Autoelektryka

Podstawowymi elementami instalacji elektrycznej w samochodzie są: układ zasilania – stanowiący źródło prądu, czyli akumulator i alternator; odbiorniki – układ zapłonowy, rozrusznik, oświetlenie, układy komfortu i bezpieczeństwa itp.; układy przewodów pogrupowane w wiązki oraz elementy instalacyjne – złączki, bezpieczniki itp.

Obecnie stosowane instalacje elektryczne w pojazdach samochodowych są bardzo rozbudowane w związku ze znaczną ilością rozmaitych funkcji do realizacji. Produkowane i eksploatowane samochody osobowe i dostawcze są wyposażone w instalację elektryczną o napięciu 12 V. Pojazdy samochodowe wykorzystują instalację tzw. jednoprzewodową, w której biegun dodatni akumulatora połączony jest z odbiornikami, a ujemny z masą pojazdu, czyli wszystkimi metalowymi elementami nadwozia i podwozia. W przypadku tego typu konstrukcji instalacji elektrycznej do zasilania każdego odbiornika wystarczy jeden przewód, a zamknięcie obwodu uzyskuje się przez połączenie z masą. Pozwala to na ograniczenie liczby przewodów instalacji.
W przypadku instalacji dwuprzewodowych każdy odbiornik zasilany jest za pośrednictwem dwóch przewodów. Najnowsze konstrukcje pojazdów samochodowych mają coraz większą ilość elementów wykonanych z tworzyw sztucznych, co eliminuje możliwość wykorzystania ich jako przewodników obwodu masowego. W związku z tym część obwodów instalacji elektrycznych wykonywana musi być w standardzie dwuprzewodowym. W takim przypadku pomiędzy poszczególnymi elementami nadwozia, a także pomiędzy silnikiem a nadwoziem samochodu wykorzystywane są łączące przewody masowe, gwarantujące zapewnienie pewnego połączenia elektrycznego.
Podstawowymi elementami obwodu zasilania samochodowej instalacji elektrycznej są:
- alternator (trójfazowa prądnica prądu przemiennego) – napędzany przekładnią pasową z wału korbowego silnika;
- akumulator – służący do zmagazynowania wytworzonej energii elektrycznej.

Zadaniem alternatora jest zaspakajanie w czasie jazdy z odpowiednią nadwyżką zapotrzebowania energii elektrycznej wszystkich odbiorników oraz ładowanie akumulatora dla zaspokojenia zapotrzebowania na energię elektryczną przez odbiorniki podczas rozruchu i postoju pojazdu.
Jednym z elementów kolejnego układu samochodowej instalacji elektrycznej, układu odbiorników, jest układ rozruchowy, w skład którego wchodzą akumulator, rozrusznik oraz wyłącznik. Ze względu na znaczne wartości prądów w tym obwodzie przewody mają zwiększony przekrój w porównaniu z innymi, stosowanymi w instalacji elektrycznej samochodu, a wyłączniki większe powierzchnie styków i konstrukcje zmniejszające do minimum iskrzenie pomiędzy stykami w trakcie otwierania i zamykania obwodu. Odbiorniki w samochodowej instalacji elektrycznej łączone są równolegle.
Przewody zasilające poszczególne odbiorniki splatane są ze względów konstrukcyjnych i technologicznych w odpowiednio rozgałęzione wiązki i oznaczane dla łatwiejszej identyfikacji połączeń różnymi kolorami izolacji.
Samochodowa instalacja elektryczna ma grupę odbiorników zasilanych bezpośrednio (oświetlenie, wentylator chłodnicy, zapalniczka, radio, zamek centralny czy instalacja alarmowa) oraz zasilanych dopiero po uruchomieniu wyłącznika zapłonu (zasilanie układu zapłonowego, systemów sterujących, kierunkowskazów, pompy paliwa, przyrządów kontrolno-sygnalizacyjnych itp.).
Poszczególne grupy odbiorników są zabezpieczone bezpiecznikami topikowymi, włączonymi w obwód elektryczny. Większość odbiorników w instalacji włączana jest z użyciem przekaźnika. W instalacjach elektrycznych są wykorzystywane przewody miedziane w postaci linek splatanych z cienkich drutów i pokrytych kolorową izolacją z tworzyw sztucznych. Poszczególne przewody łączone są w odpowiednie wiązki. Połączenia ze sobą odcinków przewodów lub z poszczególnymi urządzeniami instalacji są wykonywane w postaci złącz konektorowych lub zatrzaskowych.

