《汽车电气设备构造与维修》教案.docx

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《汽车电气设备构造与维修》教案

第一章电源系统

教学目的：

使学生了解和掌握铅蓄电池、交流发电机及其调节器的作用、结构、工作原理与特性、使用与维护、常见故障的排除等内容，对汽车电源系统有初步的认识。

教学重点：

普通铅蓄电池、交流发电机及其调节器的结构、原理、特性。

教学难点：

电源系统常见故障的诊断与排除方法。

§1-1概述

一、电源系统的作用：

提供低压直流电能。

二、组成：

P5图1-1

交流发电机、调节器、蓄电池、电流表（或其它充电指示装置）、钥匙开关等。

三、充电状态指示装置：

电流表或指示灯

§1-2蓄电池

一、蓄电池的作用、要求与分类：

1.蓄电池的作用：

P6图1-2蓄电池与发电机并联

P5

（1）～（4）

2.对蓄电池的要求：

容量大、内阻小

3.分类：

铅酸蓄电池：

普通型、荷电型（干式、湿式）、免维护型、胶体型

碱性蓄电池

★汽车上广泛采用铅酸蓄电池。

二、蓄电池的构造与型号：

1．普通型蓄电池的构造：

P7图1-3包括：

外壳、极板组、隔板、电解液、联条、加液孔盖、接线柱等。

极板上有活性物质：

正极板：

二氧化铅PbO2

负极板：

铅Pb

（1）单格电池中，正极板比负极板少一片（如EQ1090汽车，7正8负）

（2）利用极板组增大蓄电池容量

2．干荷电式蓄电池：

P10图1-12

3．免维护蓄电池：

P11图1-13

4．胶体型免维护蓄电池：

P12图1-14

5．铅蓄电池的型号：

（JB2599-85）

铅蓄电池的型号由三部分组成：

单格电池数、蓄电池类型和特征、额定容量

特殊性能

额定容量（A·h）

特征代号

类型（用途）

单格电池数

例：

EQ1090E汽车使用6—Q—105D

表示：

6个单格（12V）、起动用、额定容量为105A·h、低温起动性能好

CA1091汽车使用6—QA—100S

表示：

6个单格（12V）、起动用、干荷电式、额定容量为1050A·h、塑料整体式外壳

三、蓄电池的工作原理与特性：

1．基本工作原理：

铅蓄电池：

电能化学能

（1）电势的建立：

正极板上的活性物质少量溶解产生Pb+4，具有约2.0V正电位

负极板上的活性物质少量溶解产生Pb+2，具有约0.1V负电位

即单格蓄电池电压（静止电动势）约为：

E=2.0V－（-0.1V）=2.1V

（2）铅蓄电池充、放电过程的总反应化学方程式为：

PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O

2．工作特性：

（1）静止电动势E：

蓄电池在静止状态（不充电也不放电）时，正、负极板间的电位差（即开路电压）

（2）内阻：

（3）蓄电池的放电特性：

蓄电池的端电压与电解液相对密度的关系。

P14图1-17

A、电解液相对密度随放电时间直线下降

B、蓄电池端电压变化规律：

①开始放电阶段：

端电压下降较快

②相对稳定阶段：

端电压缓慢下降

③迅速下降阶段：

端电压急剧下降

4．蓄电池的充电特性：

蓄电池的端电压与电解液相对密度的关系。

P16图1-18

A、电解液相对密度随放电时间逐渐上升，直至达到最大值

B、蓄电池端电压变化规律：

①开始充电阶段：

端电压迅速上升

②稳定上升阶段：

端电压缓慢上升

③迅速上升阶段：

端电压急剧上升

四、蓄电池的容量及影响因素：

1．容量：

（1）理论容量：

（2）实际容量：

Q=放电电流×放电时间（单位：

安培·时或A·h）

（3）额定容量：

用20h放电率容量表示（单位：

安培·时或A·h）

（4）储备容量：

规定条件下，蓄电池的放电时间（单位：

分钟或min）

