Системы электроснабжения автомобиля: обслуживание и диагностика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Автомобиль служит для быстрого перемещения грузов и пассажиров по различным типам дорог и местности. Автомобильный транспорт играет важнейшую роль во всех сторонах жизни страны. Без автомобиля невозможно представить работу не одного промышленного предприятия, государственного учреждения строительной организации, воинской части. Значительное количество грузовых и пассажирских перевозок на долю этого транспорта. Легковой автомобиль широко вошёл в быт трудящихся нашей страны, стал средством передвижения, отдыха, туризма.

Электрооборудование автомобиля является главной составной частью полного комплекса бортового оборудования. В электрооборудование включают все те бортовые устройства, работа которых непосредственно связана с электричеством. Первыми такими устройствами были магнето и свечи зажигания. Потом на борту автомобиля стали устанавливаться аккумуляторная батарея, электрогенератор и электростартер. Появилось наружное электроосвещение, система зажигания стала батарейной. Перечисленные электрические устройства в совокупности составляют классическое электрооборудование автомобиля. Существующее на борту автомобиля уже много десятков лет электрооборудование первого поколения теперь называют классическим. В его состав входят следующие функциональные системы:

Система электроснабжения -- электрогенератор, реле-регуляторы, аккумуляторная батарея.

Система пуска двигателя внутреннего сгорания -- стартер, стартерные цепи, аккумуляторная батарея.

Система электроискрового зажигания -- катушка зажигания, прерыватель-распределитель, свечи зажигания с высоковольтными проводами (на автомобилях с дизельным ДВС отсутствует или заменена системой калильного зажигания).

Система освещения и сигнализации -- фары, наружные фонари габаритных огней и световой сигнализации, звуковой сигнал, внутреннее освещение, устройства специальной сигнализации.
Система контрольно-измерительных приборов, дополнительного и вспомогательного электрооборудования -- щиток приборов, водительский пульт управления, электрические провода, предохранительные и релейные моноблоки, коммутационные устройства, а также электроприводные устройства, например стеклоочистители и электровентиляторы.
Перечисленные системы являются неотъемлемой составной частью автомобильной бортовой автоматики и всегда будут присутствовать в ее составе.

За последние 40-50 лет составные компоненты классических систем автомобильного электрооборудования претерпели значительные усовершенствования, но состав самих систем остался прежним. 



1. Конструкция, эксплуатация элементов системы электроснабжения автомобиля

1.1 Система зажигания

Система зажигания служит для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя в строго определённые моменты. Воспламенение смеси может быть осуществлено батарейной системой зажигания или от магнето.

По способу прерывания тока первичной цепи батарейные системы зажигания подразделяются на контактные, контактно-транзисторные и бесконтактные транзисторные.

По исполнению системы зажигания бывают экранированный (ЗИЛ - 131) и неэкранированные (ЗИЛ - 130). Экранируют систему зажигания с целью подавления радиопомех, которые возникают во время работы системы зажигания.

Принцип действия системы зажигания.

Контактная система зажигания включает в себя: аккумуляторную батарею, включатель зажигания, добавочный резистор, катушку зажигания, прерыватель тока (кулачок и контакты), конденсатор, распределитель тока высокого напряжения, свечи, соединительные провода низкого и высокого напряжения.

Прерыватель тока и распределитель тока высокого напряжения входят в один прибор, который называется распределитель зажигания.

В системе зажигания имеется цепь низкого напряжения первичная цепь и цепь высокого напряжения (вторичная цепь). В цепи низкого напряжения входят источники тока низкого напряжения и генератор, выключатель зажигания, добавочный резистор, первичная обмотка катушки зажигания, прерыватель тока конденсатор и соединительные провода низкого напряжения. В цепь высокого напряжения входят вторичная обмотка, катушки зажигания распределитель тока высокого напряжения, свечи и провода высокого напряжения. При включенном зажигание и замкнутых контактов прерывателя по первичной цепи проходит ток низкого напряжения: вывод “+” аккумуляторная батарея - выключатель зажигания - добавочный резистор - первичная обмотка катушки - замкнутые контакты прерывателя - масса - вывод “-” аккумуляторной батареи.

