Вступ
Темпи росту випуску автомобілів і підвищення інтенсивності руху на автострадах і в містах ставлять перед автомобілебудівниками нові складні завдання. Це, насамперед , боротьба за безпеку руху, зменшення забруднення повітря газами, що відробили, підвищення паливної економічності, ходових якостей автомобіля і його надійності, продовження терміну служби, зниження стомлюваності водія при керуванні автомобілем.
Серед них найважливіше значення має економія палива і зниження токсичності відпрацьованих газів.
Автомобільний транспорт – вельми енергоємна область господарства, споживаюча до 1/3 всієї нафти, що здобувається. Тому економічність стала основним експлуатаційним показником технічного рівня автомобіля.
Розвиток і вдосконалення автомобіля нерозривно пов'язаний з широким застосуванням в ньому електричного устаткування, зростанням вимог до його експлуатаційної надійності, яка багато в чому визначає працездатність автомобіля.
Електроустаткування сучасного автомобіля – складна система, що забезпечує автоматизацію робочих процесів, економію палива, безпеку руху і поліпшення умов праці водія.
Один з перспективних напрямів технічного вдосконалення і підвищення експлуатаційних властивостей автомобіля – впровадження електронних пристроїв і систем.
Електронніприлади на автомобілі застосовуються в даний час як для заміни електричних систем, так і для створення принципово нових систем автомобільної тематики.
Широкого поширення набули електронні системи запалення, які забезпечують надійнішу роботу двигуна і економію палива, знижують токсичність відпрацьованих газів.
Кількість, що все збільшуються, і потужність споживачів електричної енергії на автомобілях привели до використання високооборотних синхронних генераторів змінного струму з електричними регуляторами напруги.
Упроваджуються автоматичні системи управління головним освітленням, швидкістю руху, пристроями попередження водія про небезпеку або близькість перешкод, це істотно підвищує безпеку руху.
В даний час на деяких автомобілях встановлюється до 35 індикаторів, спостереження за якими утрудняє роботу водія. Застосування електронних систем відображення інформації і створення інтегруючих приладів, що забезпечує пріоритетність інформації, що поступає, підвищує ефективність її використання водієм.
Електронні системи використовуються також для діагностики технічного стану вузлів і агрегатів автомобіля і можуть не тільки указувати на несправність, але і давати водієві рекомендації про доцільні дії.
Великого поширення набувають мікропроцесорні системи управління двигуном (подачею палива, запалення, трансмісією, стабілізацією швидкості руху, анти блокувальними пристроями).
Розроблена програмно-стежача система, що сповіщає водія про маршрут проходження.
Умови експлуатації електронних систем на автомобілі жорсткіші, ніж в інших областях застосування електроніки. Вони визначаються великим діапазоном зміни температури електронних приладів на автомобілі (-60.+50), значною вологістю, пилом, брудом, вібрацією, прискоренням при розгоні. Напруга в бортовій мережі непостійна. За відсутності контакту або електроліту в акумуляторній батареї напруга бортової мережі може досягати 75 В.При пуску ж двигуна в холодних умовах воно падає до 3.5...6 В. При неправильному підключенні акумуляторної батареї змінюється полярність напруги, що може привести до виходу з ладу електронних приладів. У бортовій мережі виникають імпульси перенапруження до 300 В. Негативно діють на роботу електронних приладів магнітні поля, які виникають усередині автомобіля і на міських вулицях, тому до розробки електронних пристроїв автомобіля пред'являються високі вимоги.
Особливість застосування електроустаткування на автомобілі – масовість його виготовлення, де економічні міркування займають одне з перших місць.
Короткий огляд розвитку електроустаткування автомобіля
Вперше електрична енергія була використана в двигунах внутрішнього згорання в 1860 р. для займання горючої суміші. Високу напругу для утворення електричної іскри створювали за допомогою простої індукційної котушки, яка харчувалася від гальванічних елементів. Проте із-за своєї недосконалості система не набула поширення.