2．影响容量的因素：

（1）构造方面：

①极板的厚度、面积②同性极板的中心距离

极板越薄，极板上活性物质的实际表面积越，同性极板的中心距离越短，则容量越大。

（2）使用方面：

①放电电流：

放电电流越大，则容量越小

②电解液温度：

电解液温度降低时，输出容量减小

③电解液相对密度：

适当增大电解液的相对密度，则容量增大；电解液的相对密度过高或过低，均会使容量减小。

④电解液的纯度：

含有杂质会造成自行放电，容量↓

五、蓄电池的使用与维护：

（一）铅蓄电池的使用与维护：

1．正确使用：

2．储存方法：

湿储存、干储存

3．冬季使用注意事项：

4．维护：

（1）检查电解液液面高度：

①橡胶外壳蓄电池：

利用玻璃管测量P19图1-19若液面高度低则应加注蒸馏水。

②塑料外壳蓄电池：

液面应在上下刻线之间

（2）检查放电程度：

①用吸式密度计测量电解液相对密度P20图1-20

★免维护铅蓄电池有内装式密度计（即内有一颗能反光的绿色小球）图1-21

②用高率放电计测量单格电压：

P21图1-22

★免维护蓄电池的端电压：

利用整体式高率放电计测量P22图1-23

③用汽车万用表测量蓄电池的端电压

5．蓄电池的拆装：

（1）正、负接线柱的识别：

①正极标有“+”号，负极标有“-”号

②正极涂成红色，负极涂成黑色或其它颜色

③用万用表测量

（2）蓄电池的拆卸：

先拆搭铁线（负极线），再拆起动机线（正极线）

（3）蓄电池的安装：

先接起动机线（正极线），再接搭铁线（负极线）

（二）蓄电池的充电：

1．充电方法及设备：

（1）充电方法：

定流充电、定压充电、快速充电

（2）充电设备：

①硅整流充电机②可控硅充电机③快速充电机

2．电解液的配制：

3．充电种类：

（1）初充电（★充电时，蓄电池的正极与充电机的正极相接、蓄电池的负极与充电机的负极相接）

（2）补充充电：

（3）快速脉冲充电：

（4）去硫化充电：

步骤P25

六、蓄电池的常见故障及排除方法：

（一）极板硫化：

极板上有较多的硫酸铅

1.原因：

P27①～④

2.预防措施：

及时或定期补充充电、电解液密度适当

（二）活性物质脱落：

主要是正极板上的氧化铅脱落

1.原因：

P27①～③

2.预防措施：

避免过充电或大电流长时间充、放电；搬运时轻搬轻放；安装牢固可靠。

（三）自行放电：

无负载状态下，蓄电池电量自行消失（漏电）

1.原因：

P27①～③

2.预防措施：

配制电解液用的硫酸、蒸馏水及器皿要符合规定；加液螺塞要盖好；补充的蒸馏水要符合要求。

七、电动汽车用高能电池：

小结：

1、蓄电池的作用、分类、构造与型号、工作原理与特性。

2、蓄电池的使用与维护。

3、常见故障的诊断与排除。

作业布置：

P80第3、4、5、6、8、10题

§1-3交流发电机

一、交流发电机的作用及分类：

（1）作用：

向用电设备（不包括起动系统）供电，为蓄电池充电。

（2）分类：

有刷式：

内装电刷式、外装电刷式

①按有无电刷，分为：

无刷式：

爪极式、感应式、带励磁机式、永磁式

②按激磁绕组的搭铁方式，分为：

内搭铁式、外搭铁式

③通风方式，分为：

单风叶式、双风叶式

④采用整流二极管的数目，分为：

六管式、八管式、九管式、十一管式

二、交流发电机工作原理：

1．发电原理：

P32图1-27

转子（磁场）旋转时，定子绕组切割磁力线，产生频率相同、幅值相等、相位互差120°的三相正弦电动势。

E=CnΦ

E——电动势的有效值（V）C——发电机结构常数

n——发电机转速（r/min）Φ——磁极磁通

2．整流电路：

交流电转换成直流电

（1）六管交流发电机整流电路：

P33图1-28

交流发电机的三相桥式整流电路

（2）八管交流发电机整流电路：

图1-29

①六只二极管构成三相桥式整流电路