Ze względu na coraz bardziej rozbudowane konstrukcje współcześnie produkowanych pojazdów samochodowych instalacje elektryczne i układy elektroniczne zarządzają obecnie wszystkimi systemami. Kontrolują one, wspomagają i nadzorują pracę układów zasilania silnika, napędowego, komfortu, bezpieczeństwa i pozostałych. Ze względu na pewność działania i ograniczenia materiałowe (przewodów) coraz powszechniej wykorzystywane są w tym celu tzw. magistrale transmisji danych.
W trakcie eksploatacji pojazdów również i w instalacji elektrycznej zdarzają się różnego rodzaju uszkodzenia. Ze względu jednak na wszechobecną elektronikę w konstrukcji pojazdów są one bardzo często źródłem usterek i niedomagań w funkcjonowaniu poszczególnych systemów sterujących. Uszkodzenia i usterki związane z układami elektrycznymi i elektronicznymi mogą dotyczyć:
- samych elementów wykonawczych (wentylatorów, silników krokowych, zaworów elektromagnetycznych, siłowników);
- czujników (temperatury, ciśnienia);
- wiązek i złącz niezbędnych do zapewnienia komunikacji i transmisji sygnałów.

W przypadku awarii samochodowych instalacji elektrycznych usterki mogą mieć charakter:
- korozyjny;
- termiczny;
- mechaniczny.

Wszystkie wywołują ten sam skutek polegający na przerwaniu obwodu elektrycznego, zwarcia lub niekontrolowanego przebicia. W przypadku przerwania obwodu elektrycznego bezpieczniki są nienaruszone. W przypadku zwarcia lub niekontrolowanego przebicia następuje przepalenie bezpieczników topikowych lub przerwanie obwodu przez bezpieczniki bimetaliczne lub elektromagnetyczne.
Przy ustalaniu rodzaju usterki bardzo ważne jest zlokalizowanie jej źródła (czy występuje na zewnątrz, czy wewnątrz niedziałającego odbiornika). W przypadku przerwania obwodu konieczne jest sprawdzenie z użyciem miernika elektrycznego, żarówki probierczej lub próbnika neonowego, czy napięcie dociera do zacisków odbiornika. Ustalenie napięcia oznacza, że usterka zlokalizowana jest wewnątrz układu. Brak napięcia na zaciskach odbiornika oznacza, że usterka zlokalizowana jest na zewnątrz układu odbiornika.

W przypadku występowania zwarcia konieczne jest ustalenie, czy występuje ono na zewnątrz, czy wewnątrz obwodu. Jeśli po odłączeniu zacisków niedziałającego urządzenia na końcach jego przewodów zasilających ciągle występuje napięcie, a bezpiecznik nie powoduje rozłączenia obwodu, to zwarcie ma charakter wewnętrzny. W przypadku zwarcia zewnętrznego następuje przepalenie bezpiecznika również po odłączeniu danego odbiornika.
Usterki korozyjne samochodowych instalacji elektrycznych są dość łatwe do usunięcia. Przyczynami tego typu usterek są zwykle procesy chemiczne lub elektrochemiczne, polegające na niszczeniu powierzchni kontaktowych. Elementy instalacji elektrycznych narażone na niszczące działanie wody i soli tracą swe właściwości. Skorodowane metale charakteryzują się innymi właściwościami przewodzenia prądu niż czyste metale. Usterki tego typu dotyczą zwykle:
- połączenia ujemnego bieguna akumulatora z nadwoziem lub ramą, czyli masą pojazdu,
- zacisków przewodów i połączeń wtykowych,
- zacisków wyłączników i przekaźników,
- skrzynek bezpiecznikowych.

Usterki termiczne mogą być spowodowane:
- przekroczeniem dopuszczalnej temperatury pracy silników elektrycznych, prądnic, świec zapłonowych, elektromagnesów i zespolonych elementów elektronicznych, powodującej zniszczenie warstwy izolacyjnej przewodów lub samych przewodów;
- zbyt długą pracą urządzeń o charakterze grzejnym, która spowodować może zmniejszenie przekroju przewodów poprzez przyspieszoną korozję, a w konsekwencji ich przerwanie.

Procesy termochemiczne występujące w połączeniach wtykowych i stykach przełączników powodują wzrost oporów, efektem czego jest wzrost oporności instalacji elektrycznej.
Przyczyną usterek samochodowej instalacji elektrycznej może być również zamykanie, otwieranie i wzajemne przemieszczanie się części obluzowanych zacisków i połączeń konektorowych, wskutek czego powstaje na nich tzw. łuk elektryczny prowadzący do utleniania powierzchni stykowych i powstawania wżerów.
Najczęstszą jednak przyczyną usterek samochodowych instalacji elektrycznych są uszkodzenia mechaniczne, występujące w wyniku:
- drgań nadwozia,
- zużywania i niszczenia ruchomych połączeń elektrycznych,
- błędów montażowych.

Ze względu na coraz bardziej skomplikowaną konstrukcję instalacji elektrycznej i coraz większą ilość systemów elektronicznych niezbędnym wręcz urządzeniem przy diagnozowaniu usterek instalacji jest tester diagnostyczny. Tego typu przyrząd umożliwia odczytanie usterek zapisanych w pamięci sterownika i wartości pomiarów parametrów bieżących. Konieczne przy wykrywaniu usterek instalacji elektrycznych jest posiadanie odpowiednich schematów elektrycznych oraz uniwersalnego miernika cyfrowego. W przypadku bardziej skomplikowanych usterek bardzo pomocne jest wykorzystanie oscyloskopu.

mgr Andrzej Kowalewski