AUTOTEKNIIKKA 5. Juha-Pekka Koivisto Pekka Mikkolainen Jouko Rantala

Transkriptio

1 Juha-Pekka Koivisto Pekka Mikkolainen Jouko Rantala AUTOTEKNIIKKA 5 Autosähkötekniikan perusteet Sähkötekniikanperusteet Sähkökaaviot ja johdinjärjestelmät Valaistus ja korin sähkölaitteet Käynnistys- ja latauslaitteet Helsingissä Kustannusosakeyhtiö Otava

2 Opiskelijalle ja opettajalle Auto- ja kuljetusalan koulutuksen tehtävänä on yksityisen ja joukkoliikenteen sekä tavarankuljetusten ja muiden logististen palvelujen turvaaminen. Alalle tarvitaan autonkuljettajia, ajoneuvoasentajia, autokorinkorjaajia, pienkonekorjaajia, automaalareita, automyyjiä ja varaosamyyjiä sekä tavaroiden varastointia ja kuljetustoimintoja hoitavia henkilöitä. Koulutuksen tavoitteena on tuottaa valmiuksia, jotka sisältävät edellä mainituissa työammateissa tarvittavaa am mattisivistystä, jonka avulla opiskelijat pystyvät seuraamaan työelämässä tapahtuvia muutoksia ja toimimaan joustavasti muuttuvissa olosuhteissa. Tutkinnon suorit ta neilla on oltava laaja-alaiset valmiudet toimia kaikissa auto alan osaamista vaativissa tehtävissä ja tarvittaessa vaihtamaan työammattia. Autotekniikka 5 on laadittu huomioon ottaen voimassa olevat valtakunnalliset opetussuun ni telman perusteet, niiden keskeiset sisällöt ja tavoitteet. Oppikirjan sisältö on jaettu selkeisiin asiakokonaisuuksiin, jotka ovat sähkötekniikan perusteet, sähkökaaviot ja johdinjärjestelmät, valaistus ja korin sähkölaitteet sekä käynnistys- ja latauslaitteet. Ne ovat kaikkiin edellä mainittuihin työammatteihin johtavien koulutusohjelmien keskeisiä sisältöjä. Sähkötekniikan perusteet osan tavoitteena on, että opiskelija pystyy omaksumaan myöhemmin esiin tulevien moninaisten auton sähkölaitteiden toimintatavat sekä niiden turvallisen huollon ja korjaukset. Tämä on erityisen tärkeätä myös autotekniikan kehityksen mukanaan tuomien uusien sähkölaitteiden oikean käsittelyn varmistamiseksi. Tähän yhteyteen on myös otettu auton akkua koskevat perusasiat siihen liittyvien käsitteiden, rakenteiden, käsittelyn ja huollon osalta. Sähkökaaviot ja johdinjärjestelmät antavat perustan auton ja myös työkoneiden sähkölaitteita kaaviollisesti esittävien piirrosten oikeaan tulkitsemiseen. Tällöin käydään lävitse sähköteknisten piirustusten kuvausmenetelmät ja sähköteknisten laitteiden piirrosmerkit. Koska varsinkin meillä Suomessa vallitsevien vaativien sääolosuhteiden vuoksi kosteuden pääsy sähkölaitteisiin on ongelma, käydään läpi asianmukaiseen asentamiseen ja laitteiden keskinäiseen kytkemiseen sekä virtapiirien suojaukseen liittyvät asiat. Tämän jakson lopussa on tiivis katsaus autojen elektroniikan mukanaan tuomaan väylätekniikkaan. Valaistus ja korin sähkölaitteet osan tarkoitus on antaa yleiskuva auton valolaitteista ja niihin liittyvistä asennustöistä. Samoin käydään läpi melko yleisellä tasolla autossa olevia lisälaitteita sekä niiden huoltoa ja korjausta. Samalla korostetaan kunkin auton ajoneuvokohtaisten ohjeiden käytön merkitystä, koska eri automerkkien ja -mallien kyseiset laitteet ja niiden huolto voivat huomattavasti poiketa toisistaan. 5