②两只二极管（中性点二极管）：

可提高发电机的输出功率

（3）九管交流发电机整流电路：

图1-30

①六只二极管构成三相桥式整流电路

②三只二极管（磁场二极管）：

为发电机提供励磁电流、控制充电指示灯

（4）十一管交流发电机整流电路：

图1-31

①六只二极管构成三相桥式整流电路

②两只二极管（中性点二极管）：

可提高发电机的输出功率

③为发电机提供励磁电流、控制充电指示灯

3．励磁方式：

（1）自励（由发电机自身向激磁绕组供电）

（2）它励（由蓄电池供电）

三、交流发电机的构造：

1．普通交流发电机的构造特点：

P35图1-32、图1-33（重点掌握）

主要包括：

转子、定子、硅整流器、电刷、前后端盖等等

（1）转子：

其作用是产生磁场

结构：

P36图1-34转子轴、爪极（2个）、磁轭（铁芯）、磁场绕组、滑环（2个）

（2）定子：

其作用是产生三相交流电动势

①结构：

P37图1-35定子铁芯、定子绕组

②定子绕组的接法：

星形连接、三角形连接

（3）硅整流器：

其作用是将定子绕组产生的三相交流电转换成直流电

结构：

P38图1-36

2．无刷交流发电机：

3．双爪极式交流发电机：

P43图1-44

4．带泵交流发电机：

P44图1-46

四、交流发电机的型号：

交流发电机的型号由五个部分组成：

QT／T73-93

变型代号（英文字母）

设计序号（数字）

分组代号（1、2、……9）：

为电流等级代号

分类代号（1、2、……6）：

为电压等级代号

产品代号（大写字母）：

为汉语拼音

注：

①产品代号：

JF——交流发电机、JFZ——整体式交流发电机

JFB——带泵交流发电机、JFW——无刷交流发电机

②变型代号以调整臂的位置来标（中：

不标；右：

Y；左：

Z）；若旋转方向为逆时针则应在型号的最后一位标上“N”。

例：

JF2511Y表示：

JF→交流发电机2→标称电压24V5→输出电流为50～59A

11→设计序号Y→调整臂在右顺时针旋转

五、交流发电机的检测与维修：

P45～55

小结：

1、交流发电机的作用、分类、构造与型号、工作原理。

2、交流发电机的检测与维修。

3、常见故障的诊断与排除。

作业布置：

P80第14、15题

§1-4交流发电机调节器

1．调节器的作用：

保证发电机输出电压的稳定。

2．分类：

①电磁振动式（触点振动式）调节器

②晶体管调节器

③集成电路调节器

★一些汽车发电机励磁电路采用计算机控制，能保证输出电压稳定，故不需要调节器。

一、电磁振动式调节器：

1、基本工作原理：

通过触点的闭合与断开，改变励磁电流的大小，从而使电压保持稳定。

2、双级式电磁振动式调节器：

（1）基本电路：

图1-62

（2）工作原理：

①起动时：

低速触点K1闭合（高速触点K2断开），由蓄电池向励磁绕组供电（他励）

励磁电路：

②自励：

随着发电机转速升高，当发电机电压高于蓄电池电压时，由发电机提供励磁电流。

励磁电路：

③低速调压区：

当发电机转速继续升高，发电机电压达到第一级调整值时，触点K1打开。

（触点K2仍断开）。

励磁电路：

由于通过励磁电路串入了电阻RT使励磁电流减小，发电机电压下降，通过调节器磁化线圈的电流也减小，当电磁吸引力小于拉力弹簧的弹力时，触点K1又闭合，使励磁电流又增大，发电机电压升高，触点K1又打开。

这样，触点K1不断地打开、闭合，调节发电机励磁电流，从而使发电机电压保持稳定。

④失控区：

发电机转速继续升高时，触点K1、K2都打开，励磁电路同③，调节器失去调节作用。

⑤高速调压区：

当发电机转速进一步升高，发电机电压达到第二级调整值时，磁化线圈的电磁吸引力使触点K2闭合（触点K1仍打开），励磁绕组被短路，励磁电流急剧减小到零，发电机电压迅速下降，触点K2又打开，发电机电压又上升。

