Тема 7. Информационно-измерительная система Основной функцией информационно-измерительной системы является обеспечение водителя информацией о режиме движения, работоспособности или состоянии агрегатов автомобиля и автомобиля в целом. Для автомобильных систем важна информативность, оцениваемая временем, необходимым для правильного считывания информации, или количеством ошибок в считывании информации при ограниченном времени считывания. Действительно, чем на меньшее время водитель отводит взгляд от дорожной обстановки, тем выше безопасность движения. Уровень информативности обеспечивается конструкцией, как самих приборов, так и компоновкой их на приборном щитке. При размещении приборов на приборном щитке используется зонально - функциональный принцип - наиболее важные, связанные с безопасностью движения, приборы, к которым водитель часто обращается, например, приборы контроля скоростного режима работы двигателя и автомобиля, размещаются в центральной зоне, а приборы, обращение к которым производится достаточно редко, например, информирующие о расходе топлива, состоянии системы электроснабжения - устанавливаются в зонах меньшей информативности. Оптимальный угол обзора, в котором размещаются приборы на щитке, должен составлять без перевода взгляда 30 - 40° по горизонтали, с переводом взгляда 50 - 60°, а с поворотом головы 90°. В вертикальной плоскости максимально допустимые углы обзора щитка должны укладываться в диапазон 30° вверх и 40° вниз от линии взгляда водителя. Информативность приборного щитка может быть повышена отображением показаний приборов на ветровом стекле, что позволяет водителю считывать их показания, не отрывая глаз от дороги. Шкалы приборов должны выполняться так, чтобы считывание показаний не вызывало затруднений. Этому способствует расцветка шкал по зонам, соответствующим определенной информации - нормально - зеленый цвет, предупреждение желтый, аварийные величины - красный с оцифровкой в конце зон. Цифры на шкале должны иметь вертикальное расположение, а если шкала вращается, то должны располагаться вертикально при приближении к неподвижному указателю, подвеска шкал не должна создавать бликов на защитном стекле. Световые сигнализаторы должны обеспечивать достаточную яркость для восприятия их водителем. Для аварийных сигнализаторов применяется красный мигающий свет с частотой 3-5 Гц. По способу отображения информации приборы информационноизмерительной системы делятся на указывающие и сигнализирующие. Указывающие приборы имеют шкалу, на которой высвечиваются, указываются стрелкой, световым индикаторным столбиком или другим способом значения измеряемой величины, сигнализирующие приборы снабжают водителя информацией обычно об одном, как правило, аварийном значении измеряемого параметра, причем ин формируют об этом звуковым 1 или световым сигналом. Количество сигнализирующих приборов на автомобиле непрерывно увеличивается, так как они облегчают управление автомобилем. Каждый прибор имеет ту или иную степень точности, т.е. указывает измеряемую величину с некоторой погрешностью - абсолютной или относительной - по отношению к действительному значению. Эта погрешность складывается из двух частей - основной, свойственной нормальным условиям эксплуатации, и дополнительной, вызываемой воздействием внешних условий - изменением окружающей температуры, напряжения питания и т.п. Автомобильные приборы обычно имеют повышенную точность в наиболее ответственных для безопасности движения участках шкалы. Приборы характеризуются также способностью реагировать на минимальное значение измеряемой величины - порогом чувствительности прибора, а также самой величиной чувствительности - отношением перемещения конца стрелки к соответствующему изменению измеряемой величины. По своему конструктивному исполнению приборы делятся на механические и электрические. Отдельный класс составляют электронные измерительные системы. В механических приборах используют для передачи воздействия на стрелку от места измерения сложные механические, пневматические или иные передачи. В настоящее время приборы такого типа применяются на автомобилях только в качестве шинных манометров. Электрические измерительные приборы состоят из датчика и указателя (приемника), соединенных между собой проводами. Датчик устанавливается в месте измерения и преобразует измеряемую физическую величину в электрический сигнал. В приемнике этот сигнал испытывает обратное преобразование с помощью стрелки и шкалы, отградуированной в единицах физической измеряемой величины. Электронные измерительные системы расширяют возможности как в количестве контролируемых параметров, так и в способах отображения информации. В частности, в таких системах приборный щиток может быть заменен дисплеем. По своему назначению приборы информационно-измерительной системы делятся на термометры, измерители давления, измерители уровня топлива, измерители зарядного режима аккумуляторной батареи (амперметры, вольтметры) измерители скорости автомобиля и пройденного пути (спидометры, одометры), измерители частоты вращения коленчатого вала двигателя (тахометры). К автомобильным приборам относятся также тахографы, вычерчивающие на контрольном диске условия движения, и эконометры, позволяющие подобрать режим движения, оптимальный по расходу топлива. Конструктивно автомобильные приборы могут изготавливаться как отдельные изделия или в виде объединений приборов в щитки или комбинации. Объединение приборов в щитки и комбинации повышает информативность, обеспечивает компактность установки и упрощает монтаж 2 приборов за счет применения печатного монтажа, в том числе гибкого. Приборы измерения давления Приборы измерения давления (манометры) применяются в автомобиле для контроля давления: • масла в двигателе; • воздуха в пневматической тормозной системе; • масла в гидромеханической передаче; • в централизованной системе подкачки воздуха. Эксплуатация автомобиля с неисправными приборами контроля давления масла и воздуха запрещена, так как может привести к аварийным режимам. Стоимость контрольно-измерительных приборов невысока, поэтому их не ремонтируют, а только проверяют и тарируют, в случаях их отказов меняют на исправные. Для экстренного привлечения внимания водителя во многих системах манометр дублируется сигнализатором аварийного давления. В последние годы широко применяется прибор, контролирующий разрежение во впускном коллекторе — эконометр. Руководствуясь показаниями этого прибора, водитель имеет возможность выбора режима движения, соответствующего