У 80-х роках ХIХ в. Було використано запалення низьковольтного магнето. ЕДС підводилася до двох електродів, розташованих в циліндрі двигуна. У необхідний момент один з електродів відсовувався від нерухомого електроду і через зазор, що утворився, проскакувала іскра низької напруги що запалювала робочу суміш. Всілякі конструктивні утруднення привели до того, що така система «на відрив» не знайшла широкого розповсюдження.
У 1901-1907 рр. було створено магнето високої напруги, яка повсюдно використовувалася на автомобілях до 1920-1930 рр., тобто до застосування акумуляторних батарей. Починаючи з 30-х років магнето використовується рідко і застосовується тільки на машинах спеціального призначення. Широкого поширення набула класична система запалення.
Подальший розвиток двигунобудування привів до розробки нових систем запалення, оскільки класична система батарейного запалення не задовольняла пред'явленим вимогам. Найбільш перспективні зараз електронні, безконтактні і мікропроцесорні системи.
До недавнього часу на автомобілях встановлювалися трьох щіткові генератори постійного струму. Потужність їх складала всього 60 Вт. Регулятори напруги не застосовувалися. Істотний недолік цих генераторів – повна невідповідність їх характеристик умовам заряду акумуляторної батареї. Їх замінили генератори постійного струму з паралельним збудженням.
Розвиток напівпровідникової техніки дозволив використовувати на автомобілях генератори змінного струму з напівпровідниковими вбудованими випрямлячами і транзисторними регуляторами напруги. Генераторні установки розвиваються по шляху зростання їх потужності у зв'язку із збільшенням числа і потужності споживачів електричної енергії, терміну служби і підвищення питомих показників використання активних матеріалів.
Бензинові двигуни з невеликим робочим об'ємом і низьким ступенем стиснення без великих утруднень могли запускатися за допомогою рукоятки. З 1925 р. на автомобілях почали встановлювати систему пуску, яка складалася з акумуляторної батареї, електростартера і комутаційної апаратури. Потужність стартера досягла приблизно 0.5 кВт, що утрудняло пуск холодного двигуна. Номінальна напруга системи електроустаткування складала 6 В. Значний крок вперед в розвитку електроустаткування був зроблений при впровадженні напруги системи електроустаткування автомобілів 12 В. Це дозволило без збільшення габаритних розмірів підвищити потужність стартерів до 1 кВт і, таким чином, значно поліпшити пуск. В даний час потужність стартерів великовантажних автомобілів складає 10.15 кВт, а місткість акумуляторних батарей – 200.240 А-г.
Для освітлення застосовувалися свічки, гасові лампи, а потім ацетиленові фари. З підвищенням швидкостей руху автомобілів виникла необхідність в поліпшенні освітлення, і починаючи з 1911 р. стали з'являтися фари з лампами розжарювання.
Збільшення автомобільного парку, а у зв'язку з цим кількості дорожньо-транспортних подій, зажадали розробки нових систем освітлення. Розроблені і упроваджені чотирьохфарнi та автоматично регульовані системи освітлення, протитуманні фари, галогенові лампи та ін. У системах освітлення перспективно використовуються напівпровідникові свiтловипроминюючi елементи, рідкі кристали, світловоди.
Для контролю стану і працездатності агрегатів і систем автомобілів і тракторів застосовуються контрольно-вимірювальні прилади, які полегшують роботу водія, контролюють стан і працездатність агрегатів і систем.
Розвиток і удосконалення електроустаткування автомобіля в даний час спрямований на рішення питань підвищення паливної економічності, зниження токсичності відпрацьованих газів, підвищення безпеки руху, створення діагностичної бортової апаратури та ін.
Історію розвитку електронних пристроїв (ЕП), використовуваних на автомобільному транспорті, умовно можна представити у вигляді декількох етапів.