这样，触点K2不断地打开、闭合，使发电机电压稳定。

（3）优缺点：

P57

3、具有灭弧系统的单级电磁振动式调节器：

图1-64

4、附加磁场继电器的调节器：

（1）用于汽油机的附加磁场继电器的调节器：

图1-65便于接充电指示灯

（2）用于柴油机的附加磁场继电器的调节器：

图1-66发动机熄火后，能自动切断励磁回路

二、晶体管调节器：

1．优点：

P60

（1）~（4）

2．工作原理：

图1-67

（1）当发电机电压低于蓄电池电压时，VT1截止、VT2导通，发电机他励：

（2）当发电机电压高于蓄电池电压但低于调节电压值时，VT1截止、VT2导通，发电机自励：

（3）当发电机电压高于调节电压值时，VT1导通、VT2截止，发电机励磁电路被切断

（4）当发电机电压下降到小于调节电压值时，VT1截止、VT2导通，发电机自励

三、集成电路调节器：

（略）

四、调节器的型号：

P65

调节器的型号由五部分组成：

如：

FT126C：

12V电磁振动式电压调节器、第六次设计、第三次变型

FDT152：

12V集成电路电压调节器、第二次设计

五、调节器的检查与调整：

P65～67

六、计算机控制的交流发电机简介：

§1-5充电指示灯控制电路、瞬变过电压保护电路

一、充电指示灯控制电路：

1、利用中性点电压，通过充电指示灯继电器控制：

图1-77

2、利用中性点电压，通过走动机复合继电器控制：

图1-78

3、利用交流发电机磁场二极管控制充电指示灯：

P34图1-30

4、充电电路中增加一个二极管控制：

图1-79

二、瞬变过电压保护电路：

1、瞬变过电压的产生及危害：

（1）抛负载瞬变

（2）切断电感负载瞬变

（3）磁场衰减瞬变

2、瞬变过电压的保护方法：

（1）采用稳压管保护：

图1-81

（2）晶闸管过压保护：

图1-82

§1-6使用与故障诊断

一、使用：

二、故障诊断与排除：

小结：

1、交流发电机调节器的作用、分类、构造、工作原理及型号。

2、调节器的检查与调整。

3、充电指示灯的几种控制电路。

4、电源系瞬变过电压保护电路。

5、充电系常见故障的诊断与排除。

作业布置：

P80第16、19题

第二章起动系统

教学目的：

使学生了解和掌握起动系的作用及组成、起动系控制电路的工作原理；起动机的结构、工作原理；起动系常见故障的诊断与排除

教学重点：

起动系的组成，起动机的构造与工作原理。

教学难点：

起动系常见故障的诊断与排除方法。

§3-1概述

一、起动系的作用：

1、起动系的作用使发动机由静止状态进入自行运转状态。

2、常用的起动方法：

人力起动（如手摇起动）、辅助汽油机起动、电力起动机起动

二、起动系的组成：

图2-1

组成：

蓄电池、起动机、起动控制电路（起动开关或按钮、起动继电器）

三、起动机的组成及其分类：

1、起动机的组成：

图2-2

组成：

直流电动机、传动机构、控制装置

2、分类：

（1）按控制装置分：

①机构控制式②电磁控制式

（2）按传动机构分：

①惯性啮合式②强制啮合式③电磁啮合式

四、起动机的型号：

P84

车用起动机的型号由五部分组成：

如：

QD124型起动机：

额定电压为12V、额定功率为1～2kW、第4次设计的起动机

QDJ2943型起动机：

额定电压为24V、额定功率为8～9kW、第43次设计的减速起动机

§3-2起动用直流电动机

一、直流电动机的工作原理：

电能→机械能P84图2-3

电枢绕组中流过电流时，受到电磁力的作用，按同一方向而不停地旋转。

（1）如图电流方向为：

蓄电池正极→电刷B→线圈（d→c→b→a）→电刷A→蓄电池负极。

根据左手定则可知：

导线ab受到方向向右的电磁力，导线cd受到方向向左的电磁力，因而

线圈abcd顺时针旋转。

（2）当线圈转过半周（180°）时，电流方向变为：

蓄电池正极→电刷A→线圈（a→b→c→d）→电刷B→蓄电池负极。

同理可知线圈abcd仍按顺时针旋转。

二、直流电动机的组成：

图3-4

组成：

定子（磁极）、转子（电枢）、换向器、电刷、端盖

三、直流电动机的特性：

1、直流电动机的分类：

图3-10

（1）按励磁方式不同分为：

永磁电动机、激磁电动机

（2）根据磁场绕组和电枢绕组的连接方式又分为：

串励电动机、并励电动机、复励电动机

★在汽车起动机中，串激电动机应用最多

2、串励电动机的特性：

（1）起动转矩大

（2）轻载转速高、重载转速低

（3）短时间内能输出最大功率

§3-3起动机的传动、控制机构

一、传动机构：

其作用将电动机输出的动力传递给驱动小齿轮

1、滚柱式单向离合器：

图2-13

2、弹簧式单向离合器：

图2-15

3、摩擦式单向离合器：

图2-16

二、控制机构（操纵机构）：

1、作用：

起动时，接通起动机的主电路，并使驱动小齿轮与飞轮齿圈啮合；起动后，使驱动小齿轮脱离啮合，并断开起动机的主电路。

2、组成：

电磁开关、拨叉图2-17

3、工作过程：

（1）起动时，接通起动开关，电磁开关的吸拉线圈和保持线圈通电，电路为：

保持线圈

蓄电池正极→起动开关→蓄电池负极

吸拉线圈→直流电动机（励磁线圈→电枢）

电流流过吸拉线圈和保持线圈时，产生相同方向的磁场，吸引活动铁芯向内移动，通过拨叉使起动机的驱动齿轮与发动机的飞轮啮合，同时使起动机的主开关接通，蓄电池便直接向起动机放电：

