Устройство коммутационной аппаратуры автомобиля

Коммутационная аппаратура электрооборудования автомобилей включает в себя большое количество различного типа выключателей и переключателей. Отличаются они типом привода контактного узла и характером взаимодействия контактов. Контакты бывают скользящие и размыкающие.

Наиболее типичными представителями коммутационных устройств являются выключатели с приводом от замкового устройства — замки-выключатели. Они являются основным коммутационным устройством на автомобиле и обеспечивают включение первичной цепи системы зажигания, контрольно-измерительных приборов, стартера, электродвигателя стеклоочистителя, радиоприемника и других устройств. На автомобилях с карбюраторным двигателем замок-выключатель называют выключателем зажигания, а на автомобилях с дизелем — выключателем приборов и стартера. В замках-выключателях применяются скользящие размыкающие контакты.

Замки-выключатели ВКЗЗО и ВК350 имеют аналогичное устройство.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

В корпусе закреплена пластмассовая панель, имеющая выводы AM, КЗ, ПР и СТ. К выводу AM присоединяется провод от положительного вывода аккумуляторной батареи, к выводу КЗ — цепь первичной обмотки катушки зажигания, к выводу СТ — цепь управления стартером, к выводу ПР — цепь питания контрольно-измерительных приборов, радиоприемника и некоторые другие потребители. Выводы КЗ, ПР и СТ соединены с пружинящими контактами. Вывод AM соединен с контактной пластиной, поводки которой входят в прорези пластмассового ротора. С другой стороны ротор соединен с хвостовиком цилиндра, продольное перемещение которого в корпусе ограничено стопорным кольцом. Пружина ротора, обеспечивающая повороту ротора противодействующее усилие, упирается в кольцо. Шарики под действием пружины входят в лунки на корпусе, обеспечивая фиксацию ротора в определенных положениях при повороте. Гайкой осуществляется крепление замка-выключателя. Ключом, который вводится в определенной конфигурации прорезь цилиндра, осуществляется поворот цилиндра, а вместе с ним и ротора с контактной пластиной.

При вынутом из прорези ключе запирающие пластины, находясь в замочном пазе корпуса, стопорят от поворота цилиндр.

При установке ключа в прорезь запирающие пластины выходят из замочного паза корпуса, что позволяет поворотом ключа соединять в определенных положениях пластину (вывод AM) через пружинящие контакты с выводами КЗ, СТ, ПР. Механизм замка-выключателя может быть установлен в три фиксируемых положения и одно нефиксируемое. В одном фиксируемом положении (нейтральном) пластина находится в таком положении (рис. 1, в), что вывод AM не соединен с другими выводами. При повороте ключа по часовой стрелке в первое (фиксируемое) от нейтрального положение вывод AM через пластину и контакты соединяется с выводами КЗ и ПР. При дальнейшем повороте ключа по часовой стрелке механизм устанавливается в нефиксируемое положение, при котором вывод AM соединяется с выводами КЗ и СТ. Если в этом положении снять усилие с ключа, механизм под действием пружины возвращается в предшествующее фиксируемое положение. При повороте ключа против часовой стрелки от нейтрального положения механизм устанавливается в фиксируемое положение, при котором вывод AM соединяется с выводом ПР. В этом положении обеспечивается питание потребителей (например, радиоприемника) при стоянке автомобиля.

В последнее время широко применяются замки-выключатели, которые, кроме основных функций, выполняют роль противоугонного устройства. Панель с выводами крепится в корпусе стопорным кольцом. Коммутация выводов осуществляется контактным устройством с контактами.

Противоугонное устройство срабатывает в определенном положении механизма при вынутом из замка ключе. При этом запорный стержень 5 под действием пружины 7 входит в паз вала рулевого механизма, обеспечивая его запирание. Выступ 6 обеспечивает правильную ориентацию замка-вычислителя при его установке.

Выводы рассматриваемых замков-выключателей обычно имеют цифровые обозначения. К выводам «30» и «30/1» подключаются источники питания, к выводу «15» — система зажигания, к выводу «50» — цепь включения стартера, к выводу «75» — приборы, дополнительное оборудование. Вывод «16» свободный, на нем появляется питание только в период пуска.

