Комплексная система управления двигателем «ЭСАУ-ВАЗ

Министерство  образования и науки Республики Казахстан

Горнотехнический  колледж города Степногорска

 

 

 

 

 

                                                     Кафедра: «Политехнических дисциплин»

                                                     Дисциплина: «Электрооборудование автомобиля с 

                                                     основами электронного оборудования»

                                                                  

 

 

 

                                      Курсовой проект  

 

        Тема: «Комплексная система управления двигателем «ЭСАУ-ВАЗ»»  

          Учащегося: Мусенова Дархана Тастембековича

           Специальность: 1201000 «Техническое обслуживание ремонт и

           эксплуатация  автомобильного транспорта»

 

 

 

             

                                                                       Руководитель: Матюшкин В.П.

 

 

                                                

 

                                                 г . Степногорск, 2011

Министерство  образования и науки Республики Казахстан

Горнотехнический  колледж города Степногорска

 

            

 

 

                                                                РЕЦЕНЗИЯ

                                                           на курсовой проект

Учащегося: Мусенова Дархана Тастембековича

Специальность: 1201000 «Техническое обслуживание ремонт и эксплуатация  

автомобильного транспорта»

Тема: «Комплексная система управления двигателем «ЭСАУ-ВАЗ»»

Объём курсового проекта:______

 

Краткое описание курсового проекта  и принятие решений:

______________________________________________________________________

__________________________________________________________________            

____________________________________________________________            

 

Положительные стороны курсового проекта:

____________________________________________________________________           

_____________________________________________________________________           

_____________________________________________________________

 

Отрицательные стороны курсового проекта:

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________            

_____________________________________________________________            

 

 

Предполагаемая  оценка:______________________________________________

 

Рецензент: Матюшкин В.П. _________                    ____________________2011год

 

                                                              СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                          3                                                                                                                                  

1. ОСНОВНАЯ  ЧАСТЬ

  1.1 Система электроснабжения 6     

  1.2 Принцип действия генератора         9

  1.3 Принцип действия аккумуляторной батареи        14

2. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ         

  2.1 Устройство и работа системы          17                

  2.2 Функциональная схема «ЭСАУ-ВАЗ»                         17    

  2.3 Диагностика и поиск неисправностей                                                                22

  2.4 Схема электрических соединений                                                                      24

  2.5 Коммутационная схема                                                                                        27

3. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ                       

  3.1 Схема датчика дроссельной заслонки                                                                33

  3.2 Мостовая схема нитевого  датчика массового расхода воздуха                       34                                    

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ             

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ             

                               

 

 

      

 

 

                                          

 

 

            

 

                                                               

                                                             ВВЕДЕНИЕ

      Целью в данном курсовом проекте является комплексная система управления двигателем «ЭСАУ-ВАЗ». Развитие электроники и микропроцессорной техники привело к широкому внедрению её на автомобиле, в частности и созданию   электронных систем автоматического управления (ЭСАУ) двигателем, трансмиссией, ходовой частью и дополнительным оборудованием. Применение ЭСАУ позволяет снизить расход топлива и токсичность отработавших газов, повысить мощность двигателя, активную безопасность автомобиля, улучшить условия труда водителя.

     Внедрению ЭСАУ на автомобиле способствовало принятие во многих странах нормативов, ограничивающих токсичность отработавших  газов и расход топлива вызванных нефтяным и экологическим кризисами. Соблюдение требований этих нормативов требует поддержание на большинстве режимов работы двигателя стехиометрического состава горючей смеси, отключения подачи топлива на режиме принудительного холостого хода, точного и оптимального регулирования момента зажигания или впрыска топлива.

    Многочисленные исследования показывают невозможность выполнения всех  этих требований без использования электронных автоматических систем.

     Применяемые ЭСАУ двигателем включают системы управления топливоподачей, зажиганием (в бензиновых двигателях), клапанами цилиндров,  

рециркуляцией отработавших газов. Наибольшее распространение  получили  

первые две  системы, которые используются для  управления двигателем как 

самостоятельно, так и совместно. Электронные  системы управления зажиганием,

устанавливаемые на бензиновых двигателях позволяют  осуществлять гибкое управление углом опережения зажигания и энергией искрообразования.

