5

Tartalomjegyzék

BEVEZETÉS .................................................................................................11

1. A KÖZÚTI JÁRMŰVEK VILLAMOS RENDSZERE ................................13 1.1. A hagyományos villamos rendszer ............................................................13 A villamos rendszer fogalma ............................................................................13 Villamosenergia-termelés és -tárolás ...............................................................13 Fogyasztók .......................................................................................................14 Hagyományos hálózat .....................................................................................16 Ábrázolási, jelölési sajátságok a villamos rendszerben ...................................21 1.2. Autóelektronika a villamos rendszerben ..................................................24 Elektronikus irányítás az autóban ....................................................................24 Digitális technika az irányításban .....................................................................27 Informatikai vezetők, adatbuszok .....................................................................28 A villamos rendszer védelme ...........................................................................33 1.3. A villamos rendszer várható változásai ....................................................38 Többfeszültségű rendszer ................................................................................38 Egyesített generátor/indítómotor (G/M) ............................................................39 Ellenőrző kérdések és feladatok ......................................................................40

2. AKKUMULÁTOROK ....................................................................................41 2.1. Az akkumulátorok feladata és felépítése ..................................................41 Feladat .............................................................................................................41 Követelmények.................................................................................................42 Alapelvek..........................................................................................................43 Az ólomakkumulátor felépítése, kialakítása......................................................43 2.2. Működési elv .................................................................................................49 2.3. Az elektrolit ....................................................................................................52 2.4. Villamos jellemzők ........................................................................................54 A névleges feszültség fogalma (Un) .................................................................54 A kapocsfeszültség fogalma (Uk) .....................................................................55 A zárlati áram (Iz) ..............................................................................................56 A polarizációs feszültség (Up) ..........................................................................56 A kisütöttség fogalma ......................................................................................58

6

A töltéshez szükséges feszültség ....................................................................59 A töltöttség fogalma .........................................................................................60 2.5. A kapacitás ....................................................................................................61 A kapacitás értelmezése .................................................................................61 Amper-óra-kapacitás .......................................................................................62 A névleges áram ..............................................................................................64 Tartalékkapacitás (perc-kapacitás) ..................................................................64 2.6. A hidegindító áram .......................................................................................65 2.7. A töltési folyamat ..........................................................................................66 A gázképződési feszültség ..............................................................................67 A lepkegörbék ..................................................................................................68 Töltési módok ..................................................................................................70 2.8. Az akkumulátor és a töltő kapcsolata ........................................................71 Példák töltési módokra ....................................................................................74 A hatásfok, a töltési tényező ............................................................................76 2.9. A töltöttség ellenőrzése ...............................................................................76 2.10. Üzembe helyezés, karbantartás .................................................................78 Ellenőrző kérdések és feladatok ......................................................................79

3. GENERÁTOROK .......................................................................................80 3.1. A generátorok feladata és felépítése .........................................................80 Feladat .............................................................................................................80 Követelmények.................................................................................................81 3.2. Fizikai alapfogalmak .....................................................................................81 A mágneses tér ...............................................................................................81 Az indukált feszültség ......................................................................................83 3.3. A váltakozó áramú generátor ......................................................................86 Működési elv ....................................................................................................86 Az egyenirányító egység ..................................................................................89 A háromfázisú egyenirányítás jellegzetességei ...............................................90 Felépítés, szerkezet ..........................................................................................94 Üzemi tulajdonságok, jelleggörbék .................................................................97 A generátor hűtése ........................................................................................103 Az egyenirányító rendszer hibáinak hatása a jelleggörbékre .........................105 A generátorok hatásfoka ................................................................................106 3.4. Feszültségszabályozás ..............................................................................108 Feszültségszabályozás a generátorban ........................................................108 A feszültség érzékelése .................................................................................111 Beavatkozás a gerjesztőkörbe .......................................................................112 Induktív körök átmeneti jelenségei.................................................................114 Az elektromechanikus feszültségszabályozás elve .......................................115 Az elektronikus feszültségszabályozás elve ..................................................118 A feszültségszabályozók kialakítása ..............................................................121