На схемах соединений замки-выключатели изображаются без раскрытия внутренней схемы коммутации. На принципиальных схемах используются графические изображения, по которым можно определить схему соединения выводов при различных положениях механизма. Аналогично изображаются и другие выключатели со сложной схемой коммутации.

Центральный переключатель света представляет собой конструкцию со скользящими контактами. В корпусе переключателя расположена каретка, которая посредством штока может перемещаться, зажимая три фиксированных положения. Фиксация положения каретки осуществляется шариком. На каретке расположена контактная пластина, которая посредством пружин поджимается к текстолитовой пластине, в которой установлены контакты, соединенные с выводами. В каждом положении пластиной замыкаются определенные контакты. Некоторые переключатели соединяются с источниками питания через термобиметаллический предохранитель. Выпускаются центральные переключатели с самыми различными схемами коммутации.

Ножной переключатель света также является примером применения скользящих контактов. Он состоит из корпуса, в котором установлен шток с плунжером и пружиной. На карболитовом основании установлены три полусферических контакта, соединенные с тремя наружными выводами. На оси установлены звездочка и изоляционный диск с контактной пластиной. Контактная пластина поджимается к контактам пружиной. Один из выводов присоединяется к источникам питания, другой — к нити ближнего света, третий — к нити дальнего света.

В исходном положении контактная пластина соединяет два контакта: контакт, к которому подводится питание, и один из контактов, например, соединенный с нитью ближнего света. При нажатии на плунжер шток поворачивает на оси звездочку, которая увлекает вместе с собой изоляционный диск с контактной пластиной. В результате контактная пластина размыкает питающий контакт с контактом ближнего света и соединяет его с контактом дальнего света. При отпускании плунжера он вместе со штоком возвращается в исходное положение. При последующем нажатии на плунжер вновь замыкаются контакты, соединенные с источниками питания и нитью ближнего света.

По типу привода на автомобилях применяются самые различные контактные устройства: перекидные, кнопочные, клавишные, гидравлические, пневматические.

Переключатели клавишного типа практически находят применение на всех современных автомобилях. Они монтируются либо раздельно, либо блочно. Выпускаются клавишные переключатели в двух исполнениях: с самовозвратом клавиши и с принудительным возвратом клавиши.

Переключатель с самовозвратом клавиши состоит из основания, в котором закреплены неподвижные контакты вместе со штекерными выводами. Подвижной контакт имеет форму мостика. К основанию защелками крепится корпус, в котором на оси установлена клавиша. Клавиша поджимает подвижной контакт к неподвижным посредством толкателя, на который давит пружина, расположенная в корпусе клавиши. При нажатии на клавишу толкатель, выдвигаясь под действием пружины наружу, изменяет положение подвижного мостикового контакта. Подвижной контакт в результате переключается на другие неподвижные контакты. Возврат клавиши в исходное положение после ее отпускания осуществляется подпружиненным штоком.

Переключатель с принудительным возвратом не имеет механизма возврата. В некоторых конструкциях устанавливается лампа подсветки, горение которой свидетельствует о рабочем положении переключателя.

В схемах различных систем электрооборудования широко используются электромагнитные реле с достаточно простым устройством. Их применение преследует две цели. Благодаря реле разгружаются цепи управления устройств электрооборудования и уменьшается падение напряжения в подводящих цепях. Чаще всего реле устанавливаются отдельно друг от друга.

В последнее время на новых автомобилях электромагнитные реле вместе с предохранителями и другими элементами монтируются в единый узел, который называется монтажным блоком. Через монтажный блок обеспечивается соединение проводов двигательного отсека с проводами в салоне автомобиля. Присоединение проводов с той и другой стороны к блоку осуществляется штекерными разъемами. Внутри блока ток протекает по токоведущим дорожкам печатных плат.