наименьшему расходу топлива. По способу измерения манометры делятся на приборы прямого действия и электрические. Приборы прямого действия имеют чувствительный элемент и указатель, устанавливаемый на приборной панели. Контролируемая среда подводится к чувствительному элементу по трубопроводу. Электрические манометры основаны на преобразовании неэлектрических величин в электрические, и содержат связанные между собой датчик и указатель. Манометры К приборам непосредственного (прямого) действия относятся манометры с плоской или овальной трубчатой пружиной. Рис. 7.1. Манометр непосредственного (прямого) действия: 1 — корпус; 2 — стрелка; 3 — спиральная пружина; 4 — трубчатая пружина; 5 — трубчатый сектор; 6 — тяга; 7 — штуцер; 8 — подвижная плата; 9 — винт; 10 — трибка Основной деталью манометра с трубчатой пружиной (рис.7.1) является пружина 4, представляющая собой упругую плоскую или овальную трубку. Трубчатая пружина изогнута по окружности и представляет собой неполный виток. Один конец трубки впаян в штуцер 7, через который в отверстие поступает жидкость или воздух. 3 Контролируемая система создает в трубке давление, под действием которого она распрямляется, а так как второй конец соединен с тягой 6, то через передаточный механизм, закрепленный в корпусе 1, приводится в движение стрелка 2 прибора. При увеличении давления внутри трубки происходит ее деформация (по оси У она увеличивается, а по оси X уменьшается). При этом длина наружной дуги А и внутренней дуги А1 стенок трубки практически не меняется. Вследствие этого кривизна дуги, по которой изогнута трубчатая пружина уменьшается, а трубка разгибается. При этом ее свободный конец перемещается, передвигая стрелку прибора. Регулировка осуществляется с помощью подвижной платы 8 и винта 9. В манометрах с трубчатой пружиной перевод стрелки 2 осущест вляется трубчатым сектором 5 и трибкой 10. Пружина 3 на оси стрелки компенсирует влияние зазоров на показание прибора в передаточном механизме. Эконометр, устанавливаемый на автомобилях ВАЗ-2108, работает аналогично. Манометрическая трубчатая пружина в данном случае реагирует не на увеличение давления, а на уменьшение, т. е. сжимается. По положению стрелки в одной из трех зон шкалы эконометра водитель может оценивать экономичность выбранного режима движения, а также получать информацию о ряде неисправностей двигателя. Если стрелка прибора находится слева, двигатель работает под увеличенной нагрузкой или с большим ускорением. С излишним расходом горючего, которого можно избежать, перейдя на другую передачу или изменив режим движения, тем самым, подобрав оптимальный режим работы двигателя. Если стрелка находится справа, это означает, что режим оптимальный. Колебания стрелки в левой зоне указывают на неисправные клапаны или неправильную установку системы зажигания. Если колебания в левой зоне и частично Захватывают правую, это означает, это происходит потеря компрессии в двигателе. Недостатками манометрической трубчатой пружины, применяемой в автомобильных КИП, являются ее низкая виброустойчивость и невысокая перегрузочная способность. Термобиметаллический импульсный манометр состоит из датчика и указателя. 4 Рис. 7.2. Датчик термобиметаллического импульсного манометра: 1 — упругая пластина; 2 — рабочее плечо: 3 — обмотка; 4 — контакт; 5— упругий вывод; 6 — выводной зажим; 7 — держатель; 8 — зубчатый сектор; 9 — место присоединения обмотки; 10 — мембрана; 11 — выступ Датчик манометра (рис. 7.2) имеет мембрану 10, на центральную часть которой опирается выступом 11 упругая пластина 1 с контактом, соединенным с «массой». В датчике размещена П - образная термобиметаллическая пластина, электрически изолированная от «массы». На рабочее плечо 2 пластины навита обмотка 3, один конец которой приварен к термобипластине, а второй присоединен к выводному зажиму 6 через упругий вывод 5. На конце рабочего плеча термобипластины установлен второй контакт 4. При отсутствии давления под мембраной контакт 4 соединен с контактом на упругой пластине 1. Второе плечо термобиметаллической пластины закреплено на упругом держателе 7, положение которого вместе с термобиметаллической пластиной можно изменять поворотом регулятора 8. Рис. 7.3. Импульсный термобиметаллический указатель: 1 — обмотка; 2 — зажим; 3 — П- образная пластина; 4 — зубчатый сектор; 5— рычаг; 6 — крючок; 7— стрелка; 8 — регулировочный сектор Указатель термобиметаллического импульсного манометра (рис. 7.3) состоит из П- образной термобиметаллической пластины 3, которая одним концом закреплена на регулировочном зубчатом секторе 8, а другим соединена со стрелкой 7. На рабочее плечо термобиметаллической пластины 3 навита обмотка 1, включенная последовательно с обмоткой датчика. Оба конца этой обмотки выведены на зажимы 2 прибора. Второе плечо пластины 3, так же как и датчика, компенсирует изменения температуры окружающей среды. Рабочий конец термобиметаллическои пластины указателя имеет крючок 6, зацепленный со стрелкой. При повышении давления под мембраной датчика упругая пластина с контактом поднимается и входит в контакт с термобиметаллической пластиной. Ток, проходящий по образовавшейся вследствие этого цепи, нагревает термобиметаллическую пластит указателя. Контакты датчика при нагревании рабочего плеча термобиметаллической пластины из-за ее изгиба размыкаются и прерывают ток до момента остывания пластины и последующего замыкания контактов. При установившемся давлении в датчике происходит периодическое размыкание контактов. При этом время разогрева термобиметаллической пластины датчика, когда контакты замкнуты, зависит от степени ее деформации, т. е. от давления в датчике. Время охлаждения пластины, когда контакты разомкнуты, зависит от степени нагрева пластины относительно 5 температуры окружающей среды. Чем больше давление в датчике, тем больше температуря пластины указателя, так как время замкнутого состояния контактов датчика относительно времени разомкнутого состояния больше. Эффективный ток в обмотке указателя увеличивается, и его термобиметаллическая пластина деформируется и перемещает стрелку по шкале. Рис. 7.4. Реостатный датчик логометрического манометра: 1 — основание; 2 — мембрана; 3 — рант; 4 — реостат; 5 — ползунок; 6 — ось; 7 — опорная площадка; 8 — пружина; 9 — качалка; 10 — регулировочный винт; 11 — толкатель; 12 — наконечник 12 Логометрический указатель давления состоит из реостатного датчика и магнитоэлектрического указателя. Реостатный датчик (рис. 7.4) логометрического манометра