Системы управления клапанами применяются для отключения группы

цилиндров с  целью экономии топлива и для  регулирования фаз   

газораспределения. Системы управления рециркуляцией  отработавших

газов обеспечивают возврат во впускной трубопровод потребного количества   

отработавших  газов для смешивания их со свежей горячей смесью.

       Популярности ЭСАУ способствовало, кроме того, облегчение пуска холодного двигателя, уменьшение необходимого времени его  прогрева перед началом движения. Электронные антиблокировочные системы позволяют уменьшить практически в 2 раза тормозной путь автомобиля на скользкой дороге, исключая возможность возникновения заноса, и управлять автомобилем в сложных дорожных условиях водителем, не имеющие высокой квалификации.  Внедрение    ЭСАУ на автомобилях имеет несомненные перспективы, чему способствует повышение качества и удешевление продукции электронной промышленности.

Эксплуатационная  надежность, экономичность, активная безопасность и  экологические качества автомобиля в значительной степени определяются работой его электрооборудования. Электрооборудование современного автомобиля представляет собой очень сложную систему, включающую более 100 изделий, а его стоимость составляет примерно 30 % стоимости автомобиля.

      С точки зрения системного подхода электрооборудование автомобиля может быть предоставлено в виде ряда самостоятельных функциональных систем электроснабжения, пуска, зажигания , освещения и сигнализации, информации и

диагностирования, автоматического управления двигателем и трансмиссией и др. Ряд изделий электрооборудования, например, стеклоочиститель, электродвигатели отопления, вентиляции, звуковые сигналы, радиооборудование,  трудно отнести к какой либо из систем. Поэтому все они могут, объединены и условно названы вспомогательным электрооборудованием. Суммарная длина электропроводки автомобиля достигает 250…600 м. Определённую сложность представляют   прокладка проводов, объединение их в жгуты, построение принципиальных и монтажных схем. Поэтому представляется целесообразным отдельно рассмотреть построение общей схемы, коммутационной и защитной аппаратуры.

        Электрооборудование автомобилей постоянно и существенно изменяется. Генераторы переменного тока с бесконтактными электронными регуляторами   напряжения практически полностью заменили генераторы постоянного тока с

вибрационными регуляторами. Появились бесконтактные  электронные и  микропроцессорные системы зажигания и автоматического управления топливоподачей.

        Нашли самое широкое применение так называемые необслуживаемые аккумуляторные батареи. В системе пуска двигателя   

внутреннего сгорания активно используется стартер с редуктором. Существенно 

изменились  светооптические приборы системы освещения и сигнализации,   

занимающие  особое место в электрооборудовании автомобиля, так как эта система определяет безопасность дорожного движения. Значительно улучшилась

информация  водителя о режимах работы и состоянии  узлов и агрегатов 

автомобиля, чему способствовало появление бортовой системы контроля и 

системы встроенной диагностики. Продолжает расширяться  применение электронных приборов и  систем на автомобиле. Сейчас практически  любая система электрооборудования  включает в себя элементы электроники: всевозможные реле, контроллеры, регуляторы, датчики и др.

      Применение электроники и микропроцессорной техники способствовало разработке систем автоматического управления двигателем и трансмиссией. В первую очередь это касается создания систем управления зажиганием и впрыском топлива, антиблокировачных систем тормозов, электронного управления коробкой передач, разработки маршрутного компьютера, системы блокировки дверей и др.

        Ведущие автомобильные фирмы разработали и внедряют интегрированные  системы управления силовым агрегатом, электронные системы рулевого управления и управления четырьмя колёсами. Находят применение активная подвеска, дисплей на лобовом стеле интегрированные информационно диагностические системы. Основной тенденцией  развития электронных систем следует считать создание комплексных многофункциональных систем управления и контроля.

       Усложнение электрооборудования автомобилей имеет и отрицательную сторону, связанную с увеличением числа отказов. В современном автомобиле уже более 30 % отказов приходится  на электрооборудование.

1.1 Система электроснабжения

1–генератор  переменного тока;

2 – стартер

 

 

 

 

 

                   Рис.1 Система электроснабжения автомобиля Мазда 3

        Система электроснабжения предназначена для питания электрической энергией всех потребителей. Источниками электрической энергии на автомобиле являются генератор и аккумуляторная батарея, включенная параллельно.