Устройство автомобилей

Коммутационная аппаратура

Постоянное совершенствование конструкции автомобилей с целью повышения уровня комфорта для водителя и пассажиров, безопасности движения, экономичности, надежности и других эксплуатационных показателей, привело к значительному увеличению количества приборов электрооборудования, включаемых в бортовую сеть автомобиля, а также повышению их мощности. И если на первых автомобилях единственным коммутационным устройством можно считать включатель зажигания, то в дальнейшем их число прогрессивно возрастало.
Так, например, если на автомобиле МАЗ-200, выпускавшемся до 1965 года, было 25 приборов, на МАЗ-500 (выпускался до 1977 г.) — около 50, то на современных грузовых и легковых автомобилях электрическая схема бортовой электрической сети включает более 100 приборов различного назначения, и их количество неуклонно растет.
Вполне естественно, такая динамика приводит к усложнению схем электрических соединений, и увеличению количества применяемой коммутационной аппаратуры.
Иногда к коммутационной аппаратуре относят и защитную аппаратуру — предохранители электрических цепей от перегрузок и коротких замыканий.

К коммутационной и защитной аппаратуре систем электрооборудования автомобиля относятся выключатели, переключатели, реле, контакторы, электромагниты, предохранители, панели соединительные, разъемные соединения, розетки и вилки.

Коммутационная аппаратура, связывающая электропотребители и бортовую сеть, и делится на коммутационную аппаратуру прямого действия (выключатели, переключатели, кнопки и т. п.) и аппаратуру дистанционного действия (реле, контакторы).

Аппаратура прямого действия может объединяться в комбинированные многофункциональные устройства. Отличаются они типом привода контактного узла и характером взаимодействия контактов. Контакты бывают скользящие и размыкающие.

По конструктивному исполнению выключатели и переключатели делятся на поворотные, в том числе со съемным ключом, а также кнопочные, клавишные и рычажные (тумблеры и рубильники).

Поворотные конструкции переключателей применяются в замках-выключателях зажигания, выключателях наружного освещения, подрулевых переключателях указателей поворота, фонарях заднего хода, а в некоторых случаях для фар головного света и радиоприемниках.

Замок-выключатель или замок зажигания

Замок-выключатель является основным коммутационным устройством на автомобиле и обеспечивает включение первичной цепи системы зажигания (в автомобилях с бензиновыми или газовыми двигателями), контрольно-измерительных приборов, стартера, электродвигателя стеклоочистителя, радиоприемника и других устройств.
На автомобилях с бензиновыми или газовыми двигателями замок-выключатель обычно называют замком зажигания, а на дизельных автомобилях – выключателем приборов и стартера.

Автомобильные замки-выключатели (замки зажигания) бывают разной конструкции и в зависимости от функционального назначения могут быть трех- или четырехпозиционными, с блокировкой и без блокировки рулевого колеса, с ключом и без ключа. Кроме того, они могут выполнять и специфические функции, например, оповещать водителя, когда он покидает машину, об оставленном в замке ключе, предохранять стартер от случайного включения при работающем двигателе и т. п.
Принципиальное устройство всех замков-выключателей зажигания примерно одинаковое, независимо от сложности конструкции.

Основой выключателя является контактный узел выключателя зажигания с оборудованным противоугонным устройством, блокировкой от повторного включения стартера и сигнализацией об оставленном ключе зажигания. В таком случае повторное включение стартера возможно лишь после возврата выключателя в нулевое положение.
В замках-выключателях применяются скользящие размыкающие контакты.

На рис. 1 приведен замок-выключатель ВК330, устанавливаемый на многих марках и моделях отечественных автомобилей – «УАЗ», «ГАЗ», «Москвич» и других.

Рис. 1. Замок-выключатель ВК330: 1 – пластина; 2 – контакт; 3, 12 – пружины; 4 – хвостовик; 5, 10 – кольцо; 6 – стопорное кольцо; 7 – гайка; 8 – ключ; 9 – корпус; 11 – ротор; 13 – шарик; 14 – пластмассовая панель; 15 – поводки