состоит из основания 1 со штуцером, на котором закреплена гофрированная мембрана 2 с помощью стального ранта 3, несущего на себе реостат 4 с передаточным механизмом. В центре мембраны установлен толкатель 11, на который опирается качалка 9 с регулировочными винтами 10. Качалка воздействует на ползунок 5 реостата, поворачивая его вокруг оси 6. Пружина 8 противодействует смещению ползунка. Чтобы пульсации давления в контролируемой системе не вызывали колебаний ползунка по реостату, в канал штуцера датчика запрессован наконечник 12 со стержнем для очистки канала, который создает большое сопротивление проходу масла или воздуха м тем самым сглаживает влияние резких изменений давления на показания прибора. При подаче масла или воздуха в датчик мембрана под давлением выгибается и через качалку и опорную площадку 7 двигает ползунок по реостату. При снижении давления мембрана под действием собственной упругости опускается, и возвратная пружина 8 сдвигает ползунок и детали рычажной передачи в исходное положение. В качестве указателя логометрического манометра применяется магнитоэлектрический прибор (рис. 7.5, а), состоящий из двух пластмассовых полукаркасов 2, на которые намотаны три измерительные индукционные катушки 5, причем одна катушка расположена под углом 90° к двум другим. Постоянный магнит 3 установлен внутри каркаса на одной оси со стрелкой 6. Магнит может поворачиваться, ориентируясь вдоль магнитных силовых линий результирующего вектора напряженности трех индукционных катушек. 6 Рис. 7.5. Указатель логометрического манометра (а) и его принципиальная схема работы (б): 1 — экран; 2 — полукаркас; 3 — магнит; 4 — подпятник; 5— индукционная катушка; б — стрелка; 7 — мостик; W1, W2, W3 — катушки; Rд — реостат датчика; RТК — резистор компенсационный В каркасе установлен подпятник 4 оси магнита и стрелки. Мостик 7 закреплен на каркасе и служит опорой шкалы прибора. Между мостиком и шайбой, закрепленной на оси магнита, а также в подшипник вводят кремнийорганическую жидкость, которая демпфирует колебания подвижной системы в условиях вибрации. Для возврата подвижной системы в нулевое положение при включенном приборе используется миниатюрный магнит, находящийся между полукаркасами. Для исключения воздействия на показания прибора посторонних магнитных полей и влияния полей индукционных катушек на показания других приборов собранный каркас размешают в цилиндрическом экране 1. При включении датчика и указателя в цепь питания (рис. 7.5, б) ток проходит по индукционным катушкам W1, W2, W3, по реостату датчика Rд и термокомпенсационному резистору RТК. Изменение давления в контролируемой системе вызывает изменения сопротивления реостата датчика Rд, подключенного параллельно индукционной катушке W1. Ток, протекающий по индукционной катушке W1, изменяет свое значение, что приводит к изменению величины вектора напряженности поля создаваемой этой индукционной катушкой. Изменение величины сопротивления реостата Rд оказываем влияние на величину тока, протекающего в индукционных катушках W2, W3, но это влияние не столь существенное, как в случае с индукционной катушкой W1. Изменение направления результирующего вектора напряженности вызывает отклонение магнита и стрелки логометра. Логометрические автомобильные приборы в настоящее время вытесняются импульсными термобиметаллическими, которые имеют ряд существенных преимуществ. Датчики логометров не имеют размыкающихся контактов, которые подвержены эрозионному износу и создают помехи радиоприему. Логометрический указатель имеет больший угол перемещения стрелки, что дает возможность получить шкалу прибора с лучшей читаемостью. В логометрическом указателе лучше компенсируются влияния изменения питающего напряжения и изменения температуры окружающей среды, так как векторы напряженности магнитных полей всех индукционных катушек изменяют свою величину практически пропорционально изменению питающего напряжения или температуры окружающей среды. Поэтому направление суммарного вектора, а значит, и положение стрелки прибора не изменяется. Применение на автомобиле манометра со стрелочным указателем давления часто недостаточно для обеспечения надежного контроля. 7 Изменение давления за допустимые пределы может наступить неожиданно, и в этом случае сигнализатор давления в отличие от стрелочного прибора немедленно привлечет внимание водителя. В некоторых случаях в контролируемой системе вообще применяют только сигнализатор, не используя стрелочный прибор. На автомобилях находят применение сигнализаторы аварийного (минимального) давления в смазочной системе, аварийного давления в пневмоприводе тормозных механизмов, в вакуумной системе открывания дверей и других системах автомобиля. Приборы для измерения температуры Для контроля эффективной работы систем и агрегатов автомобиля необходимо знать их температурный режим. При эксплуатации непрогретого двигателя резко снижаются его мощностные и экономические показатели, а его перегрев ведет к снижению ресурса или возникновению неисправностей. Для контроля температурного режима работы узлов и агрегатов на автомобиле применяются дистанционные термометры и сигнализаторы температуры, датчики которых устанавливают в контролируемой среде, а указатели — на приборной панели автомобиля в кабине водителя. По конструкции и принципу действия автомобильные Рис. 7.6. Датчик термобиметаллического импульсного термометра: 1 и 2 — контакты; 3 — термобиметаллическая пластина; 4 — обмотка; 5 — контактор; 6 — корпус; 7 — зажим; 8 — изолятор; 9 — баллон приборы для измерения температуры разделяются на термобиметаллические импульсные и логометрические. Термобиметаллический импульсный термометр состоит из датчика и стрелочного указателя. Датчик (рис. 7.6) представляет собой латунный тонкостенный баллон 9, закрепленный в корпусе 6. Термобиметаллическая пластина 3 баллона закреплена на изоляторе 8 основания. На термобиметаллическую пластину намотана нагревательная обмотка 4, один конец которой соединен с контактом 2, а второй через контактор 5 подходит к выводному зажиму 7. Неподвижный контакт 1 соединен с корпусом 6 датчика. Указатель термобиметаллического термометра по своей конструкции и принципу действия аналогичен термобиметаллическому указателю давления (см. рис. 7.3). Логометрические термометры, так же как и манометры, состоя Iиз датчика и указателя. Конструкция и принцип действия указателя логометрического термометра аналогичны указателю давления (см. рис. 7.5). 