7

Gerjesztődiódákat nem tartalmazó generátorok ...........................................123 Gerjesztődiódás generátorok ........................................................................123 A feszültségszabályozó egyéb feladatai ........................................................126 Az akkumulátor negatív sarkára ültetett szabályozó ......................................129 Különleges generátorok .................................................................................130 Ellenőrző kérdések és feladatok ....................................................................131

4. A VILLAMOSENERGIA-RENDSZER EGYENSÚLYA ..............................132 4.1. Az egyensúly értelmezése.........................................................................132 Egy szokatlan vizsgálat ..................................................................................133 Tapasztalat, következtetés .............................................................................134 4.2. A feszültségszabályozók üzeme ..............................................................135 4.3. A villamos rendszer üzemállapotai ..........................................................136 Cél és fogalmak .............................................................................................136 A szemléltetés módszere ...............................................................................138 Alapesetek vizsgálata ....................................................................................141 Tipikus üzemmódok vizsgálata .....................................................................145 Összefoglalás ................................................................................................148 Mi a tanulság a fejezetünkben leírtakból? ......................................................148 Ellenőrző kérdések és feladatok ....................................................................149

5. INDÍTÓBERENDEZÉSEK ........................................................................150 5.1. Az indítóberendezések feladata ...............................................................150 Az indítási fordulatszám és az indítási nyomaték ..........................................150 Az indítás számszerű jellemzői ......................................................................152 A fogaskerekes hajtás ....................................................................................153 Konstrukciós követelmények .........................................................................154 5.2. Elektrotechnikai alapok .............................................................................156 A mágneses térbe helyezett áramvezető .......................................................156 A mágneses térbe helyezett tekercs ..............................................................158 A pólusok .......................................................................................................160 A motor indukált feszültsége..........................................................................161 Az indítómotor árama és nyomatéka .............................................................162 Jelleggörbék ..................................................................................................163 Tanulság, fi gyelmeztetés ................................................................................164 Hatásfok .........................................................................................................164 5.3. Az indítómotorok típusai ...........................................................................165 Névleges adatok ............................................................................................165 A csúszó fogaskerekes indítómotor ...............................................................165 Toló fogaskerekes indítómotor .......................................................................171 5.4. Az akkumulátor állapotának hatása az indításra ...................................175 Ellenőrző kérdések és feladatok ....................................................................179

8

6. DÍZELMOTOROK VILLAMOS SEGÉDBERENDEZÉSEI ..........................180 6.1. Indítássegély ...............................................................................................181 Feladat ...........................................................................................................181 Az izzógyertya ................................................................................................181 Az elő- és utóizzítás .......................................................................................186 Az izzítás vezérlése ........................................................................................186 6.2. Kiegészítő fűtés ..........................................................................................191 Hűtőfolyadék-fűtés .........................................................................................191 Gázolajszűrő-fűtés .........................................................................................193 Ellenőrző kérdések és feladatok ....................................................................193

7. GYÚJTÁS, GYÚJTÓRENDSZEREK ......................................................194 7.1. A gyújtórendszerek feladata .....................................................................194 A gyújtás feladata ..........................................................................................195 A gyújtórendszer feladatai, főbb alkatrészei ...................................................195 A gyújtás alapfogalmai ..................................................................................195 7.2. Elektrotechnikai alapok .............................................................................198 7.3. Működési elv ...............................................................................................200 7.4. Áram- és feszültségváltozások a gyújtórendszerben ...........................202 A primer áram változása az idő függvényében .............................................202 A primer feszültség változása az idő függvényében .....................................213 A szekunder feszültség változása az idő függvényében ...............................216 7.5. A gyújtórendszerek szerkezeti elemei.....................................................219 A gyújtótekercs ..............................................................................................220 A gyújtógyertya ..............................................................................................224 A gyújtáselosztó.............................................................................................229 7.6. Gyújtórendszerek .......................................................................................235 Elosztós gyújtórendszerek .............................................................................235 Vezérlőharangos Hall-jeladóval vezérelt gyújtás ............................................238 Elosztó nélküli gyújtórendszerek ....................................................................247 Ellenőrző kérdések és feladatok ....................................................................251