3 SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET Käynnistys- ja latauslaitteet ovat jokaisen auton perussähkölaitteita. Tästä syystä niiden rakenteisiin, huoltoon ja korjauksiin tutustutaan mahdollisimman perusteellisesti kuitenkin rajoittuen vain laitteiden perusrakenteisiin. TEHTÄVÄT Kirja sisältää formatiivisia tehtäviä, joiden avulla opiskelija voi itsenäisesti arvioida oppimaansa ja kehittää itsearviointitaitoa. Opettaja voi aktivoida opiskelijoita muuttamalla tehtäviä opiskeluympäristöä vastaaviksi. Korjaamokäsikirjojen ja huolto-ohjekirjojen käytöllä voidaan myös täydentää ja syventää tehtäviin liittyviä asioita. Materiaalin käyttö Oppikirjan selkeästi ryhmitelty materiaali mahdollistaa erilaisten opetusmenetelmien käytön. Osa aineistosta voidaan opettaa kaikille yhteisesti luokkaopetuksena. Osa aineistosta voidaan sisällyttää opiskelijoille laa dit taviin henkilökohtaisiin opetussuunnitelmiin (HOPS). Kirja soveltuu myös eriyttävään sekä itseopiskeluun. Opiskelijan itsenäinen työskentely kehittää omatoimisuutta ja loogista ajattelukykyä. Oppikirjassa esitetyt koneet, laitteet, työohjeet ja materiaalit eivät voi olla merkki- tai tuotekohtaisia ja siksi on tärkeää, että asioita käsitellään laajemmin oppilaitoksen ja paikkakunnan erityisolosuhteet huomioon ottaen. Opiskelija voi oppitunnilla tehdä kirjaan omia täydentäviä ja ymmärtämistä helpottavia merkintöjä, joilla voi myöhemmässä työelämässä olla arvokasta käyttöä. Siksi oppikirja kannattaa säilyttää. Palaute Voidaksemme pitää oppikirjan ajan tasalla ja kehittää sitä auto- ja kuljetusalan vaatimuksia vastaavaksi, tar vitsemme kommentteja opettajilta, opiskelijoilta sekä muil ta kirjan käyttäjiltä. Ne voi lähettää kustantajalle edelleen toimitettavaksi kirjoittajille. Kiitämme jo etukäteen. Kesällä 2012 Juha-Pekka Koivisto, Pekka Mikkolainen, Jouko Rantala Kustannusosakeyhtiö Otava Aikuisopetuksen osasto Uudenmaankatu Helsinki Puh. (09)

4 Sisällys Sähkötekniikan perusteet 1. Sähkön perusolemus Mitä sähkö on Atomiteoria Johteet ja eristeet Sähköstatiikka Staattiset sähkövaraukset Varausten väliset voimat Atomin varaus ja ioni Virtapiirit Virtapiirin perusosien piirrosmerkit Avoin ja suljettu virtapiiri Ulko- ja sisävirtapiiri Sähkösuureet Sähkövirta Sähkövirta suureena Jännite Jännite käsitteenä Jännite suureena Resistanssi Resistanssi käsitteenä Resistanssi suureena Resistiivisyys Vastukset Sähkölähteet Sähkölähdetyypit Sähköpari Akku Generaattori Lämpösähköpari Valokenno Pietsosähkö Hall-jännite Polttokenno Sähkölähteiden kytkennät Sarjakytkentä Rinnankytkentä Vastakytkentä