8 Рис. 7.7. Терморезисторный датчик температуры 1 — баллон; 2 — зажим 3 — пружина; 4 — терморезистор; 5 — втулка Терморезисторный датчик температуры (рис.7.7) представляет собой латунный баллон 1, к плоскому донышку которого с помощью токоведущей пружины 3 прижат терморезистор 4, выполненный в виде таблетки. Пружина 3 верхним концом соединяется с зажимом 2 датчика и изолирована от стенки баллона втулкой 5. Сопротивление терморезистора значительно уменьшается при повышении температуры, что приводит к увеличению силы тока, проходящего через измерительные индукционные катушки логометрического указателя. Применение на автомобиле дистанционного стрелочного термометра не гарантирует, что внезапное нарушение теплового режима двигателя будет сразу замечено водителем. Поэтому в дополнение к стрелочному термометру устанавливают сигнализатор аварийной температуры. Причем, если система охлаждения двигателя жидкостная, датчик сигнализатора температуры останавливают в верхний бачок радиатора, а если на автомобиле двигатель с воздушным охлаждением, то датчик сигнализатора аварийной температуры устанавливают в смазочную систему и по температуре масла судят о температурном режиме двигателя. Приборы для измерения уровня топлива Информация о наличии топлива в баке позволяет водителю рассчитать расстояние, которое может проехать автомобиль без дополнительной заправки. Для этого на автомобили устанавливаются приборы для измерения уровня топлива, которые выводят информацию водителю о количестве топлива в баке автомобиля на щиток приборов. На современных автомобилях применяют дистанционные электрические указатели уровня топлива двух видов: электромагнитные и магнитоэлектрические (логометрические). Рис. 7.8. Электромагнитный указатель уровня топлива: 1,3 — обмотки электромагнитов; 2 — якорь; 4 — реостат; 5 — поплавок; 6 — магнитопровод; 7 — противовес Для непосредственного измерения уровня топлива в баке используются реостатные датчики с поплавковым устройством, применяющиеся в комплекте с электромагнитным или магнитоэлектрическими указателями, устанавливаемые на панели приборов. Конструкция электромагнитного указателя уровня топлива представлена на рис. 7.8. Наличие двух электромагнитов в указателе 9 позволяет измерять уровень топлива независимо от изменений питающего напряжения. При замыкании выключателя зажигания ВЗ через обмотки электромагнитов 1 и 3 идет ток и устанавливает результирующий магнитный поток, который, воздействуя на стальной якорь 2, соединенный со стрелкой прибора, устанавливает стрелку в определенном части шкалы прибора. При отсутствии топлива в баке поплавок 5 датчика, находясь в нижнем положении, выводит сопротивление реостата датчика и укорачивает обмотку электромагнита 3. При этом магнитный поток равен нулю. Магнитный поток обмотки 1 вызовет поворот якоря 2 и стрелки прибора в левую сторону шкалы к отметке «0». Стрелка будет удерживаться в этом положении после выключения прибора благодаря наличию противовеса 7. По мере наполнения бака и поднятия поплавка вводится сопротивление реостата 4, что увеличивает силу тока и создаваемый им магнитный поток в обмотке электромагнита 3. Вследствие этого якорь со стрелкой повернется вправо. Наличие специального магнитопровода 6 обеспечивает замыкание магнитного потока через якорь 2. Конструкция логометрического указателя уровня топлива аналогична конструкции логометрического указателя давления и температуры (см. рис. 7.5), но отличается обмоточными данными и величиной резисторов. Логометрический указатель обладает значительно меньшей погрешностью измерения по сравнению с электромагнитным указателем благодаря отсутствию массивных магнитопроводов, магнитная проницаемость которых значительно меняется с изменением температуры. Кроме того, логометрические указатели обладают большим углом поворота стрелки, а якорь и стрелка логометра в этих приборах не имеют дисбаланса. На автомобилях марок «ВАЗ» и «ГАЗ» (семейство «Волга») применяются датчики уровня топлива, снабженные контактным устройством, с помощью которого включается сигнализатор, оповещающий водителя о снижении уровня топлива до минимального значения (для автомобилей марки «ВАЗ» — 16,5 л) и необходимости в заправке. Приборы контроля зарядного режима Для контроля системы электроснабжения, обеспечивающей заряд аккумуляторной батареи и питание потребителей, на автомобилях применяют амперметры и вольтметры. Амперметры включаются между генератором и аккумуляторной батареей, и измеряют силу зарядного или разрядного тока. Автомобильные амперметры относятся к электромеханическим приборам электромагнитной или магнитоэлектрической систем. Электромагнитный амперметр (рис. 7.9) состоит из основания 4, постоянного магнита 3, латунной шины 1, якоря 5 и стрелки 2. При разомкнутой электрической цепи якорь со стрелкой под действием магнитного поля постоянного магнита удерживается в среднем положении на нуле. 10 Рис. 7.9. Электромагнитный амперметр: 1 — латунная шина; 2 — стрелка; 3 — магнит; 4 —основание; 5 — якорь Рис. 7.10. Амперметр магнитоэлектрической системы: 1,5— магниты; 2 — катушка индуктивности; 3 — резистор; 4 — стрелка При прохождении тока через латунную шину создается магнитное поле, под действием которого намагниченный якорь со стрелкой поворачивается в ту или другую сторону в зависимости от направления ока, показывая зарядку или разрядку аккумуляторной батареи. На автомобилях с задним расположением двигателя и с генераторными установками большой мощности для уменьшения длины провода большого сечения применяют магнитоэлектрические амперметры с подвижным постоянным магнитом (рис.7.10), подвижная система которого включает постоянный магнит 1 и стрелку 4 находящихся на одной оси. Постоянный магнит размещен внутри неподвижной катушки 2 индуктивности, подключенной к резистору 3, по которому протекает измеряемый ток. Противодействующий момент создается неподвижным постоянным магнитом 5. Угол по ворота постоянного магнита, и, следовательно, и стрелки зависит от величины и направления тока, протекающего по резистору 3. На ряде автомобилей для контроля уровня напряжения в бортовой сети применяется вольтметр. Рис. 7.11. Вольтметр: 1 и 2 – постоянные магниты; 3 – экран; 4 – каркас; 5 — стрелка; 6 — ограничитель; 7 — прорезь; W1, W2 — катушки индуктивности Вольтметр (рис. 7.11) представляет собой магнитоэлектрический прибор с противодействующим магнитом и является магнитоэлектрическим логометром. На пластмассовом каркасе 4, точно таком же, как и у других логометрических приборов, намотаны пол углом 90° две катушки 11 индуктивности