8. VILÁGÍTÓ- ÉS FÉNYJELZŐ BERENDEZÉSEK .................................252 8.1. A világító- és fényjelző berendezések az autóban ................................252 Feladat ...........................................................................................................252 Követelmények...............................................................................................253 8.2. Fénytani és világítástechnikai alapfogalmak ..........................................254 Fényerősség ..................................................................................................254 Fényáram .......................................................................................................254 Megvilágítás ...................................................................................................255 Fénysűrűség ..................................................................................................255 Fényhasznosítás ............................................................................................255 A gépjármű saját világítása és a vezető látása .............................................255

9

8.3. Előírások ......................................................................................................257 Távolsági fény ................................................................................................257 Tompított fény .................................................................................................257 8.4. Fényforrások ...............................................................................................259 Az izzólámpa .................................................................................................259 Ívkisüléses vagy D-lámpák ............................................................................263 Fényemittáló dióda (LED) ..............................................................................264 8.5. Tükröző felületek és optikák .....................................................................265 A forgási paraboloid .......................................................................................265 A forgási ellipszoid és szórólencse ...............................................................266 FF felületek ....................................................................................................267 Szóróüvegek és burák ...................................................................................267 8.6. Fényszórók ..................................................................................................268 Távolsági fényszórók .....................................................................................268 Tompított fényt sugárzó fényszórók ...............................................................269 Valóságos fényszórók ....................................................................................271 Fénykürt .........................................................................................................272 Kanyarodási fény ...........................................................................................272 Fényszórók billentése ....................................................................................274 8.7. A fényszórók villamos hálózata ................................................................275 8.8. Jelző- és egyéb kiegészítő fények ...........................................................277 Irány- és elakadásjelző fények .......................................................................277 Ellenőrző kérdések és feladatok ....................................................................279

9. VILLAMOS MOTOROK AZ AUTÓBAN ................................................280 9.1. Feladat ..........................................................................................................282 9.2. Igények .........................................................................................................282 9.3. Elektrotechnikai alapok .............................................................................283 Állandó mágnesű motorok ............................................................................283 Léptetőmotorok ..............................................................................................284 9.4. Alkalmazási példák ....................................................................................287 Motorhűtő ventilátor hajtása ...........................................................................287 Utastér-légbefúvó ..........................................................................................288 Ablakmozgatás ..............................................................................................289 Szélvédőtörlő, -tisztító rendszerek .................................................................291 Ellenőrző kérdések és feladatok ....................................................................295

ÚJ SZAKSZAVAK SZÓSZEDETE ..........................................................296

45

megjelentek a negatív elektródon, ott beépültek az elektród anyagába, helyi eleme-ket képeztek. Minél több antimon vándorolt át, annál kisebb (töltő-) feszültségen indult meg a vízbontás, gázképződés. A cellából egyre több víz fogyott, amit egyre gyakoribb, rendszeres utántöltéssel kellett pótolni.

Ez teljes mértékben ellentmond a karbantartás-mentességnek, az ilyen cellát nem lehet lezárni, ami gátolta a fejlődést. Az antimontartalom fokozatos csökkentésével a vízutántöltés igénye is csökkent. A kutatás természetesen eredménnyel járt: az antimont – részben – felváltotta a kalcium. A kalcium – bár vegyi okokból semmi szükség nincs rá – az ólomrácsnak kedvező tulajdonságokat ad, nem jelent mérgező anyagot az ólom számára és nem vándorol. Ezáltal a töltésre jellemző gázképző-dés minimális marad, az edény lezárható. A kedvező tulajdonságoknak ára van: az így elkészített akkumulátor élettartama, ciklusszáma kisebb a kalciumkristályok tulajdonságai miatt. Az ilyen ráccsal készített akkumulátorok kevésbé tűrik a mély-kisütést és a túltöltést (a fogalmak tartalmát lásd később!). Ezért a gyártók meg-különböztetnek teljesen kalciumos, és hibridnek nevezett kivitelt, ahol a pozitív elektródot kis antimontartalmú ötvözetből, a negatív elektród rácsait kalcium-ólom ötvözetből készítik. Hagyományos akkumulátor felépítése a 2.2 ábrán látható.

