Почему в качестве электродов свинцово-кислотного аккумулятора используется губчатый свинец и двуокись свинца?

Почему в качестве электродов свинцово-кислотного аккумулятора используется губчатый свинец и двуокись свинца?

В свинцовом аккумуляторе в токообразующихпроцессах участвуют двуокись свинца (диоксид свинца) PbO₂ (окислитель) положительного электрода, губчатый свинец Pb (восстановитель) отрицательного электрода и электролит (водный раствор серной кислоты H₂SO₄). Активные вещества электродов представляют собой относительно жесткую пористую электронопроводящую массу.

При разряде происходит химическая реакция, в результате которой активная масса обоих электродов начнет изменять свой химический состав, преобразуясь из губчатого свинца и его двуокиси в сернокислый свинец (сульфат свинца – PbSO4), а плотность электролита начнет падать. В результате внутри батареи образуется направленное движение ионов и в цепи потечет электрический ток.

 

3) Поясните физические процессы заряда и разряда аккумулятора.

При разряде аккумулятора генерируется ток за счет осаждения SO₄ на пластинах и активная масса как положительного, так и отрицательного электродов превращается в сульфат свинца, в связи с чем снижается концентрация электролита и постепенно повышается внутреннее сопротивление.

При полном разряде плотность электролита снижается 1,10-1,14 г/см и практически вся активная масса превращается в сернокислый свинец (сульфат свинца), который имеет свойство постепенно кристаллизоваться и терять способность к электрохимическим преобразованиям, после чего батарею практически невозможно восстановить. Этот процесс называется «сульфатацией». Поэтому долгое пребывание в состоянии разрядки губительно для аккумулятора. Чтобы избежать «сульфатации» необходимо как можно быстрее произвести зарядку разряженной батареи.

Физические процессы, происходящие при пуске двигателя, отличаются от процессов при медленном разряде батареи потребителями. При пуске участвует не весь объем активной массы и электролита, а лишь та ее часть, которая находится на поверхности пластин и соприкасающийся с поверхностью пластин электролит. Поэтому, после неудачной попытки запустить двигатель, следует подождать некоторое время для того, чтобы электролит перемешался, плотность его выровнялась, он проник в поры активной массы.

Процесс зарядки батареи состоит в электрохимическом разложении PbSO4 на электродах под воздействием постоянного тока внешнего источника. Процесс заряда полностью разряженной батареи похож на процесс разряда, как бы развивающийся в обратном направлении. Первоначально ток заряда достаточно велик и ограничен лишь способностью внешнего источника генерировать необходимый ток и сопротивлением токонесущих элементов. Теоретически он ограничен только скоростью с которой продукты реакции выводятся из активной зоны. Затем, по мере "растворения" молекул серной кислоты, ток снижается.

 

4) Почему плотность электролита определяет степень заряженности аккумулятора?

Во время разряда расходуется серная кислота из электролита и одновременно в электролит выделяется вода. Поэтому по мере разряда свинцового аккумулятора уменьшается концентрация серной кислоты, из-за чего плотность электролита понижается. При заряде происходят обратные химические реакции – в электролит выделяется серная кислота и расходуется вода. При этом плотность электролита по мере заряда возрастает. Поскольку при разрядах и зарядах изменяется плотность электролита, то по ее величине можно судить о степени заряженности аккумулятора, чем и пользуются на практике.

 

Повышенный саморазряд

Саморазряд батарей в эксплуатации считается повышенным, если он превышает 1 % емкости в сутки. Возникает в случаях:

· попадания посторонних примесей в электролит

· утечки тока по смоченной электролитом или загрязненной поверхности аккумуляторов

· замыкания пластин осыпавшейся активной массой

Вредные примеси, особенно металлы, в электролите увеличивают саморазряд, разрушают активную массу и решетки пластин. Крупицы постороннего металла, попадая на отрицательные пластины, образу­ют с губчатым свинцом и электролитом много местных первичных короткозамкнутых элементов, «паразитные» токи которых разряжают пластины. При этом выделяются пузырьки газа, служащие призна­ком повышенного саморазряда.