Перший етап
(до 1950 р.). основу елементної бази ЕП цього етапу складали електронні лампи з властивою їм підвищеною чутливістю до вібрацій і ударів, із значними габаритними розмірами і необхідністю додаткового живлення. Умови роботи вузлів і агрегатів автомобілів ставили непереборні перешкоди впровадженню електронних пристроїв того часу. Проте широкого поширення набули автомобільні радіоприймачі і прийомопередаючi радіостанції службового зв'язку.
Другий етап
(1950-1980 рр.) – етап інтенсивної розробки ЕП для автомобілів. Вiн пов'язаний перш за все з винаходом і широким розповсюдженням транзисторів. У цей період були розроблені і упроваджені напівпровідникові випрямлячі для автомобільних генераторів, електронні регулятори напруги. З'явилися електронні системи запалення.
У цей період розробляються і упроваджуються пристрої для автоматизації управління автомобілем, збільшується роль і якість інформації водія про роботу окремих вузлів і систем, використовуються антиблокувальні електронні пристрої. Створюються пристрої для автоматичної підтримки швидкості автомобіля.
Третій етап
(1980-1990 рр.) характеризується перш за все впровадженням електронно-обчислювальної техніки. На зміну одиночним пристроям пришли мікро ЕРМ і мікропроцесори.
Четвертий етап
(1990-2000 рр.). З'являються комплексні системи управління силовим агрегатом, інформаційно-діагностичні центри, мультиплексні системи зв'язку, системи попередження зіткнень, навігаційні системи, системи забезпечення максимального комфорту для водія.
На цьому етапі знайдуть рішення багато проблем безпеки руху, економія палива досягає 20...25%, планується подальше зниження токсичності.
У стадії розробки і освоєння зараз налічується близько 40 автомобільних електронних систем, які реалізують до 100 різних функцій управління. При цьому на одному автомобілі до 2000 р. встановлюватиметься до 15 – 20 таких систем.
Електроустаткування сучасного автомобіля залежно від функціональних зв'язків і цільового призначення можна розділити на наступні системи:
1) електропостачання, що забезпечує електроенергією всіх споживачів;
2) пуску, що здійснює пуск двигуна внутрішнього згорання автомобіля;
3) запалення, що забезпечує займання робочої суміші двигуна;
4) освітлення і сигналізації, що створює можливість експлуатації автомобіля в нічний час і що підвищує безпеку руху;
5) контрольно-вимірювальних приладів, інформації і діагностики;
6) автоматичного управління двигуном і трансмісією, що забезпечує економію палива, зменшення токсичності відпрацьованих газів, підвищення стабільності і надійності роботи двигуна i трансмісії;
7) комфортного устаткування (склоочисники, нагрiвачi, кондиціонери).
1. Спеціальна частина
1.1
Обгрунтування необхідності застосування приладу
В даний час багато автомобiлiстiв оснащують свої машини приладами електронного запалення, придбаними в магазині або виготовленими самостійно. Більшість таких пристроїв управляються від контактного переривника. Проте властиві йому недоліки – люфт валу, «брязкіт» контактів і ін., зменшують переваги приладів електронного запалення. Кращі результати виходять при управлінні від безконтактних датчиків.
Пропонується доопрацювання серійного переривника-розподільника Р-125 автомобіля «Жигулі» для розміщення в нім оптронного безконтактного датчика без порушення його функціонування у разі роботи із звичайним електромеханічним запаленням.
1.2 Розробка схеми приладу
Доопрацювання включає виготовлення наступних деталей: утримувача світлодіода; стійки, на якій встановлюється фотодіод і закріплюється утримувач світлодіода; кільця з вирізами; технологічного центруючого обрамлення для установки кільця.
Утримувач світлодіода і стійка виготовляються з алюмінієвого сплаву. Кільце – із сталі будь-якої марки. Рухома пластинка переривника-розподільника з розміткою різьбових отворів для кріплення стійки із сталі. Обрамлення є шайбою зовнішнім діаметром 44, внутрішнім 19 і завтовшки 5 мм. Кільце за допомогою центруючої шайби встановлюється на ротор, в пластині якого через кільце висвердлюють отвори під різьблення М2,5.