Megjegyezzük, hogy a villamos hatásokra érzékenyebb berendezés alkalmazása nem okoz gondot, ha a villamos rendszer jellemzőit, illetve azok határértékeit biz-tosan és pontosan be lehet tartani. Itt is az elektronika segít: a korábbi „szemre”, vagy „fülre” történő barkácsbeállítások lehetőségei az autóból eltűntek, és intelli-gens felügyelet zárja ki a határértékek túllépését. Ezért nem fordulhat elő mélyki-sütés és túltöltés.

Lemezpólus

Pozitív elektródszigetelő tasakban

Pozitív lemezcsomag

Lemezösszekötő

Központi gázelvezető

Beépített, behajtható fogantyúkVégpólus

Öntött pozitív ólomrács

Pozitív elektród

Expondált negtív ólomrács

Negatív elektród

Negatív lemezcsomagKomplett lemezcsomag

2.2. ábra. Hagyományos felépítésű akkumulátor szerkezete

48

Gondozásmentes akkumulátor. A fogalom nem „szabadon választott”, tehát a gyártó fantáziájától, vagy magabiztosságától függő jellemző. És nem attól, hogy van-e a fedélen utántöltő nyílás, vagy nincs. Az érvényes nemzetközi előírások sze-rint egy savas vagy ólomakkumulátor abban az esetben nevezhető teljesen gondo-zásmentesnek (Wartungsfrei, Maintenance free), ha 40 ± 2 °C hőmérsékleten 500 órán át 14,4 ± 0,05 V állandó feszültséggel töltve, a vízfogyasztásból (vízbontás-ból) fakadó tömegveszteség kisebb, mint 6 g/A⋅h. Akkumulátorgyártó információja szerint a szabványban rögzített (DIN, EN) értéket az autógyárak tovább szigorítot-ták és csak azt a gyártót fogadják el beszállítóként, amelyik garantálja a 3 g/A⋅h-nál kisebb vízfogyasztást! (A vizsgálat az autóiparra minden alkatrész tekintetében ál-talános, 500 órás igénybevételt ír elő. Ez 21 nap, ami nyilván extrém, gyakorlatban soha elő nem forduló eset. Az autógyártók azonban – mivel termékük nagy részét beszállítók alkatrészei teszik ki – jogosan válogatnak, és a márka becsülete céljá-ból, valóban csak a legkiválóbbakat építik a gyártmányaikba.)

Spirálcellás ólomakkumulátor. A korábbiakban – szinte törvényszerűen – csak olyan kialakítású akkumulátorokról írtunk, ahol az elektródok egymással párhu-zamos lemezekként fordultak elő. Ez nem véletlen, hiszen a gyártott és beépített akkumulátorok szinte mindegyike ilyen kialakítású. Akad azonban kivétel. Vala-kinek eszébe jutott, hogy a szükséges elektródfelületet nem egymással párhuza-mos lemezek formájában készíti el. Ugyanezt a felületet egyetlen, hosszú téglalap alakban jeleníti meg. A téglalap keskenyebbik oldala közel egyenlő a szokásos akkumulátorok magasságával. A hosszabbik oldal ennek mintegy ötszöröse. Erre a méretre készül egy pozitív és egy negatív hordozó, jól deformálható, expandált ólomlemezből. A hordozóba, rácsba kent aktív anyag egyezik a korábbiakban le-

2.4. ábra. Spirálcellás akkumulátor

TúlnyomásszelepVillamos csatlakozó

Cellaösszekötőólomhíd

Felcsévélt elektródok (1 cella)

ÓlomrácsÜvegszövet szigetelő

94

Az ábra képe szokatlan. Azért nem meglepő, mert a generátorunk neve is „vál-takozó áramú”, és az előbb, a feszültségek vizsgálatakor megállapítottuk, hogy egy-egy tekercs vezet, majd pihen, majd újra vezet. A folyamat pontos lefolyását szemlélteti a 3.22. ábra.