В корпусе 9 закреплена пластмассовая панель 14, имеющая выводы АМ, КЭ, ПР и СТ.
К выводу АМ присоединяется провод от положительного вывода аккумуляторной батареи, к выводу КЗ – цепь первичной обмотки катушки зажигания, к выводу СТ – цепь управления стартером, к выводу ПР – цепь питания контрольно-измерительных приборов, радиоприемника и некоторые другие потребители.
Выводы КЗ, ПР и СТ соединены пружинящими контактами 2.
Вывод АМ соединен с контактной пластиной 1, поводки 15 которой входят в прорези пластмассового ротора 11. С другой стороны ротор 11 соединен с хвостовиком 4 цилиндра, продольное перемещение которого в корпусе 9 ограничено стопорным кольцом 6.
Пружина 3 ротора, обеспечивающая противодействующее усилие, упирается в кольцо 10. Шарики 13 под действием пружины 12 входят в лунки на корпусе 9, фиксируя ротор 11 в определенных положениях при повороте.
Гайкой 7 осуществляется крепление замка-выключателя.
Ключом 8, который имеет определенную конфигурацию и вставляется в прорезь цилиндра, осуществляется поворот цилиндра, а вместе с ним и ротора 11 с контактной пластиной 1.

При вынутом из прорези ключе 8 запирающие пластины, находясь в замочном пазе корпуса 9, стопорят от поворота цилиндр. При установке ключа 8 в прорезь запирающие пластины выходят из замочного паза корпуса 9, что позволяет поворотом ключа соединять в определенных положениях пластину 1 (вывод АМ) через пружинящие контакты 2 с выводами КЗ, СТ, ПР.
Механизм замка-выключателя имеет три фиксируемых положения и одно нефиксированное.. В одном фиксируемом положении (нейтральном) пластина 1 занимает такое положение, что вывод АМ не соединяется с другими выводами. При повороте ключа по часовой стрелке в первое фиксируемое положение от нейтрального положения вывод АМ через пластину 1 и контакт 2 соединяется с выводами КЗ и ПР.

При дальнейшем повороте ключа по часовой стрелке механизм устанавливается в нефиксированное положение, при котором вывод АМ соединяется с выводами КЗ и СТ, включая цепь зажигания и стартера. Если в этом положении отпустить ключ, механизм под действием пружины 3 возвращается в предшествующее фиксированное положение, разрывая цепь стартера.

При повороте ключа против часовой стрелки от нейтрального положения механизм устанавливается в фиксированное положение, при котором вывод АМ соединяется с выводом ПР. В этом положении обеспечивается питание потребителей (например, радиоприемника) при стоянке автомобиля.

На автомобилях (особенно легковых) широко применяются замки-выключатели (рис. 2), которые кроме основных функций выполняют роль противоугонного устройства.
Панель 2 с выводами 1 крепится в корпусе 3 стопорным кольцом. Коммутация выводов осуществляется контактным устройством с контактами 4.

Рис. 2. Замок-выключатель ВК-347: 1 – вывод; 2 – панель; 3 – корпус; 4 – контакт; 5 – запорный стержень; 6 – выступ; 7 – пружина

Противоугонное устройство запирает колесо рулевого механизма при определенном положении вала рулевого колеса, если в замке-выключателе отсутствует ключ. В таком положении запорный стержень 5 под действием пружины 7 входит в специальный паз, выполненный на валу рулевого механизма, обеспечивая его запирание и делает невозможным поворот рулевого колеса.
Выступ 6 гарантирует правильную ориентацию замка-выключателя при его установке.

Выводы рассматриваемых замков-выключателей обычно имеют цифровые обозначения. К выводам «30» и «30/1» подключаются источники питания, к выводу «15» — система зажигания, к выводу «50» — цепь включения стартера, к выводу «75» — приборы и дополнительное оборудование. Вывод «16» — свободный, на нем появляется питание только во время пуска двигателя.

Включатели и переключатели

Выключатели предназначены для включения приборов освещения, световой сигнализации, тормозных сигналов, звуковых сигналов, электродвигателей отопителей и вентиляции, стартера, отключения массы аккумуляторной батареи, стеклоочистителей, включения зажигания, контрольных приборов.
Количество автомобильных выключателей по их назначению превышает три десятка, а общее количество выключателей разных типов, применяемых на автотранспортных средствах, с учетом их модификаций, приближается к сотне.

По конструктивным особенностям все выключатели можно подразделить на следующие типы:

• кнопочные;
• клавишные;
• поворотные;
• перекидные;
• рычажные;
• ползунковые;
• электромагнитные;
• вакуумные;
• пневматические;
• гидравлические;
• поворотные со съемным ключом.