Загрязненный электролит выливают из аккумуляторов, пред­варительно разрядив током 0,1С20 для перехода металлических при­месей с отрицательных пластин в электролит. Затем тщательно про­мывают несколько раз аккумуляторы дистиллированной водой и заливают свежий электролит, плотность которого соответствует плот­ности слитого или незначительно превышает ее. Батарею ставят на зарядку, а в конце ее корректируют плотность электролита. Поверх­ностный саморазряд определяют по отклонению стрелки вольтметра. Один зажим вольтметра соединяют с выводом аккумулятора, вто­рой — с поверхностью крышки или мастики аккумулятора. Для устранения и предупреждения поверхностного саморазряда необходи­мо регулярно протирать батарею чистой ветошью, смоченной в 10 %-ном водном растворе кальцинированной соды или нашатырного спирта, а затем насухо вытирать чистой тряпкой.

Короткое замыкание пластин

Короткое замыкание пластин в аккумуляторе происходит в результате:

· разрушения сепараторов

· накопления осадка на дне банки

· образования «наростов» свинца на кромках отрицательных пластин

Признаки короткого замыкания:

· уменьшение плотности электролита и резкое снижение напряжения до нуля при испытании нагрузочной вилкой

· слабое повышение плотности электролита и напряжения при зарядке с одновременным повышением температуры относительно исправных аккумуляторов

Аккумулятор с короткозамкнутыми пла­стинами подлежит ремонту.

Неисправности моноблоков

Неисправности моноблоков встречаются в виде трещин, отколов, пробоин, которые появляются в результате ударов, тряски и небреж­ного обращения. Больше всего подвержены механическим поврежде­ниям пластмассовые моноблоки, особенно при отрицательных темпе­ратурах. Трещины в перегородках бака вызывают короткое замыка­ние через электролит разноименных пластин соседних аккумулято­ров, соединенных между собой межэлементной перемычкой. Пласти­ны разряжаются, при этом плотность электролита в баках с трещи­ной в перегородке будет меньше, чем в остальных, а суммарная ЭДС двух замкнутых электролитом аккумуляторов будет такой же, как ЭДС одного исправного аккумулятора.

Наличие трещины в стенке моноблока или в перегородке легко обнаружить, если с обеих сторон проверяемой перегородки залить, слабый раствор электролита на 10…15 мм ниже верхних кромок ее и поместить разноименные аккумуляторные пластины, соединенные между собой через вольтметр. Отклонение стрелки прибора свидетельствует о наличии трещины в перегородке.

 

Стартерный электродвигатель

Классический электростартер автомобиля — это устройство, состоящее из электродвигателя (ЭДВ) постоянного тока с последовательной обмоткой возбуждения, который на время пуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС) подключается к аккумуляторной батарее (АКБ) с помощью пускового тягового реле (ПТР). Это же реле посредством рычага с вилкой перемещает по оси стартера муфту свободного хода (МСХ) и тем самым механически сочленяет шестерню на валу стартерного электродвигателя непосредственно с венечной шестерней маховика ДВС.

Конструкция автомобильного стартера, при которой вал электродвигателя соединяется прямо с маховиком ДВС, имеет ряд недостатков. Так, передаточное число главного редуктора, состоящего из венечной шестерни маховика и шестерни МСХ, не может быть достаточно высоким. Ограничения накладываются расчетным размером диаметра маховика, а также числом, размером и прочностью зубцов шестерни МСХ. В такой редукторной паре — соотношение зубцов не может быть более 16—18.

Это приводит к необходимости использовать в стартере такой электродвигатель, у которого обороты якоря «мягко» сочетаются с механической нагрузкой на валу. К таким относятся электродвигатели с последовательной обмоткой возбуждения, обладающие мягкой механической характеристикой (рис. 1, а). Именно такие ЭДВ широко применяются в классических электростартерах.

Конструктивным недостатком ЭДВ с последовательным возбуждением является то, что в нем ток возбуждения, равный току якоря, делает обмотку возбуждения громоздкой, сильно нагревающейся, а магнитную систему статора недостаточно эффективной и с низким КПД. Даже при заданном ограничении на время работы, стартер получается тяжелым и больших размеров. Кроме того, ЭДВ с последовательным возбуждением в режиме холостого хода может пойти «вразнос».

 

 

19 Устройство и работа тягового реле стартера

Тяговое реле стартера находится над стартером в прочном соединении с ним. При необходимости оно достаточно просто снимается, но сделать это можно только на демонтированном стартере.
Разные производители предлагают реле в двух вариантах: разборное, которое при необходимости можно подвергнуть диагностике, ревизии и ремонту, и неразборное, которое в случае поломки меняется целиком.