Felépítés, szerkezet

A váltakozó áramú járműgenerátor szerkezetét a 3.23. ábra mutatja.

1 2 3 4

5 5 63.23. ábra. Váltakozó áramú generátor felépítése

1) hajtás oldali pajzs, 2) állórész vasteste, 3) körmös pólusú forgórész, 4) csúszógyűrűk, 5) ventilátorok, 6) diódák

A 3.24. ábrán a legegyszerűbb kapcsolású generátort láthatjuk.

3.24. ábra. Hatdiódás, csillagkapcsolású generátor

67

Jelöletlen kivezetés

Csúszógyűrű-kefecsatlakozások

Forgórész Állórész

Pozitív diódahíd

Negatív diódahíd

+

132

A korábbi fejezetekből tudjuk, hogy az autó villamos rendszerének alapvető részei az energia tárolására szolgáló akkumulátor és az energiát előállító generátor. Tá-rolt energia nélkül ma már a belső égésű motort nem lehet elindítani, működésbe hozni, az akkumulátor elegendő töltöttsége tehát létkérdés. Tudjuk, hogy a generá-tor csak akkor aktív, ha a belső égésű motor működik. Mindezekből az következik, hogy a belső égésű motor működési ideje alatt kell a tárolót megfelelő mértékig feltölteni.

4.1. Az egyensúly értelmezéseA villamosenergia-rendszer egyensúlyáról akkor beszélünk, ha az egységnyi idő-tartam folyamán az akkumulátorból kivett és a generátorból oda visszatáplált ener-giák mértéke (a töltési hatásfokot is fi gyelembe véve) egyenlő. Egységnyi időn órá-kat, munkanapot, vagy tetszőleges útszakasz megtételéhez szükséges időtartamot értünk. Ha például az autó egy napi futása után az akkumulátorban kevesebb az energia, mint a nap kezdetén, akkor az aznapi energiamérleg negatív. Ennek rend-szeres ismétlődését nem engedhetjük meg, erről a folyamatról idejében kell(ene) értesülni, hogy az indításképtelenséget elkerüljük.

Az autókban soha nem volt a negatív mérlegre, vagy annak kialakulására fi -gyelmeztető, jelző rendszer. Az előző fejezetben megtudtuk, hogy a „töltés-ellen-őrző lámpa” ezt a feladatot sohasem teljesítette. Ennek ellenére a jelző rendszer égető szükségét senki nem érezte, mert az autókban az energiamérleg pozitív volt. A nyári hónapokban és melegebb éghajlaton nem kellett félni az akkumulátor ki-merülésétől, bár ennek megtörténte nem volt kizárt. Télen, kedvezőtlen körülmé-nyek között gyakrabban előfordult. Erre a házi töltés volt a megoldás, amire a legtöbb autós ugyanúgy felkészült, mint a defektre. Az otthon tartott töltő sem ritkaság.

Ma senkit nem érdekel a defekt, mert a kerekek gumiköpenyének megbízható-sága nőtt. Ennek ellenére pótkereket mindenki hordoz magával. A negatív energia-mérleg egyre gyakrabban fordul elő, mert az autó villamos fogyasztóinak összes teljesítménye nagyobb, mint a generátor névleges teljesítménye (lásd az 1. fejezet, 1.1. táblázatát).

A villamosenergia-rendszer egyensúlya4.

150

Indítóberendezések

Az 5. fejezetben az indítómotorokkal fogunk foglalkozni. A címben mégis az „in-dítóberendezések” szerepel. Ennek az a magyarázata, hogy az indítómotor csak akkor működhet, ha rendelkezésre áll egy akkumulátor, egy mágneskapcsoló, va-lamint a pozitív és negatív oldali vezetők rendszere. Mivel az utóbbiak állapota alapvetően meghatározza az indítás eredményességét, így indítóberendezéseken egy erre a célra készített, különleges egyenáramú villamos gépet, az akkumulátort, a vezetékeket és a rendszer vezérlését értjük.