Ток, проходит по первичной обмотки катушки зажигания, создаются вокруг её витков магнитное поле, в котором оказываются витки и вторичной обмотки. При размыкание контактов прерывателя ток в первичной цепи прекращается, в следствии чего магнитное поле катушки исчезает. Исчезая, магнитные силовые линии пересекают ветки вторичной обмотки и индуктирует в каждом из них небольшую ЭДС. Напряжение на концах вторичной обмотки 15-20 КВ и более. Через центральный провод, распределитель тока и провод свечи ЭДС высокого напряжения подводиться к электродам свечи между которыми и проходит искровой разряд воспламеняющий рабочею смесь в цилиндре двигателя. В дальнейшем при размыкании и замыкании контактов прерывателя процесс повторяется с порядком и режимом работы двигателя.

При размыкании контактов прерывателя исчезающее магнитное поле пересекает и ветки первичной цепи катушки зажигания индуктируя в ней ЭДС самоиндукции порядка 250-300 В, что вызывает сильное искрение контактов и приводит к значительному уменьшению вторичного напряжения.

Для уменьшения искрения контактов прерывателя и повышения вторичного напряжения параллельно контактам прерывателя ставят конденсатор определённой ёмкости. В начальный момент размыкания контактов конденсатор заряжается тем самым предохраняя их от искрения.

1.2 Устройство приборов системы зажигания

1.2.1 Катушка зажигания

Катушка зажигания предназначена для преобразования тока низкого напряжения в ток высокого напряжения по исполнению катушки зажигания бывают экранированные и не экранированные.

Катушка зажигания включает в себя сердечник, вторичную обмотку 8(W₂=41 тыс. витков), первичную обмотку 14 (W₁=180 витков), магнитопровод, кожух, крышку с тремя выводными клеммами, фарфоровый изолятор.

Свободное пространство внутри катушки зажигания заполнено трансформаторным маслом, что улучшает изоляцию обмоток и отвод тепла от них на корпус. Первичная и вторичная обмотка выполнены из медного провода диаметром соответственно 1,25 мм и 0.06 мм. Один конец вторичной обмотки соединён с корпусом, а второй - с клеммой 3 высокого напряжения.

1.2.2 Распределитель зажигания

Распределитель зажигания Р13Д содержит следующие основные детали и узлы: корпус, приводной вал. Прерыватель тока низкого напряжения, распределитель тока высокого напряжения. В распределитель зажигания монтируется центробежный и вакуумный регуляторы опережения зажигания и октан корректор.

В чугунном корпусе в подшипнике из бронзы вращается вал привода кулачкапрерывателя, ротора распределителя и центробежного регулятора опережения зажигания. На корпусе имеется маслёнка, изолированная клемма и защёлки. Хвостик вала смещён относительно оси вала с целью установки распределителя только в определённом положении.

К прерывателю тока низкого напряжения относится: кулачок, неподвижная пластинка и подвижная, стойка неподвижного контакта, рычаг с подушкой, контакты эксцентрик регулировки зазора в контактах.

Вращающийся кулачок прерывателя своими выступами набегает на подушку рычага и, отжимает его от неподвижного контакта размыкает первичную цепь. Когда выступ кулачка сходит с подушки рычага, контакты снов замыкаются под действием пластинчатой пружины. Число граней кулачка равно числу цилиндров двигателя. За два оборота коленвала двигателя кулачок совершает один оборот. Шариковый подшипник обеспечивает лёгкость перемещения подвижной пластины под действием вакуумного регулятора.

Регулировочным эксцентриком обеспечивает зазор между контактами прерывателя в пределах 0,3-0,4 мм. Зазор более 0,4 мм вызывает перебой в работе двигателя при больших оборотах коленвала, а зазор менее 0,3 вызывает перебой в работе двигателя, при малых оборотах коленвала затруднён пуск двигателя.

