показує практика експлуатації автомобіля, режим холостого ходу складає до 30%

11 загального часу роботи двигуна. Цьому сприяють часті зупинки на світлофорах, знаходження в пробках, які є атрибутами великого міста.
До недавнього часу система Стоп-старт застосовувалася в основному на гібридних автомобілях. Сьогодні ситуація докорінно змінюється.
Практично всі провідні автовиробники мають в своєму модельному ряду автомобілі, обладнані цією системою.
Принцип роботи системи Стоп-старт полягає в виключенні двигуна при зупинці автомобіля і його швидкому запуску при натисканні на педаль зчеплення (механічна коробка передач) або відпуску педалі гальма
(автоматична коробка передач).
Конструктивно система Стоп-старт об'єднує пристрій, що забезпечує багаторазовий запуск двигуна, і електронну систему управління.
Існує кілька підходів до реалізації функції багаторазового запуску двигуна:
Рис. 3 Схема система Старт-стоп

12
Найпростішим і надійним з точки зору конструкції є система Stop &
Start фірми Bosch. Завдяки даній системі назву «стоп-старт» стало загальною назвою інших систем. Система встановлюється на автомобілі Audi, BMW,
Volkswagen і забезпечує зниження споживання палива, шкідливих викидів до
8%.
Основу системи складає спеціальний стартер, розрахований на велику кількість пусків двигуна і має збільшений термін служби. Стартер обладнаний посиленим малошумним механізмом приводу, що гарантує швидкий, надійний і безшумний запуск двигуна.
Система управління здійснює зупинку і запуск двигуна, а також контроль заряду акумуляторної батареї. Як і всі сучасні електронні системи вона включає вхідні датчики, блок управління і виконавчі пристрої.
До вхідних датчиків належать датчики частоти обертання коліс, частоти обертання колінчастого вала, положення педалі зчеплення
(положення педалі гальма), положення педалі акселератора, нейтрального положення важеля коробки передач (тільки з МКПП), стану акумуляторної батареї, а також інші датчики системи управління двигуном.
Свого електронного блоку система не має, а використовує потужності блоку управління двигуном, в якому встановлено відповідне програмне забезпечення. Виконавчими пристроями системи є форсунки системи упорскування, котушки запалювання, стартер.
Робота системи Stop & Start носить циклічний характер (вимикання- запуск). Вимкнення двигуна відбувається за таких умов:
• повна зупинка автомобіля;

13
• переклад важеля коробки передач в нейтральне положення і відпускання педалі зчеплення - для автомобіля з механічною коробкою передач;
• натиснута педаль гальма - для автомобіля з автоматичною коробкою передач.
Крім цього, при прийнятті рішення про виключення двигуна система оцінює частоту обертів двигуна, температуру охолоджуючої рідини, рівень зарядки акумуляторної батареї, режим роботи кліматичної установки.
При непрацюючому двигуні харчування споживачів електричної енергії (кондиціонера, аудіосистеми та ін.) Проводиться від акумуляторної батареї.
При натисканні педалі зчеплення (відпуску педалі гальма на автомобілі з автоматичною коробкою передач) система активує стартер і виробляє запуск двигуна. Надалі цикл роботи системи повторюється.
Якщо величина заряду акумуляторної батареї опускається нижче заданої величини, система на підставі сигналу відповідного датчика і команді блоку управління вимикається. Включення системи проводиться після зарядки акумуляторної батареї. Система може бути примусово відключена за допомогою спеціальної кнопки на панелі приладів.
Система Старт-стоп наступного покоління вимикає двигун вже в процесі зупинки автомобіля (до його повної зупинки), чим досягається ще більша економія палива. Процес зупинки автомобіля розпізнається блоком управління за певними параметрами руху: швидкості руху до гальмування, швидкості руху в поточний момент часу, відсутності ухилу дороги, відсутності маневрування. Якщо параметри руху не відповідають заданим значенням, система спрацьовує після повної зупинки автомобіля.

14
Аналогічну конструкцію має система ISG (Idle Stop & Go) від Kia
Motors. Основне відмінністю даної системи полягає в управлінні автомобільним генератором. Так, при високому навантаженні на двигун для зниження споживання палива генератор відключається, при гальмуванні генератор включається і проводиться підзарядка акумуляторної батареї. При падінні потужності акумуляторної батареї нижче 75% від номінальної система вимикається. Система вимикається також при використанні кондиціонера.
Список літератури
1. https://amastercar.ru/articles/electrical_equipment_of_car_11.shtml
2. http://avtomir.dn.ua/systema-pusku-dvyguna-13/
3. http://systemsauto.ru/electric/firing.html
4. https://pandora.com.ua/services/avtozpusk-distantsionnyi-zapusk- dvigatelia
5. https://ffclub.ru/topic/340063/
6. https://www.zr.ru/content/articles/419631-start- stop_chetyre_takta_tishiny/
7. http://icarbio.ru/articles/system-start-stop.html