Клавишные коммутационные устройства широко используются на автомобилях для управления подачей питания к различным потребителям. Клавишные включатели имеют два фиксированных положения, а клавишные переключатели – три фиксированных положения.

В конструкции, показанной на рис. 3, при нажатии клавиши пружинный толкатель перекидывает контактную пластину 3, замыкающую контакты.

Рис. 3. Клавишный переключатель 84.3709: 1 – клавиша; 2 – толкатель; 3 – контактная пластина; 4 – корпус; 5 – лампа подсветки

Ползунковые переключатели тоже широко используются в качестве коммутационных устройств автомобилей для управления различными потребителями электроэнергии. В конструкции ползункового переключателя (рис. 4) толкатель перемещает контактную пластину. При этом происходит самоочищение контактов. Падение напряжения на контактах выключателей и переключателей на должно превышать 0,1 В.

Рис. 4. Ползунковый переключатель: 1 – подвижный контакт; 2 – клавиша; 3 – корпус; 4 – лампа подсветки; 5 – перекидная пластина; 6 – подвижные контакты

Подрулевые переключатели имеют несколько отдельных контактных узлов, управляемых рукоятками. Переключатель наружного освещения и световой сигнализации управляет переключением фар с ближнего на дальний свет и обратно, указателями поворота, стояночными огнями.

Переключатель стеклоочистителя изменяет режим работы стеклоочистителя ветрового стекла: работа на большой или малой скорости, прерывистый режим, включение омывателя, а также включения стеклоочистителя заднего стекла и его омывателя. Положения выключателя могут быть фиксированными и нефиксированными, например, для омывателя ветрового стекла.

Конструкция кнопочных выключателей общепринятая. Нажатие кнопки переводит подвижный контакт из одного положения в другое. Кнопочный выключатель без фиксации замыкает контакты, которые отжимаются после отпускания кнопки пружиной.

В рукоятке элементов коммутационной аппаратуры прямого действия в ряде случаев встраиваются лампы со светофильтрами, цвет которых зависит от функционального назначения аппаратуры:
красный – предупреждает о необходимости принятия мер для предотвращения аварийной сигнализации;
оранжевый – указывает на необходимость для принятия мер для нормальной работы (некритическая ситуация);
зеленый – констатирует нормальную работу;
синий – оповещает о включенном дальнем свете и о том, что двигатель находится в холодном состоянии.
Лампы подсветки коммутационных устройств имеют оранжевый или синий цвет.

Условные обозначении, поясняющие функциональное назначение включаемого устройства, стандартизированы и имеют разную конфигурацию, позволяющую интуитивно понять, какой потребитель управляется данным включателем или переключателем.

Электромагнитные и электронные реле и контакторы

Некоторые устройства и приборы бортовой сети автомобилей потребляют значительный ток, который, протекая по маломощным контактам включателей и переключателей, управляемых вручную, вызывает подгорание контактов и их быстрый выход из строя. Для предотвращения этого явления в системах электрооборудования автомобилей применяются электромагнитные и электронные реле для защиты переключателей от перегрузок при коммутации большой силы тока (10. 25 А), а также в том случае, когда место коммутации находится далеко от места управления режимом выключения или переключения, применяют реле.

Реле представляет собой электромагнитный аппарат с одной или несколькими парами контактов, управляемых электромагнитом, потребляющим незначительной силы ток. В этом случае контакты выключателя или переключателя меньше изнашиваются, а в цепях управления могут быть применены провода меньшего сечения.

Реле применяют для включения стартера, сигналов, дальнего и ближнего света фар, электровентилятора в системе охлаждения двигателя (автомобили «ВАЗ» и др.), обогрева заднего стекла, отопителя, фароочистителей, отключения обмотки возбуждения генератора (автомобили «КамАЗ»). Реле используют также в схемах предпусковых подогревателей двигателя (автомобили «КамАЗ»).
Реле-прерыватели устанавливают в схемах контрольной лампы включения стояночной тормозной системы, указателях поворота, стеклоочистителя и т. д.
Срок службы в зависимости от напряжения реле составляет 25. 200 тыс. включений и 100. 300 тыс. км пробега автомобиля.