К распределителю тока высокого напряжения относится: ротор с токорозносной пластиной, крышка распределителя с клеммами для проводов и с угольным электродом для снижения радиопомех. Крышка фиксируется в определенном положение с помощью выступа на ней и паза на корпусе распределителя. Для получения наибольшей мощности и экономичности двигателя необходимо подавать искру в цилиндр в такой момент, чтобы максимальное давление от сгорания смеси достигалось при нахождении поршня в положения 10-20⁰ после Вмт.

Величина оптимального угла опережения зажигания зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, нагрузки на двигатель, октанового числа топлива и конструктивных особенностей двигателя. Для учёта этих факторов в распределителе зажигания имеются центробежный и вакуумный регуляторы опережения зажигания, а также октан корректор. Центробежный регулятор служит для автоматического изменения угла опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Чем больше частота вращения коленвала, тем больше должно быть опережения зажигания и наоборот. Центробежный регулятор помещён внутри корпуса распределителя и включает пластину с грузиками, две пружины и пластину кулачка.

С увеличением частоты вращения коленчатого вала центробежная сила грузиков возрастает, грузики расходятся и своими штифтами поворачивают пластину с кулачками по направлению вращения валика увеличивая угол опережения зажигания. С уменьшением частоты вращения центробежная сила грузиков уменьшается, пружины сближают грузики, кулачок поворачивается против хода, уменьшая угол опережения зажигания.

Вакуумный регулятор служит для автоматического изменения угла опережения зажигания в зависимости от нагрузки на двигатель. С увеличением нагрузки состав смеси улучшается а следовательно, время её горения сокращается. Таким образом, с увеличением нагрузки угол опережения зажигания необходимо уменьшить, а с уменьшением нагрузки - увеличивать.

Вакуумный регулятор опережения зажигания крепится к корпусу распределителя зажигания. Полость регулятора сообщается через трубку с задроссельным пространством карбюратора с уменьшением нагрузки на двигатель разрежение под дроссельной заслонкой увеличивается и по трубки передаётся в полость со стороны пружины. Под действием атмосферного давления с обратной стороны диафрагмы прогибается, сжимая пружину, и при помощи тяги перемещает подвижную пластину на встречу вращения кулачка, увеличивая угол опережения зажигания. При увеличение нагрузки дроссельная заслонка открывается, разряжение под ней уменьшается, пружина, разжимаясь, прогибает диафрагму в противоположную сторону. В этом случае тяга перемещает пластину по ходу вращения кулачка, уменьшая угол опережения зажигания.Октан корректор служит для ручной корректировки угла опережения зажигания в зависимости от октанового числа топлива. Он включает в себя неподвижную и подвижную пластины, винт с регулировочными гайками. Корректирование угла опережения зажигания производится поворотом корпуса распределителя в ту или другую сторону. С переходом на топливо с большим октановым числом угол опережения зажигания необходимо несколько увеличить и наоборот.

1.2.3 Характерные неисправности

1. Свечи зажигания: отложения нагара на внутренней поверхности и большое загрязнение снаружи, нарушение нормального зазора между электродами, трещины на изоляторе и поломка бокового электрода. Из-за этих неисправностей искра свечи получается слабая или не проскакивает совсем. Это приводит к неустойчивости и неравномерной работе двигателя, уменьшению его мощности и остановки двигателя при повышенной нагрузки.

2. Катушка зажигания: замыкание первичной обмотки на массу и замыкание вторичной обмотки на первичную замыкание дополнительного резистора на массу, перегорание дополнительного резистора и трещин в крышках и изолятора.

3. Прерыватель распределителя: обгорание или замасливание контактов прерывателя и нарушение нормального зазора между ними, заедание грузиков и ослабление пружин центробежного регулятора, нарушение герметичности вакуумного регулятора, появление трещин в крышке и роторе распределителя и обрыв гибких проводов, соединяющих неподвижный диск с подвижным и рычагом подвижного контакта с зажимом низкого напряжения.