       При работающем двигателе генератор является основным источником электроэнергии и обеспечивает электроснабжение потребителей и заряд аккумуляторной батареи. При неработающем двигателе функции источника электроэнергии переходят к аккумуляторной батарее, которая должна обеспечивать надежный пуск двигателя.

       Автомобильные генераторы работают в режимах переменных частот вращения и нагрузок, изменяющихся в широких пределах. Для автоматического поддержания напряжения генератора на заданном уровне при изменении частоты вращения и нагрузки предназначен регулятор напряжения.

        Долгое время основным источником электрической энергии на автомобилях являлись генераторы постоянного тока, которые обеспечивали требования автомобилей выпуска до 60-х годов по максимальной мощности, характеристикам и сроку службы. Начало 60-х годов в отечественном автомобилестроении характеризовалось значительным увеличением затрат на обслуживание и ремонт, повышением требований к безопасности дорожного движения и комфорту пассажиров. В связи с этим выявилась необходимость значительного увеличения мощности генератора, срока его службы, улучшения характеристик и снижения эксплуатационных затрат. Одновременно существенно повысились требования к максимальной частоте его компоновки в ограниченном подкапотном пространстве автомобиля.

     Удовлетворение указанным требованиям путём совершенствования конструкции и технологии производства генераторов постоянного тока, учитывая низкую надежность работы в эксплуатации щеточно - коллекторного узла и малый срок его службы , а так же  большие габариты и массу генератора, практически оказалось неосуществимо. С помощью научного поиска и исследований было определено новое направление в развитии автомобильных генераторов. Ими явились генераторы переменного тока.

      Название «генератор переменного тока» несколько условно и касается в основном особенностей внутренней его конструкции, так как этот генератор имеет встроенный полупроводниковый выпрямитель и питает потребителей постоянным (выпрямленным) током.

       В генераторах постоянного тока таким выпрямителем является щеточно – коллекторный узел выпрямляющий  переменный ток ,полученный в обмотках якоря. Развитие полупроводниковой техники позволило применить в генераторах переменного тока более совершенный выпрямитель на полупроводниковых вентилях (диодах).

      При этом генератор получил качества, которые обеспечили ему широкое распространение в автомобилестроении.

       Основными технико- экономическими   преимуществами генераторов переменного тока перед генераторами постоянного тока являются: уменьшения в 1,8…2,5 раза массы генератора при той же мощности и примерно в 3 раза расхода меди; большая максимальная мощность при равных габаритах; меньшее значение начальных частот вращения   и обеспечение более высокой степени заряженности аккумуляторных батарей; значительное упрощение схемы и конструкции регулирующего устройства вследствие исключения из него элемента ограничения тока и реле обратного тока; уменьшение стоимости эксплуатационных затрат в связи с большей надежностью работы и повышенным сроком службы.

        Первые автомобильные генераторы переменного тока были  спроектированы для работы с отдельными селеновыми выпрямителями имели значительные размеры и их приходилось размещать отдельно от генератора в местах, где обеспечивалось хорошее охлаждение. Для соединения селенового выпрямителя с генератором требовалась дополнительная проводка.

       Кроме того, селеновые выпрямители недостаточно теплостойки и допускают максимальную рабочую температуру не выше +80˚C. Поэтому в дальнейшем селеновые выпрямители были заменены выпрямителями, состоящие из кремниевых диодов, которые более теплостойки и имеют значительно меньшие размеры, что позволяет размещать их внутри генератора.

      На смену вибрационным регуляторам напряжения пришли сначала  контактно – транзисторные, а затем бесконтактные на дискретных элементах и бесконтактные интегральные регуляторы. Габариты интегральных регуляторов позволяют встраивать их в генератор, который со встроенными регулятором и выпрямительным блоком называется генераторной установкой.

      Для автомобильных генераторов надёжность и срок службы  определяются в основном тремя факторами: качеством электрической изоляции; качеством подшипниковых узлов; надёжностью щеточно – контактных устройств.