A belső égésű motor különleges berendezés. Önálló működését csak akkor képes megkezdeni, ha égésterében – szívást és sűrítést követően – a keverék gyulladásra készen áll. Ennek érdekében tehát forgattyús tengelyét külső hatással egyszer körbe kell forgatni, csak ezt követően történik az első munkavégzési ütem, majd az önálló, folyamatos működés. A külső hatást korábban kurblizás, betolás vagy lejtőről való legurulás jelentette. Az elektronikus irányítású belső égésű motorok esetén ez már csak szükséges, de nem elégséges feltétel. A forgattyús tengely megpörgetése ön-magában nem elegendő, hiszen az indítást megelőzően a tüzelőanyag elosztórend-szerében létre kell hozni a szükséges nyomást, a motorirányító egységbe meg kell érkeznie a szükséges jeleknek. Ezek működéséhez ép és egészséges akkumulátorra van szükség. Ekkor értelmetlenség bekurblizásról beszélni, amit az évtizedek óta keresztben épített motorok nem is tesznek lehetővé. Tudomásul kell venni, hogy a forgattyús tengelyt villamos hajtású motorral kell és lehet megpörgetni. Ez az indí-tómotor, szakzsargonban: önindító. (Ez utóbbi elég butácska kifejezés. Használatát ezért könyvünkben is kerüljük.)

5.1. Az indítóberendezések feladata

Az indítási fordulatszám és az indítási nyomaték

A nyugalomban lévő belső égésű motor forgattyús tengelyét a motorra jellemző indítási fordulatszámra (ni) kell felgyorsítani. Az indítási fordulatszám értéke a tapasztalat szerint benzinmotornál 60...100 l/min, dízelmotornál 80...200 l/min, a motor típusától függően. A felgyorsításhoz 20…30%-kal nagyobb nyoma-tékra van szükség, mint a tengely további forgatásához. Ez ismert módon a

5.

151

nyugalmi súrlódásból fakad, ami kedvezőtlen esetben a dermedt kenőolaj miatt is nagyobb.

A forgatáshoz szükséges indítási nyomaték (Mi) mértéke:

a dugattyúk és a henger közötti súrlódás leküzdéséhez, a forgattyús tengelyről hajtott segédberendezések (vezérműtengely, szelepek,

hűtőfolyadék- és olajszivattyú, generátor stb.) működtetéséhez, az indítómotor saját súrlódásainak leküzdéséhez, a rendszer felgyorsításához.

szükséges nyomatékok összegétől függ, ezek pillanatértékeinek eredője. Mindezek számszerű értékei bizonytalanok és elég széles határok között változnak. Általá-nosságban az eredő, azaz indítási nyomaték a belső égésű motor lökettérfogatától, típusától (benzin- vagy dízelüzemű) és a hőmérséklettől (a kenőanyag viszkozi-tásától) függ. Az 5.1. ábra a lökettérfogat függvényében ábrázolja a – tapasztalati úton nyert – szükséges indítási nyomatékot.

Az indításhoz szükséges villamos teljesítmény számszerű értékei nem közis-mertek, legfeljebb az évtizedek óta alkalmazott indítómotorok adataiból lehet kö-vetkeztetni, hogy motoronként néhány kW-ról lehet szó. Mielőtt ezekkel néhány

5.1. ábra. Segédlet az indítási nyomaték nagyságának értelmezéséhez

700600500

400

300

200

150

10080

6050

40

20

15

10

30

Mi, N·m

0,8 1 1,5 2 3 4 52,5 6 7 8 910 15 20 25 30 40 50 60 80 100 150 200 300

Benzinmotor

Dízelmotor

Mi, N·m

700060005000

4000

3000

2000

1500

1000800

600500400

300

200

150

100

V, dm3