W1 и W2, которые соединены между собой последовательно. Свободный конец катушки W1, служит положительным выводом вольтметра. Свободный конец катушки W2 соединен с добавочным резистором R, второй конец которого является отрицательным выводом вольтметра. Результирующий магнитный поток прибора создается магнитным полем, возникающим в проводниках катушек индуктивности при протекании по ним тока, и магнитным полем постоянного магнита 2, который установлен в экране 3. Постоянный магнит служит также для регулировки прибора и имеет для этого возможность осевого перемещения. Подвижная система прибора состоит из постоянного магнита 1, закрепленного на оси вместе со стрелкой 5 и ограничителем 6. Прорезь 7, в которую входит конец ограничителя, определяет возможный угол поворота подвижной системы. Когда вольтметр отключен, подвижная система под действием магнита 2 устанавливается в крайнее левое положение. Шкалы приборов имеют цветные зоны. Шкала вольтметра 112.3812 разделена на следующие зоны: 8—11 В — красный цвет; 11 — 12 В — белый цвет (низкий заряд аккумуляторной батареи); 12—15 В — зеленый цвет (нормально заряженная аккумуляторная батарея и нормальная работа генераторной установки); 15—16 В — красный цвет (ненормальная работа генераторной установки). Разные диапазоны измерений приборов достигаются использованием различных по сопротивлению добавочных резисторов. Приборы для измерения скорости движения автомобиля и частоты вращения коленчатого вала двигателя Спидометры указывают скорость движения и пройденный путь автомобиля. В качестве привода используется электропривод или гибкий вал (механический привод). Тип привода спидометра зависит от удаленности прибора и места его присоединения к трансмиссии автомобиля. Гибкие валы для привода рекомендуют устанавливать, если длина трассы не превышает 3,55 м. При большей длине трассы рекомендуется электропривод. Привод спидометра осуществляется от ведомого вала коробки передач или раздаточной коробки. Для этого в узле, от которого осуществляется привод, устанавливается редуктор, передаточное число которого выбирают в зависимости от передаточного числа главной передачи и радиуса качения колеса автомобиля. Редуктор соединяют спидометром либо механическим путем (гибким валом), либо электрическим (с помощью специального датчика). Сигнал с редуктора поступает на спидометр, где преобразуется в соответствующую информацию. Тахометры применяются на автомобилях, если есть необходимость в контроле частоты вращения коленчатого вала двигателя. На дизелях привод тахометра осуществляется от распределительного вала двигателя с помощью гибкого вала или электропривода. 12 Рис.7.12. Спидометр с приводом от гибкого вала: 1 — входной валик; 2 — фетровый фитиль; 3 — заглушка; 4 — шайба; 5 — магнит; 6 — картушка; 7 — экран; 8 — ось; 9 — рычажок; 10 — спиральная пружина; 11 — стрелка; 12, 13 — валики На карбюраторных двигателях устанавливаются электронные тахометры, принцип действия которых основан на измерении частоты импульсов, возникающих в первичной цепи системы зажигания при размыкании первичной цепи. Спидометр с приводом от гибкого вала (рис.7.12) приводится в действие от входного валика 1, в гнездо квадратного сечения которого вставляется квадратный наконечник гибкого вала. На другом конце входного валика за креплены постоянный магнит 5 и термокомпенсационная шайба (магнитопровод) 4. Магнит 5 намагничен так, что его полюсы направлены к краям диска. На оси 8, свободно вращающейся в двух подшипниках, с одной стороны закреплена стрелка 11, а с другой — картушка 6. Картушка чаще всего выполняется в виде чаши, которая с некоторым зазором охватывает магнит 5. Картушка изготовляется из немагнитного материала, например из алюминия. Снаружи картушка 6 закрыта экраном 7 из магнитомягкого материала, который концентрирует магнитное поле магнита 5 в зоне картушки. Со стороны стрелки к оси 8 одним концом прикреплена спиральная пружина 10. Другой конец пружины прикреплен к рычажку 9, поворотом которого можно регулировать натяжение пружины. При движении автомобиля от гибкого вала приводится во вращение входной валик 1 и вместе с ним магнит 5. При этом его магнитный поток, пронизывая картушку 6, наводит в ней вихревые токи, которые вызывают образование магнитного поля картушки. Два магнитных поля (магнита и картушки) взаимодействуют между собой таким образом, что на картушку действует крутящий момент, направление которого противоположно моменту, создаваемому пружиной. В результате картушка вместе с осью и стрелкой повернется на угол, при котором возрастающий момент сил упругости пружины станет равным крутящему моменту магнитных сил, действующему на картушку. Так как крутящий момент картушки пропорционален скорости вращения магнита, а следовательно, и скорости движения автомобиля, угол поворота картушки и стрелки с увеличением скорости движения автомобиля возрастает. Термокомпенсационная шайба 4, установленная вместе с магнитом 5, нейтрализует влияние изменения температуры окружающей среды на сопротивление картушки. Увеличение сопротивления картушки приводит к уменьшению наводимых в ней токов возникающего в результате магнитного потока. Шайба 4 при том обеспечивает увеличение магнитного потока, пронизывающего картушку путем изменения магнитной проницаемости. Валик 1 большинства спидометров снабжен масленкой, установленной в 13 хвостовой части спидометра. Она состоит из заглушки 3 с отверстием, и расположенным под ней фетровым фитилем 2, который пропитан маслом и смазывает валик. Привод счетного узла осуществляется от входного валика 1 через валики 12 и 13 посредством трех понижающих червячных передач, которые обеспечивают передаточное отношение 624 или 1000. По конструкции счетные узлы бывают с внешним и внутренним зацеплением счетных барабанчиков. Обычно счетный узел содержит шесть барабанчиков, которые свободно насажены на одной оси. При внешнем зацеплении (рис. 7.13) каждый барабанчик 7с одной стороны имеет 20 зубцов 4, находящихся в постоянном зацеплении с зубцами трибок 8, также свободно вращающихся на своей оси. Со стороны, противоположной зубчатой, барабанчики, кроме крайнего левого, имеют два зубца 5 с впадиной между ними. Каждая трибка имеет шесть зубцов. Рис. 7.13. Счетный узел с внешним зацеплением: 1,3 — длинные зубья трибки; 2 — укороченный по ширине зубец трибки; 4 — зубцы барабанчика; 5 — два зубца барабанчика; 6 — выемка, укорачивающая зубец трибки; 7 — барабанчик; 8 —трибка Каждая трибка имеет шесть зубцов. Три зубца трибки