Кільце на роторі можна вста
При виготовленні кільця слід звернути особливу увагу на те, щоб початки вирізів, тобто перехід від неосвітленого стану фотодіода до освітленого, були розташовані строго під кутом 90°. Співвідношення освітленого і затемненого стану фотодіода відповідає розімкненому і замкнутому положенням переривника, тому датчик може працювати не тільки з конденсаторною, але і з транзисторною системою запалення.
1.3 Опис роботи схеми приладу
У датчику використані світлодіод АЛ107А (або АЛ107Б), фотодіод ФД9 (або ФД-К-155).
При збірці датчика на утримувач світлодіода приклеюється клемна колодка з трьома пелюстками для кріплення висновків світлодіода і фотодіода. Висновки світлодіода з надітими хлорвініловими трубками укладаються в паз і закріплюються епоксидним клеєм, також клеєм закріплюються дроти від фотодіода.
Висновки від клемної колодки припаюються до роз'єму РГ1Н-1-1 із спиляним з одного боку фланцем. Роз'єм встановлюється замість клеми низької напруги і кріпиться гвинтом М2 до корпусу переривника-розподільника, при цьому кришку розподільника допрацьовувати не треба.
Дріт, що залишився, який йшов від переривника до клеми низької напруги, можна не від'єднувати, а затиснути його наконечник між контактами переривника. Дріт буде надійно закріплений від переміщень, а пересувний контакт відсунеться від кулачка.
При переході на електромеханічну систему запалення клема Низької напруги встановлюється на своє місце, а для кріплення знятого роз'єму в пластині, що утримує фетрове набивання, нарізаєтьсяв зручному місці різьблення М2.
Спільно з безконтактним датчиком легко виконати протиугінний пристрій, наприклад, по мостовій схемі, яка вирішує роботу не просто при замиканні або розмиканні якого-небудь ланцюга а і при підключенні резистора певного опору, що забезпечує баланс моста.
При виконанні рівності напруга в діагоналі моста рівна нулю і транзистори VT1 і VT2 закриті. Закриті і транзистори VT3, VT4, при цьому протиугінний пристрій через транзистор VT4 не впливає на роботу електронного запалення. При витяганні «ключа» R1 або спробі замінити його резистором з іншим опором баланс моста порушується, при цьому відкривається один з транзисторів VT1 або VT2 (залежно від опору резистора, включеного замість R1). Струм колектора транзисторів VT1, VT2 або VT3 відкриває ключовий транзистор VT4, який блокує роботу електронного запалення. Точка підключення виходу
ключового транзистора VT4 може бути різна залежно від схеми пристрою запалення.
При застосуванні оптронного датчика, описаного в статті, резистор R9 слід підключити до дроту, що йде від фотодіода до блоку електронного запалення. При цьому у разі спрацьовування протиугінного пристрою — витягання «ключа» — струм транзистора VT4 встановлює вихідний потенціал оптронного датчика близьким до нуля, і робота, електронного запалення виявляється неможливою.
У разі використання два і більше мостів колектори відповідних транзисторів об'єднуються.
2. Розрахункова частина
Розрахувати, бестрансформаторний підсилювач потужності, що працює в режимі класуВ, за умови отримання потужності Рвых
= 0,1 Вт при навантаженні Rн
= 400 Ом. Діапазон робочих частот від f
н
= 100 Гц до f
в
= 20 кГц.
Порядок розрахунку
1. Вважаючи тр
= I (ККД трансформатора), визначаємо максимальну потужність розсіяння на колекторі транзистора одного плеча підсилювача
2. Знаходимо максимальний колекторний струм транзистора одного плеча
3. Визначаємо напругу джерела струму із формули
4.Знаходимо граничну частоту підсилення передбачуваного типу транзистора із умови) приймаючи
Нерівність виконується, якщо
5.Враховуючи отримані значення Рк макс.
, Iк макс.
, а також умову
Вибираємо транзистори N-p-N і p-N-p пару і що забезпечує відносну симетрію плеч каскаду.