5 6. Ohmin laki Ohmin lain käyttö virtapiirilaskuissa Oikosulku ja sen vaarat Muut virtapiireihin liittyvät suureet ja lainalaisuudet Sähkötyö Sähkötyö käsitteenä Sähkötyö suureena Sähköteho Sähköteho käsitteenä Sähköteho suureena Sähkövirta haarautuvassa virtapiirissä Jännitehäviö Sähkölähteen napajännite Lähdejännite Virtapiirin kokonaisjännitehäviö Vastusten kytkennät Vastusten sarjakytkentä Resistanssi Sähkövirta Rinnankytkentä Resistanssi Sähkövirta Jännite Sekakytkentä Resistanssi Virta I ja jännite U Magnetismin perusteet Yleistä Magneetti Magneettinavat Magneettikenttä ja magneettivuo Magneettikentän voimakkuus Magneettivuo Magneettivuon tiheys Erilaiset aineet magneettikentässä Diamagneettiset aineet Paramagneettiset aineet Ferromagneettiset aineet Sähkövirran synnyttämä magnetismi Magneettikenttien vaikutus toisiinsa Solenoidi Ampeerikierrosluku Sähkömagneettien rakenteet ja piirrosmerkit Sähkömoottorin periaate

6 Virrallinen johdin magneettikentässä Sähkömoottorin perusrakenne Sähkökoneiden magnetointi Kestomagnetoidut sähkökoneet Sähkömagnetoidut sähkökoneet Rautasydämien magnetoitiminen Molekyylimagneetit Magneettinen kyllästyminen, hystereesi ja jäännösmagnetismi Kestomagneetit Anturisovelluksia autossa Induktio Jännitteen indusoituminen johtimiin Jännitteen suunta Generaattorin toimintaperiaate Jännitevaihtelun tasaus Tasa- ja vaihtosähkö Tasasähkö Vaihtosähkö Pyörrevirrat Itseinduktio Keskinäisinduktio Vastukset Yleistä Kiinteät kalvovastukset Säädettävät kalvovastukset Hiilipakkavastus Vastusten merkitseminen Lankavastukset Vastusten piirrosmerkinnät Kondensaattori Rakenne ja toimintaperiaate Rullakondensaattori Elektrolyyttikondensaattorit Tantaalikondensaattorit Säätö- ja virityskondensaattorit Muut kondensaattorit Sähkömäärä, kapasitanssi ja permittivisyys Sähkömäärä Kapasitanssi Permittivisyys Levykondensaattorinmitoitus

7 13. Sähkösuureiden mitoitus Virran ja jännitteen mittaus Resistanssin mittaus ja mittalaitteet Mittareiden käsittely Mitta-alueen valinta Esimerkki yleismittarin näytöstä, valintakytkimistä ja mittajohtimien liitännöistä Puolijohteiden perusteet Itseisjohtavuus Häiriöjohtavuust Pn-liitos Ulkoisten tekijöiden vaikutuksesta säätyvät vastukset PTC-vastukset LDR-vastukset VDR-vastukset Piirrosmerkit Diodi Diodin rakenne Diodin toiminta Diodin piirrosmerkit Tasasuuntausdiodin soveltamisalueita Zenerdiodin toiminta ja piirrosmerkit Zenerdiodin soveltamisalueita Valodiodin toiminta ja piirrosmerkki Fotodiodit Hohtodiodit eli ledit Valodiodin soveltamisalueita Tasasuuntaus Yksivaiheinen puoliaaltotasasuuntaus Yksivaiheinen kokoaaltotasasuuntaus Kolmivaiheinen kokoaaltotasasuuntaus Transistori Transistorin rakenne Npn-transistorin toiminta ja piirrosmerkki Pnp-transistorin toiminta ja piirrosmerkki Transistorin soveltamisalueita Tyristori Tyristorin rakenne Tyristorin toiminta ja piirrosmerkki Tyristorin soveltamisalueita Puolijohdetekniikkaa antureissa