        Первые два фактора зависят от уровня развития смежных производств. Третий фактор может быть исключен посредством разработки бесконтактных генераторов, имеющих более высокую надёжность и, следовательно, больший ресурс, чем контактные. Это обстоятельство стимулировало создание автомобильных бесконтактных  генераторов переменного тока с электромагнитным возбуждением – индукторных генераторов и генераторов с укороченными полюсами. Индукторные генераторы нашли широкое применение на тракторах и сельхозмашинах благодаря простоте конструкции, надёжности  при работе в тяжелых условиях эксплуатации (пыль, грязь, влага, вибрации) и невысокой стоимости.

 

 

 

 

 

                                        1.2 Принцип действия генератора

1 – выпрямительный блок;

2 – втулка  подшипника;

3 – задний  подшипник вала ротора;

4 – контактные  кольца;

5 – защитная  втулка;

6 – вывод  «В+» генератора;

7 – прокладка; 

8 – кожух; 

9 – регулятор  напряжения со щеткодержателем; 

10 – стяжной  винт;

11 – задняя  крышка;

12 – статор;

13 – передняя  крышка;

14 – дистанционное  кольцо;

15 – передний  подшипник; 

16 – шкив;

                                                                 17 – шайба;

                                                                                 18 – ротор.

                  Рис.2 Автомобильный генератор постоянного тока 

     Статор 12 (рис.1.2) и крышки 11 и 13 стянуты четырьмя винтами. Вал ротора 18 вращается в подшипниках 3 и 15, которые  установлены в крышках. Питание к обмотке ротора (обмотке возбуждения) подводится через щетки и контактные кольца 4.Трехфазный переменный ток, индуцируемый в обмотке статора, преобразуется в постоянный выпрямительным блоком 1, прикрепленным к крышке 11.Электронный регулятор 9 напряжения объединен в один блок со щеткодержателем и крепится также к крышке 11.Схема соединений генератора показана на рис.1.3. Напряжение для возбуждения генератора при включении зажигания подводится к выводу «D+» регулятора (вывод «D» генератора) через контрольную лампу, расположенную в комбинации приборов 3. После пуска двигателя обмотка возбуждения питается от трех дополнительных диодов, установленных на выпрямительном блоке генератора. Работа генератора контролируется контрольной лампой в комбинации приборов. При включении зажигания лампа должна гореть, а после пуска двигателя – гаснуть, если генератор исправен. Яркое горение лампы или свечение ее в полнакала говорит о неисправностях.  

 

 

                       Рис.3 Схема соединений системы генератора:

1 – аккумуляторная  батарея;

2 – генератор; 

3 – контрольная  лампа заряда аккумуляторной  батареи, расположенная в комбинации  приборов;

4 – монтажный  блок;

5 – выключатель  зажигания.

 

          В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. И наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются катушка, по которой протекает постоянный электрический ток, образуя магнитный поток, называемая обмоткой возбуждения и стальная полюсная система, назначение которой — подвести магнитный поток к катушкам, называемым обмоткой статора, в которых наводится переменное напряжение. Эти катушки помещены в пазы стальной конструкции, магнитопровода (пакета железа) статора. Обмотка статора с его магнитопроводом образует собственно статор генератора, его важнейшую неподвижную часть, в которой образуется электрический ток, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторыми другими деталями (валом, контактными кольцами) - ротор, его важнейшую вращающуюся часть. Питание обмотки возбуждения может осуществляться от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении. При этом остаточный магнитный поток в генераторе, т. е. поток, который образуют стальные части магнитопровода при отсутствии тока в обмотке возбуждения, невелик и обеспечивает самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения.  

          Поэтому в схему генераторной установки, там где обмотки возбуждения не соединены с аккумуляторной батареей, вводят такое внешнее соединение, обычно через лампу контроля работоспособного состояния генераторной установки. Ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения после включения выключателя зажигания и обеспечивает первоначальное возбуждение генератора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, т. к. в этом случае генератор возбуждается при слишком высоких частотах вращения, поэтому фирмы-изготовители оговаривают необходимую мощность контрольной лампы —обычно 2...3 Вт.