Для даних умов підходять транзистори МП39 (p-N-p) и МП37 (N-p-N)
6. Побудуємо на сімействі вихідних характеристик транзисторів МП37 чи МП39 динамічну навантажувальну пряму, що відсікає на осі абсцис 0.5 Ек, а на осі ординат Iк
max
, визначаємо значення
7. Знаходимо реальну потужність при навантаженні відповідну площі трикутника ABC.
8. Визначаємо потужність відбірну каскадом від джерела живлення
9. Знаходимо ККД каскаду
10. Використовуючи вхідну характеристику транзистора МП37 (чи МП39) визначаємо струм Iбm
інапругуUбем
відповідні максимальній амплітуді струму I = 20 мА; Iбт
=1.2 мА; Uбем
= 0.8 В
11. Знаходимо вхідну потужність каскаду
12. Коефіцієнт підсилення за потужністю
13. Визначаємо ємність конденсатора Ср
у вихідному ланцюгу
14. Вибираємо номінал по ГОСТу в бік більших значень
Ср
= 4.7 мкФ
3. Технологічна частина
У схемі замість транзисторів К.Т203Б можна використовувати транзистори КТ361Г, К.Т349Б, МП105, а замість КТ315Г підійдуть КТ312В, КТ301Е або МП101Б. Резистори R2 і R9 є обмежувальними. На схемі вказаний один з можливих варіантів опорів резисторів моста. У реальному протівоугонном пристрої опору резисторів R3—R5 і R1 бажано використовувати інші і зберігати в таємниці. При цьому опір резистора R3 може лежати в межах 30...150 ком, R1 - 6,0...120 ком, а сума опорів резисторів R4 і R5 повинна бути близькою до 3 ком. Протиугінний пристрій може розміщуватися в корпусі блоку електронного запалення або в будь-якому відповідному місці. На щиток виводяться тільки клеми «ключа».
4. Техніка безпеки та протипожежні заходи, захист навколишнього середовища
Широке застосування електрики на транспорті створює потенціальну загрозу ураження електричним струмом у разі безпосереднього стикання з оголеним проводом замкненого електричного кола. Ураження можливе також через ґрунт, на якому лежать оголені проводи, й на відстані — через провідники високої напруги за механізмом вольтової дуги. Може бути уражена й та особа, яка надає допомогу, якщо торкатиметься потерпілого незахищеними руками.
Електричний струм уражує всі відділи організму, спричинюючи механічні ушкодження, опіки, іонізацію тканин та інші патологічні зміни. Потерпілий, як правило, не може відірватися від проводу через сильне скорочення м'язів кінцівок. При цьому можливі додаткові травми (забите місце, опік тощо).
Щоб запобігти ураженню електричним струмом, використовують засоби колективного й індивідуального захисту, а також засоби додаткового захисту.
До засобів колективного захисту належать:
· захисне вимикання аварійної мережі в цілому або її ділянки;
· захисне заземлення, занулення електрообладнання;
· застережні, заборонні, наказові, вказівні переносні щити;
· ізолювальні прокладки, тимчасові переносні заземлення;
· спеціальні знаки безпеки, сигналізація, блокування.
До спеціальних засобів індивідуального захисту належать:
· діелектричні рукавички, боти, галоші, килимки, ізолювальні підставки,
· переносні безпечні світильники напругою 12…48 В, знижувальні трансформатори напругою 220/12 або 220/42 В, захисне заземлення.
До засобів додаткового захисту належать:
· діелектричні доріжки;
· захисні окуляри;
· спеціальні рукавички з важко займистої тканини;
· захисні пристрої тощо.
Крім того, на працюючих накопичуються заряди статичної електрики, особливо в разі користування одягом із штучного волокна, вовни, взуттям із підошвами, що не проводять електричного струму, а також під час виконання ручних робіт із речовинами-діелектриками й шліфувальною шкуркою.