8 15. Lyijyakku auton sähköjärjestelmän osana Yleistä Akulle käynnistyksessä asetettavat vaatimukset Kapasiteetiltaan riittävä Varaustila korkea Käynnistysteho suuri Akku ja generaattori sähköntuottajina Akun rakenne Akkulevyt Akun navat Elektrolyytti Akun toiminta Kaasun rekombinoituminen huoltovapaassa akussa Akkuteknisiä käsitteitä Akun kapasiteetti Varakapasiteetti Kennojännite Napajännite Kylmäkäynnistysvirta Työturvallisuusohjeet Oikosulun ja räjähdyksen vaara irrotuksessa ja kiinnityksessä Akun nostaminen ja kuljetus Akkuviat ja niiden syyt Itsepurkautuminen Jäätyminen Sulfatoituminen Akkujen säilytys Akun silmämääräinen tarkastus ja kunnostus Akkuteline ja akun kiinnitys Kaapeleiden ja napojen kiinnitys sekä johtimien kunto Akkukotelon vauriot ja taipumat Ulkopuolinen puhtaus ja suojaus Nestemäärän tarkastusus Akun varaustilan mittaus Varaustilan tarkistus ilmaisimesta Akun kunnon määrittäminen Kuormituskoe Digitaaliset akun testauslaitteet Akun varaaminen Käynnistysavun antaminen Avunanto pikavaraajalla Käynnistysapu toisella akulla Sijaisvirtalähteen käyttö akun irrotuksen ja irtiolon aikana

9 Sähkökaaviot ja johdinjärjestelmät 1. Sähkökaaviot Yleiset sähkötekniikan piirrosmerkit Auton sähkölaitteiden peruskomponenttien piirrosmerkit Kytkentäkaavion lukemisen ja piirtämisen perusteet Kytkentäkaavioesimerkkejä DIN-normin mukaisesti laadittu kaavio DIN-normista poikkeava kaavio DIN-normista poikkeava kaavio Nauhakytkentäkaavio Auton sähkölaitteiden päävirtapiirejä kytkentäkaavioesityksinä Latausvirtapiiri Käynnistysvirtapiiri Valaistusvirtapiiri Sytytysvirtapiiri Auton sähköjohtimet ja niihin liittyvät tarvikkeet Johtimien poikkipinta-alat Johtimen valinta siinä kulkevan kuormitusvirran mukaan Johtimien liitostavat Tinaliitos Ruuviliitos Juotettava kaapelikenkä Puristettavat johdinpäätteet Jatko-, maadoitus- ja haaroitusliittimet Liitosten ja johtimien suojaaminen Kosketus- ja hankaussuojaus Kutistesuojatut liitokset Tiivistesuojatut liitinrasiat ja liittimet Liitosten teko ja korjaus Tinaliitoksen teko Ruuviliitoksen teko Puristusliitoksen teko Liittimien asennusvinkkejä Puristusliitoksen tarkastus Kutistesuojatun puristusjatkoksen teko Liittimen irrotus Johdinsarjat Virtapiirien ylikuormitussuojaus Oikosulku Oikosulkuvirta Sähkövirran lämpövaikutus Sulakkeet Rikkoutuneen sulakkeen löytäminen Sulakerasiat

10 4. Kytkimet ja kytkentäreleet Kytkimet Kytkentäreleet Väyläjärjestelmät Fyysinen eli rakenteellinen toteutus Tiedon kulku Ajoneuvoväylät Väyläjärjestelmien yhdistäminen Ohjausyksikkö väylässä Väyläjohtimet Loogiset tilat ja niiden jännitetasot Väylän haltuunotto Väylän vianhaku Valaistus ja korin sähkölaitteet 1. Valaistuslaitteet Valojen tehtävät Valolaitteiden hyväksyminen Ajovalot Kauko- ja lähivalot Ajovalojen sähkökytkennät Valo-optiikka Sumuvalot Peruutusvalo Ulkoiset viestintävalot Etuvalot eli seisontavalot Kahdentaminen Takavalot Tunnuskilven valo Äärivalot Sivuvalot Etu-, taka-, tunnuskilven- ääri- ja sivuvalojen kytkentä Takasumuvalot Suuntavalot Jarruvalot Jarrujen varoitusvalot Huomiovalot eli päiväajovalot Valojen toiminnan ohjaus tietoväyläyksiköiden avulla Heijastimet Takaheijastimet Kolmionmuotoiset takaheijastimet Etuheijastimet Sivuheijastimet