蓄电池正极→直流电动机（励磁线圈→电枢）→蓄电池负极

★主开关接通后，吸拉线圈被短路。

（2）松开起动开关时，起动机控制电路断开，吸拉线圈和保持线圈仍有电流流过：

吸拉线圈→保持线圈

蓄电池正极→主开关→蓄电池负极

直流电动机（励磁线圈→电枢）

电流流过吸拉线圈和保持线圈时，产生相反方向的磁场，活动铁芯在复位弹簧的作用迅速回位，使驱动齿轮脱开啮合，主开关断开，起动机停止工作。

§3-5起动系控制电路

一、开关直接控制起动系：

图2-19

工作过程：

利用点火开关（或起动按钮）接通电磁开关的电路，再由电磁开关接通起动机主电路。

二、起动继电器控制起动系：

图2-20

工作过程：

利用点火开关（或起动按钮）接通继电器磁化线圈的电路，继电器触点闭合后，便接通电磁开关的电路，再由电磁开关接通起动机主电路。

（保护点火开关或起动按钮）

三、起动复合继电器控制起动系：

图2-21

1、作用：

（1）保护点火开关（或起动按钮）

（2）便于接充电指示灯（用于判断蓄电池是充电还是放电）

（3）防止发动机起动后，再次接通起动机电路（防止起动机驱动小齿轮被飞轮打坏）

2、工作过程：

（1）起动时，将点火开关置于起动位置，起动继电器的电磁线圈通电：

充电指示灯→“L”接线柱

蓄电池正极→电流表→点火开关→触点K2→

→“SW”接线柱→起动继电器的电磁线圈L1

→保护继电器的磁轭→搭铁→蓄电池负极

电流流过起动继电器的电磁线圈时，产生磁场吸引力，使其触点K1闭合，接通起动机的电磁开关电路：

蓄电池正极→电流表→“B”→接线柱→触点K1→起动继电器的磁轭→

保持线圈

→蓄电池负极

吸拉线圈→直流电动机（励磁线圈→电枢）

电流流过吸拉线圈和保持线圈时，产生相同方向的磁场，使起动机的主电路接通，蓄电池便直接向起动机放电：

蓄电池正极→主开关（触点1→接触盘→触点2）→直流电动机（励磁线圈→电枢）→蓄电池负极

（2）发动机起动后，即使没有及时松开点火开关，但由于发电机电压迅速升高，其中性点电压通过“N”接线柱使保护继电器电磁线圈通电，吸开触点K2，充电指示灯熄灭。

同时，又将起动继电器的电磁线圈L1的电路切断，起动继电器的触点K1断开，吸拉线圈和保持线圈失去电流，起动机的主电路便切断。

（3）发动机正常运转时，若误将点火开关旋至起动位置，由于两个继电器的触点均处于断开位置，所以起动机不会工作。

§3-6典型起动机实例

一、电磁控制强制啮合式起动机：

P95图2-22QD124型起动机

二、电枢移动式起动机：

广泛应用于大功率柴油机上

1、构造：

图2-24

2、工作原理：

图2-25

三、减速起动机：

1、构造：

图2-26

2、起动机的减速装置有三种形式：

图2-27

（1）内啮合式

（2）外啮合式

（3）行星齿轮式（图2-29）

3、永磁式减速起动机：

图2-28、2-29

§3-7起动系统的维护

一、使用注意事项：

P101

（1）～（4）

二、起动机的维护：

三、起动继电器的检查：

四、起动机的检查与调整：

§3-8起动系统故障的诊断与排除

一、起动机不转：

二、起动机运转无力：

三、起动机空转：