Найпростіший і найнадійніший спосіб захисту від статичної електрики — заземлення технологічного обладнання, трубопроводів тощо. Необхідно передбачати також струмопровідні підлоги, антистатичні рукавички.
- Перед початком роботи з ручним електроінструментом слід пересвідчитися в тому, що він справний і є захисне заземлення.
- Для роботи з інструментом під напругою 127...220 В треба надіти захисні окуляри, гумові рукавиці, галоші й користуватися гумовим килимком або сухим дерев'яним стелажем.
- Залишаючи робоче місце навіть ненадовго, слід вимкнути електроінструмент.
- У разі виявлення будь-якої несправності електроінструменту, заземлювального пристрою або штепсельної розетки треба негайно припинити роботу.
- У приміщеннях без підвищеної й особливої небезпеки використовуються світильники напругою 42 В. У приміщеннях з особливою й підвищеною небезпекою, в тісноті, в незручному положенні працюючого застосовуються переносні світильники місцевого освітлення напругою 12 В.
Пожежі на автопідприємствах можуть виникнути з таких причин:
-Порушення правил використання відкритого вогню, електричної енергії;
-виконання зварювальних робіт у приміщеннях і на територіях, захаращених пальними матеріалами;
-використання непідготовленої техніки в пожежонебезпечних місцях;
-експлуатація несправних систем опалення, електродвигунів, електронагрівальних приладів;
-порушення норм зберігання пожежонебезпечних несумісних матеріалів, вибухонебезпечних речовин.
До організаційних протипожежних заходів належать:
· розроблення правил та інструкцій з протипожежної безпеки;
· організація вивчення цих правил та інструкцій;
· визначення терміну, місця й порядку проведення протипожежного інструктажу;
· організація належного протипожежного нагляду за об’єктами. За здійснення всіх протипожежних заходів на АТП відповідає особа з числа керівного складу.
Кожне автопідприємство повинне мати первинні засоби пожежогасіння, до яких належать:
· внутрішні крани з пожежними рукавами й стволами;
· вогнегасники пінні, вуглекислотні, порошкові;
· ящики й бочки з піском, водою;
· покривала азбестові, повстяно-азбестові, брезентові;
· ручний пожежний інструмент (гаки, ломи, сокири, пожежні відра тощо).
Правила застосування пожежного інструменту й вогнегасників вивчають на вступному та наступних (на робочому місці) інструктажах.
- Усі проходи, проїзди й територію не можна захаращувати. Кількість автомобілів на стоянці має не перевищувати допустимої.
- На території стоянки автомобілів забороняється: виконувати будь-які роботи, із застосуванням відкритого вогню; заряджати акумуляторні батареї; палити; зберігати використаний обтирний матеріал.
- Розлите паливо або оливу треба негайно прибрати.
- Водій повинен стежити за справністю електрообладнання й пересвідчуватися, що не підтікає паливо.
- У разі спалахування автомобіля треба негайно видалити його із зони стоянки й вжити заходів для гасіння пожежі.
- Якщо виникла пожежа, слід викликати пожежну команду.
Використана література
1. Акимов С.В., Боровских Ю.И., Чижков Ю.П. ''Электрическое и электронное оборудование автомобилей''. М.: ''Машиностроение'', 1988 г.
2. Банщиков С.П. ''Электрооборудование автомобилей''. М.: ''Транспорт'', 1977 г.
3. Бронштейн М.И. ''Электрическое и электронное оборудование автомобилей''. К.: 1993 г.
4.Брюханов А.Б., Хомич А.Б. ''Электроника на автомобильном транспорте''. М.: ''Транспорт'', 1984 г.
5. Галкин Ю.М. ''Электрооборудование автомобилей и тракторов''. М.: ''Машиностроение'', 1964 г.
6. Ютт В.Е. ''Электрооборудование автомобилей''. М.: ''Транспорт'', 2000 г.
7. Опарин И.М., Купеев Ю.А., Белов Е.А. ''Электронные системы зажигания''. М.: ''Транспорт'', 1990 г.