со стороны двух зубцов 5 барабанчиков укорочены по ширине через один. Крайний правый барабанчик постоянно приводится во вращение червячной передачей. Когда два зубца 5 подходят к укороченному зубцу трибки, они захватывают его и поворачивают на 1/3 оборота. При этом следующим барабанчик поворачивается на 1/10 оборота. Повернувшаяся трибки после поворота устанавливается так, что при следующем проходе зубцов 5 они опять захватят укороченный зубец. Остановиться в другом положении трибка не может, так как этому мешают длинные зубцы, скользящие по цилиндрической части барабанчика. Таким образом обеспечивается поворот каждого барабанчика на 1/10 при полном повороте предыдущего. При такой конструкции через каждые 100 тыс. оборотов начального (правого) барабанчика полный оборот которого соответствует 1 км пробега автомобиля, все барабанчики возвращаются в исходное положение, и отсчет показаний начинается с нуля. Все спидометры с приводом от гибкого вала имеют данным принцип действия и отличаются лишь особенностями исполнения скоростного и счетного узлов и внешним оформлением. 14 Спидометры с электроприводом имеют такие же магнитоиндукционный и счетный узлы, как и спидометры с механическим приводом. Электропривод спидометра состоит из датчика, который устанавливается на коробке передач, электродвигателя, вращающего приводной валик магнитоиндукционного узла указателя и устройства электронного управления электродвигателем. Электродвигатель и устройство управления смонтированы в одном корпусе с магнитоиндукционным узлом. Рис.7.14 Датчик электропривода представляет собой трехфазный генератор переменного тока, ротором которого служит постоянный четырехполюсный магнит. Как и гибкий вал, ротор датчика приводится в движение от ведомого вала коробки передач. При вращении ротора в каждой фазе статора, соединенного «звездой» (рис.7.14), вырабатывается переменная синусоидальная ЭДС, частота которой пропорциональна скорости движения автомобиля. Сигнал каждой фазы статора управляет транзисторами VТ1, VТ2 и VТЗ, работающими в режиме электрического ключа. Цепи коллектор-эмиттер транзисторов включены в цепи фазных обмоток трехфазного синхронного двигателя. Ротором электродвигателя служит четырехполюсный постоянный магнит. Когда с фазной обмотки датчика на базу соответствующего транзистора поступает положительная полуволна ЭДС, он открывается, по соответствующей фазной обмотке электродвигателя будет протекать ток. Так как фазные обмотки датчика сдвинуты на 120°, то открытие транзисторов будет также сдвинуто во времени. Поэтому магнитное поле статора электродвигателя, создаваемое его обмотками, сдвинутыми также на 120°, будет вращаться с частотой вращения ротора датчика. Вращающееся магнитное поле статора, воздействуя на постоянный магнит ротора, приводит его во вращение с той же частотой. Резисторы R1—R6 в схеме электронного ключа улучшают условия переключения транзисторов. Тахометры магнитоиндукционного типа, устанавливаемые для контроля частоты вращения коленчатого вала дизеля, имеют электропривод. Их конструкция аналогична конструкции спидометров с электроприводом. Отличаются они отсутствием счетного узла. Для контроля частоты вращения коленчатого вала карбюраторных двигателей применяются электронные тахометры. Схема электронного тахометра (рис. 14.17) обеспечивает измерение частоты прерываний тока в первичной цепи системы зажигания. Состоит схема из трех узлов: узла формирования запускающих импульсов, узла формирования измерительных импульсов и стрелочного магнитоэлектрического прибора. На вход тахометра поступает входной сигнал 1 из первичной цепи системы зажигания. Узел формирования запускающих импульсов, состоящий из резисторов R1, R2, конденсаторов С1, С2, СЗ, С4 и стабилитрона VD1, выделяет из имеющего форму затухающей синусоиды сигнала I сигнал II, 15 имеющего форму одиночного импульса, который поступает на базу транзистора VТ1 узла формирования измерительных импульсов. В исходном состоянии транзистор VТ2 открыт, так как через резисторы R11, R10 и R5 по нему протекает ток базы, а конденсатор C5 заряжен. Транзистор VТ1 в это время закрыт, так как потенциал его эмиттера, вызванный значительным падением напряжения на резисторе R5, больше потенциала базы. Когда положительный импульс II поступает на базу транзистора VТ1, он открывается. Конденсатор С5 разряжается через открытый транзистор VТ1, создавая на базе транзистора VТ2 отрицательное смещение, которое его закрывает. Транзистор VТ1 поддерживается открытым током базы, протекающим через резисторы R11, R9, R8 и R5. Открытый транзистор VТ1 обеспечивает протекание тока по измерительному прибору через резисторы R11, R7, RЗ и R5. Длительность импульса III тока, протекающего по измерительному прибору, определяется временем разряда конденсатора С5. После разряда конденсатора С5 транзистор VТ2 открывается, так как исчезает отрицательное смещение на его базе, а транзистор VТ1 закрывается. Частота импульсов III тока равна частоте размыканий первичной цепи системы зажигания. Эффективное значение импульсов тока, пропорциональное их частоте, показывает прибор. Переменным резистором R7 при настройке регулируют амплитуду импульсов тока. Терморезистор RЗ компенсирует температурную погрешность прибора. Диод VD2 служит для защиты транзистора VТ1. Стабилитрон VD3 обеспечивает стабилизацию напряжения питания прибора. Эксплуатация контрольно-измерительных приборов Контрольно-измерительные приборы в принципе не нуждаются в техническом обслуживании, за исключением спидометров, снабженных масленкой, и гибкими валами. В масленки спидометров необходимо через 50—100 тыс. км пробега автомобиля, или один раз в год, заливать три-пять капель вазелинового приборного масла (МВП). Замену смазочного материала в гибких валах рекомендуется производить через 50—60 тыс. км пробега автомобиля. Для технического обслуживания гибкий вал вынимают из оболочки и промывают в керосине. Затем наносят на него слой смазки ЦИАТИМ-201 или ЛЗ-158 и вставляют в оболочку. 