Основными частями реле являются:
корпус;
якорь;
магнит с обмотками (втягивающая и удерживающая);
возвратная пружина;
контакты.

После поворота ключа в замке зажигания, в катушке возникает электромагнитное поле на втягивающей обмотке и якорь, притягиваясь, перемещается в сердечник, который посредством рычага вводит в зацепление с венцом маховика рабочую шестерню бендикса.
Как только сердечник достигает крайнего положения, «втягивающий» стартера замыкает пару контактов, которые называют «пятаками». В этот момент включается удерживающая обмотка и подаётся ток на обмотку мотора, который начинает вращать вал и маховик, находящийся в зацеплении с шестернёй.
С пуском мотора контакты в замке зажигания размыкаются, подача электроэнергии на стартер прекращается, и возвратная пружина возвращает якорь в исходное положение, а вместе с ним и шестерню с обгонной муфтой. Вот, собственно, такой принцип работы втягивающего реле стартера.

 

20 Маркировка свечей зажигания. Что такое калильное число свечи зажигания?

У каждой свечи зажигания есть своя маркировка, по которой можно узнать обо всех ее особенностях. Правда, у каждой компании своя маркировка свечей зажигания, ведь единой системы, к сожалению, не предусмотрели.

Например, маркировка свечей российского производства абсолютно не имеет ничего общей с маркировкой свечей иностранного производства. Например, можно рассмотреть российскую свечу А-У17ДВРМ10. В ней первая буква обозначает резьбу, а в случае с «А» это М14*1,25. Дефис говорит о том, что опорная поверхность плоская, но если на его месте будет бука «К», то значит коническая.

Буква «У» говорит о особенностях конструкции, а именно уменьшенном шестиграннике, «17» — это калильное число, «Д» - диаметр резьбы, «В» о выступании теплового конуса изолятора, «Р» - о встроенном резисторе, «М» - о центральном электроде (в данном случае с медным наконечником), а «10» обозначает искровой зазор между электродами.

У иностранных производителей маркировка свечей зажигания совершенно другая. Например, компания Champion выпускает свечу маркировкой R C 7 YCC 4, где «R» - это вспомогательные элементы свечи (а именно сопротивление), «С» - характеристика резьбовой части свечи, «7» - калильное число, «YCC» - конфигурация и тип электрода, который можно узнать лишь из специальной таблицы, а «4» - это зазор между электродами.

Немного похожая маркировка свечей зажигания ngk. В свече BC P R 6 E S — 11 две первые буквы «BC» говорят о резьбе и размере ключа. Третья буква «P» обозначает особенности конструкции, а в данном случае это смещенный вперед изолятор и наконечник, а четвертая цифра «R» говорит о наличии резистора. Цифра уже стандартно показывает калильное число свечи, буква «E» длину резьбы, буква «S» конструкцию самого электрода, а последние цифры говорят о свечном зазоре.

Иногда, маркировка свечей зажигания ngk может иметь еще и буквы после последних цифр, как например P F R 6 A - 11 A. В данном случае буква «А» обозначает о беспрокладочном типе свечи, а буквы B,C,D свидетельствуют об особом типе.

А вот маркировка свечей зажигания Bosch слегка отличается от предыдущих, ведь перед калильным числом обязательно две буквы, а после него уже три. Первая буква обозначает резьбу, вторая тип свечи зажигания (с полуповерхностным искровым зазором — L, с сопротивлением для подавления радиопомех — R, для маломощных двигателей — S или для гоночных и спортивных автомобилей — M).

После цифры калильного числа идет буква, говорящая о длине резьбы. За ней может идти буква, которая говорит о количестве боковых электродов. Если это «D», то боковых электрода два, «T» - уже три, а «Q» - четыре. Ну а когда после калильного числа всего две буквы, то значит свеча имеет всего один боковой электрод.

Последняя буква в маркировке свечей зажигания Bosch значит материал центрального электрода. Последняя цифра определяет особенности свечи зажигания.

Также, совершенно не похожая на других маркировка свечей зажигания denso. Да, первой всегда идет буква, что обозначает диаметр резьбы и размер шестигранника, но за ней сразу стоит цифра калильного числа. Затем следуют четыре буквы, где первая показывает длину резьбы, вторая тип электрода, а третья — внутреннюю конструкцию, а четвертая — конфигурацию зазора. Ну, а в конце идут цифры, обозначающие искровой зазор.