 Рис.4 Статор генератора:

1- сердечник,

2- обмотка,

3 - пазовый клин,

4 - паз,

5 - вывод для соединения с выпрямителем

 

 

       Статор генератора (рис.4) набирается из стальных листов толщиной 0.8...1 мм, но чаще выполняется навивкой "на ребро". Такое исполнение обеспечивает меньше отходов при обработке и высокую технологичность. При выполнении пакета статора навивкой ярмо статора над пазами обычно имеет выступы, по которым при навивке фиксируется положение слоев друг относительно друга. Эти выступы улучшают охлаждение статора за счет более развитой его наружной поверхности. Необходимость экономии металла привела и к созданию конструкции пакета статора, набранного из отдельных подковообразных сегментов. Скрепление между собой отдельных листов пакета статора в монолитную конструкцию осуществляется сваркой или заклепками. Практически все генераторы автомобилей массовых выпусков имеют 36 пазов, в которых располагается обмотка статора. Пазы изолированы пленочной изоляцией или напылением эпоксидного компаунда.

     Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора (рис.5). Она содержит две полюсные половины с выступами — полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы - полувтулки. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса.

 

Рис.5. Ротор автомобильного генератора:

 

а - в сборе;

б - полюсная система в разобранном виде;

1,3- полюсные половины;

    2- обмотка возбуждения;

    4 - контактные кольца;

    5 - вал

 

 

   «Минус» аккумуляторной батареи всегда должен соединяться с массой, а «плюс» – подключаться к зажиму «B+» генератора. Ошибочное обратное включение батареи немедленно вызовет повышенный ток через выпрямительный блок генератора и.

     Не допускается работа генератора с отсоединенной аккумуляторной батареей. Это вызовет возникновение кратковременных перенапряжений на зажиме «В+» генератора, которые могут повредить регулятор напряжения генератора и электронные устройства в бортовой сети автомобиля.

    Запрещается проверка работоспособности генератора «на искру» даже кратковременным соединением зажима «В+» генератора с массой. При этом через выпрямительный блок генератора протекает значительный ток и он может выйти из строя. Проверять генератор можно только с помощью амперметра и вольтметра.

       Выпрямительный блок генератора не допускается проверять напряжением более 12 В или мегомметром, так как он имеет слишком высокое для диодов напряжение и они при проверке будут пробиты (произойдет короткое замыкание).

Запрещается проверка электропроводки  автомобиля мегомметром или лампой, питаемой напряжением более 12 В. Если такая проверка необходима, то предварительно следует отсоединить провода  от генератора.

        Проверять сопротивление изоляции обмотки статора генератора повышенным напряжением следует только на стенде и обязательно с отсоединенными от выпрямительного блока генератора выводами фазных обмоток.

         При электросварке узлов и деталей кузова автомобиля следует отсоединять провода от всех клемм генератора и аккумуляторной батареи. 

                                              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                         1.3 Принцип действия аккумуляторной батареи

 

  Свинцово-кислотный аккумулятор — наиболее распространенный на сегодняшний день тип аккумуляторов, изобретен в 1859 году французским физиком Гастоном Планте. Основные области применения: аккумуляторные батареи в автомобильном транспорте .

 

 

Рис.6 свинцово-кислотный аккумулятор

 

       По мере снижения окружающей температуры, параметры аккумулятора ухудшаются, однако в отличие от прочих типов аккумуляторов, свинцово-кислотные снижают их относительно медленно, что не в последнюю очередь обусловило их широкое применение на транспорте. Можно считать, что ёмкость снижается вдвое при снижении окружающей температуры на каждые 15 °C начиная от +10 °C, то есть, при температуре −45 °C свинцово-кислотный аккумулятор способен отдать лишь 30-50 % процентов первоначальной ёмкости.

      Снижение ёмкости и токо отдачи при низких температурах обусловлено, в первую очередь, ростом вязкости электролита, который уже не может в полном объёме поступать к электродам, и вступает в реакцию лишь в непосредственной близости от них, быстро истощаясь.

      Не полностью заряженный аккумулятор в мороз может раздуться из-за замерзания электролита низкой плотности(близкой к 1.10).

    Аккумуляторная батарея является источником энергии для питания потребителей тока на автомобиле при неработающем двигателе или работающем с малой частотой вращения коленчатого вала.