16 В процессе эксплуатации возможны различные нарушения в работе контрольно-измерительных приборов. Иногда необходимо определить, исправность датчика и указателя. Наибольшая вероятность отказа обычно связана с отсутствием показаний целой группы приборов, и, как правило включенных в одну цепь питания и при нарушении цепи питания до места присоединения первого указателя. Наиболее вероятной причиной отказов могут быть срабатывание термобиметаллического или перегорания плавкого предохранителя в результате короткого замыкания. Искать такую неисправность нужно в одном из указателей или потребителе, подключенном к этой цепи. Если между выводами сгоревшего предохранителя включить контрольную лампу, то в случае короткого замыкания она светится полным накалом. Последовательно отключая потребители, находят неисправный. Если предохранители исправны, место обрыва ищут контрольной лампой, один конец которой соединяют с корпусом, а другой последовательно переносят к местам соединений. Свидетельством неисправности указателя является отсутствие его реакции на отключение питания. Любой указатель при отключенном питании должен возвращаться в исходное положение. Возможны случаи, когда показания указателя явно неверны. Для отыскания неисправности необходимо отсоединить провод от датчика и коснуться им корпуса автомобиля. Любой логометричетский указатель должен отклониться при этом до максимального значения измеряемого параметра. Исключение составляют указатели уровня топлива УБ191 и УБ193 (автомобили марки «ВАЗ»). Стрелки этих указателей устанавливаются у нулевой отметки. Если указатель должным образом не реагирует, он неисправен. В противном случае неисправен датчик. Если указатель при изменении состояния контролируемой среды находится в исходном положении, возможен также обрыв провода от указателя к датчику. Проверку обрыва провода производят электрощупом или вольтметром, который присоединяют между концом провода со стороны датчика и корпусом автомобиля. Отсутствие показаний вольтметра свидетельствует об обрыве провода. Реостатным датчикам свойственна неисправность, связанная с увеличением переходного сопротивления в месте контакта ползунка и обмотки реостата. Увеличение переходного сопротивления возникает обычно на небольших участках обмотки реостата и проявляется в колебаниях стрелки указателя при прохождении ползунка по этим участкам. Возможны варианты, когда стрелка указателя перемещается с заметным отставанием от изменений состояния контролируемом среды. Это связано с загустением или загрязнением демпфирующего смазочного материала, заложенного в опоры оси стрелки. Для исправления необходимо смыть старый смазочный материал растворителем и заложить новый или смазать опоры маслом МВП. Система встроенных датчиков. Впервые в отечественном авто17 мобилестроении система встроенных датчиков (СВД) стала применяться на автомобилях ВАЗ-2105 и ВАЗ-2108. В комплект СВД входят: • 12-полюсный штекерный разъем; • датчик положения коленчатого вала двигателя (датчик ВМТ); • датчик высокого напряжения; • датчик опорного цилиндра; • жгут проводов для коммутирования датчиков и контрольных точек. Принципиальная электрическая схема СВД представлена на рис.7.15. Контрольными точками, выведенными на штекерный разъем, являются: клемма «+» генератора, выводы «+» и «-» катушки зажигания, «масса» двигателя, а также выводы датчиков ВМТ, высокого напряжения и опорного цилиндра. Рис. 7.15. Принципиальная электрическая схема СВД К прерывателю(коммутатору) Датчик ВМТ Аккумяторная бататарея опорного цилиндра Система встроенных датчиков позволяет определять: • регулируемое напряжение; • исправность диодов выпрямителя генератора; • напряжение на катушке зажигания — при включении замка зажигания и при включении стартера; • падение напряжения на контактах прерывателя; • угол замкнутого состояния контактов прерывателя — при контрольных значениях частоты вращения коленчатого вала двигателя; • асинхронность искрообразования по цилиндрам; • угол опережения зажигания при контрольных значениях частоты вращения коленчатого вала двигателя; • падение частоты вращения двигателя при отключении цилиндров; • напряжение аккумуляторной батареи — без нагрузки, под нагрузкой (включен стартер) и при заторможенном стартере. Система СВД используется на всех современных моделях автомобилей и постоянно совершенствуется. 18 Панели приборов. Водителю во время движения необходимо иметь информацию о режиме движения и техническом состоянии автомобиля, что осуществляется с помощью панели приборов. Контрольно-измерительные приборы и индикаторы размещаются перед водителем на приборной панели. Приборная панель современного легкового автомобиля содержит от 3 до 6 стрелочных приборов и от 5 до 7 световых индикаторов, размещение которых основывается на следующих принципах: • в центре панели спидометр и тахометр; • размещение приборов и индикаторов тем ближе к центру панели, чем выше частота обращения к ним водителя; • группировка в единые блоки функционально связанных приборов и индикаторов. В качестве примера на рис.7.16 приведена конструкция панели приборов автомобиля ВАЗ-2108. Развитие и применение в автомобилестроении электроники дает возможность конструкторам и дизайнерам создавать электронную приборную панель, в которой вместо привычных электромеханических приборов устанавливаются электронные информационные устройства и индикаторы. Рис. 7.16. Панель приборов управления и контроля автомобиля ВАЗ-2108: 1переключатель наружного освещения; 2 — выключатель передних противотуманных фар с контрольной лампой; 3 — комбинация приборов; 4 — выключатель противотуманного света с контрольной лампой; 5 — выключатель обогрева заднего стекла с контрольной лампой; 6 — выключатель (реостат) освещения приборов; 7— датчик-сигнализатор иммобилизатора; 8 — рычаг переключателя очистителей и омывателей стекол; 9 — центральные сопла системы вентиляции и отопления салона; 10 — выключатель рециркуляции воздуха в салоне; 11 — рычаг управления заслонками системы отопления; 12 — выключатель кондиционера; 13 — рукоятка установки температуры; 14 — рукоятка управления вентилятором отопителя; 15 — выключатель аварийной сигнализации; 16 — выключатель очистителей и омывателя фар; 17 — сопло обдува стекла передней двери; 18 - боковые сопла системы вентиляции и отопления салона; 19 — часы (цифровые или стрелочные); 20 — блок индикации бортовой системы контроля; 21 - крышка гнезда магнитолы; 22— прикуриватель; 23 — патрон подключения переносной лампы; 24 — выключатель зажигания; 25 — выключатель звукового сигнала; 26— крышка монтажного блока; 27 — кнопка замка монтажного блока; 28 — выключатель привода замка багажника; 29 — гидрокорректор фар; 30 - рычаг переключателя указателей поворота и света фар Электронные индикаторы могут предоставлять информацию водителю в 19 цифровой, графической или текстовой форме. С помощью электронных устройств озвучивают рекомендательные сигналы — например: «Закройте дверь!» Электромеханические приборы, как правило, предназначены для