калильное число свечи зажигания

Кали́льное число́ — величина, характеризующая свечу зажигания, пропорциональная среднему давлению, при котором в процессе испытаний свечи на моторной тарировочной установке начинает появляться калильное зажигание (неуправляемый процесс воспламенения рабочей смеси от раскаленных элементов свечи).

ИЛИ

Калильное число – это величина, которая показывает время, по истечении которого, свеча достигнет состояния калильного зажигания. Чем больше калильное число, тем свеча меньше нагревается. Соответственно с малым калильным числом будет «горячая» свеча, а с большим «холодная».
Российская промышленность выпускает свечи зажигания с калильными числами 8, 11, 14, 17, 20, 23 и 26. За рубежом не существует единой шкалы калильных чисел
Калильное число (тепловая характеристика):
Горячие свечи 11-14;
Средние свечи 17-19;
Холодные свечи 20 и более;
Унифицированные свечи 11-20

 

 

Почему в качестве электродов свинцово-кислотного аккумулятора используется губчатый свинец и двуокись свинца?

В свинцовом аккумуляторе в токообразующихпроцессах участвуют двуокись свинца (диоксид свинца) PbO₂ (окислитель) положительного электрода, губчатый свинец Pb (восстановитель) отрицательного электрода и электролит (водный раствор серной кислоты H₂SO₄). Активные вещества электродов представляют собой относительно жесткую пористую электронопроводящую массу.

При разряде происходит химическая реакция, в результате которой активная масса обоих электродов начнет изменять свой химический состав, преобразуясь из губчатого свинца и его двуокиси в сернокислый свинец (сульфат свинца – PbSO4), а плотность электролита начнет падать. В результате внутри батареи образуется направленное движение ионов и в цепи потечет электрический ток.

 

3) Поясните физические процессы заряда и разряда аккумулятора.

При разряде аккумулятора генерируется ток за счет осаждения SO₄ на пластинах и активная масса как положительного, так и отрицательного электродов превращается в сульфат свинца, в связи с чем снижается концентрация электролита и постепенно повышается внутреннее сопротивление.

При полном разряде плотность электролита снижается 1,10-1,14 г/см и практически вся активная масса превращается в сернокислый свинец (сульфат свинца), который имеет свойство постепенно кристаллизоваться и терять способность к электрохимическим преобразованиям, после чего батарею практически невозможно восстановить. Этот процесс называется «сульфатацией». Поэтому долгое пребывание в состоянии разрядки губительно для аккумулятора. Чтобы избежать «сульфатации» необходимо как можно быстрее произвести зарядку разряженной батареи.

Физические процессы, происходящие при пуске двигателя, отличаются от процессов при медленном разряде батареи потребителями. При пуске участвует не весь объем активной массы и электролита, а лишь та ее часть, которая находится на поверхности пластин и соприкасающийся с поверхностью пластин электролит. Поэтому, после неудачной попытки запустить двигатель, следует подождать некоторое время для того, чтобы электролит перемешался, плотность его выровнялась, он проник в поры активной массы.

Процесс зарядки батареи состоит в электрохимическом разложении PbSO4 на электродах под воздействием постоянного тока внешнего источника. Процесс заряда полностью разряженной батареи похож на процесс разряда, как бы развивающийся в обратном направлении. Первоначально ток заряда достаточно велик и ограничен лишь способностью внешнего источника генерировать необходимый ток и сопротивлением токонесущих элементов. Теоретически он ограничен только скоростью с которой продукты реакции выводятся из активной зоны. Затем, по мере "растворения" молекул серной кислоты, ток снижается.

 

4) Почему плотность электролита определяет степень заряженности аккумулятора?

Во время разряда расходуется серная кислота из электролита и одновременно в электролит выделяется вода. Поэтому по мере разряда свинцового аккумулятора уменьшается концентрация серной кислоты, из-за чего плотность электролита понижается. При заряде происходят обратные химические реакции – в электролит выделяется серная кислота и расходуется вода. При этом плотность электролита по мере заряда возрастает. Поскольку при разрядах и зарядах изменяется плотность электролита, то по ее величине можно судить о степени заряженности аккумулятора, чем и пользуются на практике.