11 1.7. Valaistusteknistä sanastoa Valo Lamppu, valonlähde Valovoima Valovirta Valaistusvoimakkuus Luminanssi Häikäisy Lamput ja lampunpitimet Hehkulamppu Halogeenilamppu Kaasupurkauslamppu LED-lamppu Muut kuin ajovalolamput Valojen vianetsintä, korjaus ja asennus Varotoimet ennen vianetsinta-, korjaus- ja asennustöitä Valovikoja Lamppujen vaihto Vianetsintä Jännitemittarin käyttö vianetsinnässä Vianetsintäharjoitus Valaisimen avaaminen Ajovalojen suuntaus Vetokoukun ja perävaunun sähkökytkennät Vetokoukun pistorasian asennus Korin sähkölaitteet Tuulilasin ja ajovalojen pyyhkimet ja pesulaitteet Pyyhkimien toiminta Lasinpesimien toiminta Lasinpyyhkimien ja -pesimien huolto Ajovalonpuhdistuslaitteiden toiminta Äänimerkinantolaite Äänimerkinantolaitteen korjaus Lämmitys-, tuuletus- ja ilmastointilaitteet Lämmitys- ja tuuletuspuhaltimet Ilmastointilaitteet Istuinlämmittimet Lasin- ja peilinlämmittimet Mittaristo ja muut informaatiolaitteet Nopeusmittari Matkamittari Polttonestemittari Lämpömittari Kosketusnäyttö Vakionopeussäädin Rakenne ja toiminta Vianetsintä

12 2.8. Keskuslukitus Rakenne ja toiminta Vianetsintä Sähkötoimiset lasinnostimet Rakenne ja toiminta Törmäysturvajärjestelmät Aktiivinen ja passiivinen turvallisuus Turvatyynyjärjestelmä Turvatyynyjärjestelmän toiminta-aika Turvatyynyjärjestelmän pääosat Pyrotekniset turvavyönkiristimet Sivuturvatyynyt Järjestelmän diagnoosi Turvamääräykset Menettely kolarin jälkeen Luvattoman käytön esto Elektroninen ajonestojärjestelmä Järjestelmän komponentit Murtohälytinjärjestelmät Käynnistys- ja latauslaitteet 1. Käynnistyslaitteet Polttomoottorin käynnistäminen Käynnistyslaitteelle asetettavat vaatimukset Käynnistyslaitetyypit Käynnistimen oikea käyttö Sähkökäynnistimet Työntökiertokäynnistin Työntökäynnistin Käynnistimen kunnostus Vian määritys Käynnistimen kunnostus Käynnistimen tarkastus koepenkissä Latauslaitteet Auton sähkölaitteiden tehontarve Latausvirtapiiri auton sähköjärjestelmän osana Latauslaitteiden tehtävät Latausjärjestelmän osat ja peruskytkentä Käynnistimen tarkastus koepenkissä Generaattorin rakenne ja toiminta Toimintaperiaate Staattori Roottori Kolmivaihesähkön tasasuuntaus Magnetointi ja jännitteen säätö Automaattinen virranrajoitus Jäähdytys

13 Generaattorin hyötysuhde Generaattorin asentaminen moottoriin Vianmääritys ja huolto Huollontarve Miten huollontarve ilmenee Varotoimet huoltotöissä Vianmääritys autossa Generaattorin kunnostus Generaattorin testaus koepenkissä