отображения только одного параметра, так как при использовании нескольких шкал ухудшается возможность считывания с них показаний. Кроме того, это значительно увеличивает их габаритные размеры, что усложняет их размещение на панели приборов. Электронные индикаторы имеют меньшие размеры и могут информировать водителя о значениях не одного, а нескольких параметров, передавая различные сообщения, а это позволяет резко увеличить информативность панели при тех же габаритных размерах. Необходимо отметить, что электронные информационные устройства дают водителю более достоверные данные. Это связано как с повышением точности приборов, так и с цифровым предоставлением информации. Использование электронных индикаторов открывает широкие возможности для дизайнерских разработок панели приборов с учетом требований эргономики и инженерной психологии, так как позволяет варьировать цветом, формой и яркостью свечения индикаторов. Однако широкое применение электронных информационных устройств и индикаторов ограничивается рядом причин. Прежде всего, большинство электронных индикаторов не только дороже электромеханических приборов, но и обладают меньшей надежностью, устойчивостью к ударам, вибрациям, температурным воздействиям, имеют недостаточную долговечность. Для обеспечения работы некоторых типов индикаторов требуется дополнительный источник высокого напряжения и т. д. Однако, несмотря на указанные недостатки, электронные информационные устройства и индикаторы находят все большее применение и являются обязательной принадлежностью конкурентоспособного автомобиля. Одним из электронных устройств, широко применяемых на автомобилях, является бортовой компьютер, который состоит из универсального блока и блока управления, подключенных к системе электрооборудования автомобиля. В универсальный блок поступают сигналы, определяющие работу системы регулирования подачи топлива, скорость движения автомобиля, уровень топлива в баке, температуру окружающей среды, напряжение аккумуляторной батареи, включение подсветки приборной панели и т. д. Универсальный блок управляет работой предупреждающего звукового сигнала, блокировкой зажигания, а при необходимости — дополнительного обогрева. Связь с компьютером водитель поддерживает с помощью блока управления. Этот блок принимает команды водителя и передает их в универсальный блок, а также осуществляет индикацию результатов работы компьютера на соответствующем элементе поля индикаторов. С помощью бортового компьютера водитель может получать следующую 20 информацию: среднюю скорость движения; средний и мгновенный расход топлива; время суток; температуру окружающей среды; расстояние до интересующего пункта; предполагаемое время прибытия; расстояние, которое может проехать автомобиль с имеющимся в наличии запасом горючего. С помощью звукового сигнала бортовой компьютер предупреждает водителя о превышении максимальной скорости и о понижении температуры окружающей среды ниже 3 °С и опасности гололеда. Бортовой компьютер может также выполнять функции противоугонного устройства. Водитель устанавливает код, состоящий из четырех цифр, если перед пуском двигателя набрать неправильную комбинацию цифр, двигатель не заведется и будет включен звуковой сигнал. Возможные неисправности контрольных приборов, их причины и методы устранения Причина неисправности Метод устранения Постоянно перегорает предохранитель приборов Пробит диод защиты приборов Замените поврежденный диод Стрелка указателя температуры охлаждающей жидкости постоянно находится в начале шкалы 1. Поврежден прибор 1. Замените прибор или комбинацию приборов 2. Неисправен датчик прибора 2. Замените датчик 3. Повреждены провода или окислены их 3. Проверьте провода, восстановите наконечники соединение Стрелка указателя температуры охлаждающей жидкости постоянно находится в красной зоне 1. Поврежден прибор 1. Замените прибор или комбинацию приборов 2. Неисправен датчик прибора 2. Замените датчик 3. Провод, идущий к датчику, замкнут на 3. Проверьте, устраните замыкание массу Стрелка указателя уровня топлива постоянно находится в начале шкалы 1. Поврежден прибор 1. Замените прибор или комбинацию приборов 2. Повреждены провода или окислены их 2. Проверьте провода, восстановите наконечники соединение 3. Поврежден датчик: 3. Проделайте следующее: а) обрыв гибкой шины датчика а) припаяйте шину или замените датчик б) обрыв обмотки резистора б) замените датчик в) слабый контакт токосъемника в) подогните контакт резистора г) негерметичен поплавок г) замените поплавок Стрелка указателя уровня топлива постоянно находится в конце шкалы 1. Поврежден прибор 1.Замените прибор 2. Гибкая шина датчика замкнута с 2. Отогните шину трубкой забора топлива 3. Провод соединения с датчиком 3. Проверьте, устраните замыкание замкнут на массу 21 Стрелка указателя уровня топлива возвращается к началу шкалы при полном баке Неправильно установлен ограничитель Подогните ограничитель на 1-2 мм вниз хода поплавка (кончается обмотка резистора) Стрелка указателя уровня топлива передвигается скачками и часто падает к началу шкалы 1. Слабое касание резистора датчика 1. Подогните токосъемник токосъемником 2. Обрыв обмотки резистора датчика 2. Замените датчик Постоянно горит контрольная лампа резерва топлива 1. Замыкание провода датчика с массой 1. Проверьте, устраните замыкание 2. Замыкание гибкой шины датчика с 2. Отогните шину трубкой забора топлива Не работают какие-либо контрольные лампы 1. Перегорела лампа 1.Замените лампу 2. Плохой контакт лампы в патроне 2. Восстановите контакт 3. Окислились контакты датчика 3. Зачистите контакты датчика 4. Неисправен датчик лампы 4. Замените датчик 5. Обрыв в проводах, окисление 5. Замените поврежденные провода, наконечников проводов зачистите наконечники Контрольная лампа давления масла горит постоянно или гаснет только при больших оборотах двигателя 1. Низкое давление масла 1. Проверьте двигатель 2. Замыкание провода датчика на массу 2. Проверьте, устраните замыкание 3. Неисправен датчик 3. Замените датчик Не работает спидометр 1. Не затянуты гайки крепления 1. Проверьте, подтяните гайки наконечников гибкого вала привода спидометра 2. Обрыв гибкого вала привода 2. Замените гибкий вал 3. Поврежден механизм спидометра 3. Замените спидометр или комбинацию приборов Шум гибкого вала привода спидометра 1. Деформирована оболочка гибкого вала 1. Замените гибкий вал привода (вмятины, перегибы и т.п.) 2. Монтаж гибкого вала выполнен с 2. Исправьте монтаж гибкого вала радиусами изгиба менее 100 мм 22