四、起动机撞击异响：

五、起动机失去自动保护功能：

小结：

1、起动系的作用、常用起动方法；电力起动系统的组成；起动机的组成、类型。

2、直流电动机的结构、原理、工作特性。

3、传动机构、控制机构的作用、结构、原理。

4、典型起动机的工作过程分析。

5、起动系的检修、试验与调整。

6、常见故障的诊断与排除。

作业布置：

P115～116三、1、2、3、4、9题

第三章点火系

教学目的：

使学生了解和掌握点火系的作用及其要求、常见点火电路的组成及工作原理；点火各主要零部件的结构、原理、检修；点火系常见故障的诊断与排除。

教学重点：

典型点火的组成与工作原理；主要零部件的结构、原理、检修。

教学难点：

点火系常见故障的诊断与排除方法。

§3-1概述

一、点火系的作用及分类：

1．作用：

提供电火花，点燃可燃混合气。

2．分类：

①按初级电路通断的控制方式分：

传统点火系、半导体点火系（也称晶体管点火系或电子点火系）、计算机控制点火系

②按点火系电源分：

磁电机点火系、蓄电池点火系

③按点火系储存能量的方式分：

电感放电式、电容放电式

④按点火信号产生的方式分：

磁感应式、光电式、振荡式、霍尔效应式

3．点火系的发展情况：

1886年使用磁电机点火系（至今仍应用在一些摩托车上）；1908年使用蓄电池点火系；60年代使用晶体管点火系（有触点）；70年代无触点电子点火系；70年代末微机控制点火时刻的电子点火系。

二、对点火系的基本要求：

1．能产生足以击穿火花塞间隙的电压：

（1）击穿电压：

在火花塞电极间产生火花时需要的电压

（2）影响击穿电压的主要因素：

①火花塞电极间隙的大小：

电极间隙越大，则击穿电压越高

②气缸内混合气的压力和温度：

混合气的压力越高，或温度越低，则击穿电压越高

③电极温度：

电极温度越高，则击穿电压越高

④电极极性：

点火瞬间火花塞中心电极为负（可降低击穿电压）

⑤发动机的工作情况：

击穿电压随发动机的转速、负荷、点火提前角、混合气浓度而变化

2．电火花要有足够的能量：

正常情况下为50～80mJ（起动时大于100mJ）

3．点火时间应适应发动机的工作情况：

（1）点火顺序与发动机的工作顺序（作功顺序）一致

（2）要有最佳的点火时刻

①点火时刻用点火提前角表示。

②点火提前角：

从点火开始到活塞运行至上止点时曲轴所转过的角度

点火提前角过大（点火过早）：

发动机功率下降，油耗增加，引起爆燃，机件易损坏

点火提前角过小（点火过迟）：

发动机功率下降，油耗增加，发动机过热，排气冒黑烟

③最佳点火提前角：

发动机能发出最大的功率或油耗最小时的点火提前角

影响最佳点火提前角的主要因素：

（a）转速：

最佳点火提前角随转速的升高而增大

（b）负荷：

最佳点火提前角随负荷的增加而减小

（c）起动及怠速：

点火提前角减小（甚至不提前点火）

（d）汽油的辛烷值（汽油的牌号）：

汽油的辛烷值增大，则最佳点火提前角可适当增加

（e）压缩比：

压缩比增大，最佳点火提前角可适当减小

（f）混合气的浓度：

混合气过浓或过稀时，应增加点火提前角

§3-2半导体（电子）点火系

一、半导体点