Режим работы реле может быть кратковременный или длительный. Основными параметрами реле являются сила тока нагрузки, напряжение срабатывания и напряжение отпускания.
Для включения потребителей большой мощности применяют контакторы , представляющие собой мощные реле, сила номинального тока которых составляет 50. 150 А.
На выходе электронного реле обычно устанавливается реле электромагнитное.
Устройство малогабаритного электромагнитного реле представлено на рис. 5.

Рис. 5. Электромагнитное малогабаритное реле: 1 – обмотка; 2 – сердечник; 3 – ярмо; 4 – пружина; 5 – якорь; 6 – контакты; 7 – корпус

Современные реле отличаются малым содержанием серебра на контактах и могут иметь пластинчатые или витые пружины. Для установки на печатные платы выпускается специальная модификация реле, допускающая распайку ее выводов прямо на печатных платах.

Современные электронные реле, как правило, выполняются с использованием интегральных микросхем.
На рис. 6 приведена схема реле-прерывателя 493.3747 указателя поворота на микросхеме КР1055ГП1.

Рис. 6. Схема реле-прерывателя 493.3747 указателя поворотов

Для удобства обслуживания реле и предохранители современных автомобилей располагаются в едином блоке, представляющем собой центральное распределительное устройство, связанное со всеми элементами бортовой сети автомобиля посредством разъемов и проводов. Блоки отличаются друг от друга количеством и назначением входящих в них элементов.

Функциональные монтажные блоки объединяют в единое устройство. Так, например, функциональный блок 174.3722 (рис. 7), предназначенный для коммутации цепей, содержит блоки, реле наружного освещения и сигнализации, реле сигнализации, реле дополнительного электрооборудования, блок электроснабжения и блок полупроводниковых диодов.

Рис. 7. Монтажный блок (крышка снята): 1 – реле включения очистителей фар; 2 – реле времени работы омывателя заднего стекла; 3 – реле-прерыватель указателей поворота и аварийной сигнализации; 4 – реле стеклоочистителя; 5 – контактные перемычки реле контроля исправности ламп; 6 – реле включения обогрева заднего стекла; 7 – запасной предохранитель; 8 – реле включения дальнего света фар; 9 – реле включения ближнего света фар; 10 – предохранитель; 11 – реле включения электродвигателя вентилятора системы охлаждения двигателя; 12 – реле включения звукового сигнала

Для коммутации силовых цепей на грузовых автомобилях и автобусах применяются контакторы, отличающиеся от реле массивной контактной системой, рассчитанной на коммутацию значительной силы тока, двойным разрывом цепи, повышающим надежность работы устройства, а также наличием двух обмоток: втягивающей и удерживающей.

Выключатели «массы»

Наряду с контакторами применяют и дистанционные выключатели «массы» аккумуляторных батарей, предназначенные для коммутации силовых электрических цепей на грузовых автомобилях и автобусах. Такие выключатели могут быть предназначены для работы в бортовой цепи автомобилей 12 или 24 В, отличаясь лишь параметрами электромагнитной части конструкции. На рис. 8 представлена конструкция дистанционного выключателя «массы» автомобиля «КамАЗ».

Рис. 8. Дистанционный выключатель «массы» автомобилей марки «КамАЗ»: 1 – корпус; 2 – устройство ручного включения; 3 – якорь; 4 – шток; 5 – обмотка электромагнита; 6 – стопор; 7 – рычаг; 8 – контактное устройство

Выключатель «массы» при подаче электропитания на его обмотку втягивает якорь и через шток перемещает контактное устройство, замыкающее контакты. При замыкании фиксатор попадает в выемку рычага стопорного устройства, фиксируя контактное устройство в замкнутом положении.
После снятия напряжения с обмотки электромагнита при следующей подаче напряжения на обмотку шток действует на рычаг стопорного устройства, который, поворачиваясь, утапливает фиксатор, после чего пружина контактного устройства разрывает контакты.
Выключатель «массы» допускает и ручную коммутацию цепи нажатием через резиновый чехол на якорь электромагнита.