Обгорание или замасливание контактов прерывателя вызывает резкое увеличение сопротивление между ними, (в см) из-за чего уменьшается ток в первичной обмотки катушки и снижения мощности искры в свече. Нарушение зазора между контактами прерывателя приводит к ухудшению искрообразования между электродами свечей, и к перебоям в работе двигателя.

4. Контакторы: пробой изоляции, обрыв соединительного провода и плохой контакт между конденсатором и зажимом прерывателя или массой. Неисправность конденсатора вызывает сильное искрение между контактами прерывателя.

Техническое обслуживание приборов зажигания при ТО-1 необходимо очистить поверхность приборов зажигания от пыли и грязи, проверить крепление проводов, затяжку всех разъёмов, а также протереть крышку распределителя неэкранированной системы зажигания снаружи и изнутри чистой тряпкой, смоченной в бензине.

При ТО-2 надо смазать все точки распределителя зажигания. Смазку производят маслом двигателя. Для смазки вала привода необходимо ввернуть крышку маслёнки на 1-2 оборота; проверить состояния свечей зажигания, при необходимости отчистить их от нагара, проверить с помощью специального щупа зазор между электродами свечи.

Через одно ТО-2 следует проверить и отрегулировать зазор между контактами прерывателя при СО необходимости снять распределитель зажигания, разобрать и осмотреть все его элементы, очистить от пыли и грязи, собрать и проверить его работу на стенде. Заполнить смазкой колпачковую масленку.

1.2.4 Генераторные установки

Генераторная установка состоит из электрогенератора и регулятора напряжения. Они, вместе с элементами контроля работоспособности и защиты от возможных аварийный режимов, образуют систему электроснабжения автомобиля. Генераторная установка обеспечивает питанием электропотребители, включенные в бортовую сеть автомобиля, и заряжает его аккумуляторную батарею при работающем двигателе. Даже на холостом ходу двигателя генератор должен развивать мощность, достаточную для электропитания наиболее важных потребителей. В мировой практике генераторные установки на холостом ходу двигателя развивают 40-50% от номинальной мощности. Напряжение в бортовой сети автомобиля должно быть стабильно в широком диапазоне изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузок. Стабильность напряжения, обеспечиваемая работой регулятора, является непременным условием надежной работы аккумуляторной батареи и других электропотребителей. Превышение напряжения сверх допустимых пределов служит причиной перезаряда аккумуляторной батареи с последующим выходом ее из строя, пониженное напряжение вызывает недозаряд батареи. Увеличение напряжения на 10% сверх номинального снижает срок службы ламп примерно на 50%. Генераторные установки рассчитаны на номинальное напряжение 14 и 28 В. Напряжение 28 В характерно для автомобилей с дизелем. Однако на дизельных автомобилях, например, на автомобилях ЗИЛ 5301 ("Бычок"), ЗИЛ 4331, ЗИЛ 133ГЯ возможна и двухуровневая система: 14 В непосредственно на генераторе для электроснабжения основных потребителей, 28 В - на выходе трансформаторно-выпрямительного блока для подзарядки аккумуляторной батареи. Генераторные установки выполняются по однопроводной схеме, в которой с корпусом соединен отрицательный полюс системы отечественной нормативной документацией предусматривается изготовление установок и по двухпроводной схеме, но практически такое исполнение не реализуется. Генераторная установка питает ботовую сеть автомобиля постоянным током. Однако известно, что механическую энергию можно преобразовать в электрическую только Посредством переменного тока. Поэтому ранее автомобили снабжались выпрямителем-коллектором со щетками в генераторах постоянного тока, а теперь - полупроводниковым выпрямителем в повсеместно применяющихся автомобильных вентильных генераторах. Для питания вспомогательных устройств, например, реле блокировки стартера, трансформаторно-выпрямительного блока систем на два уровня напряжения, тахометра и т. п. , используется переменный ток, вырабатываемый генератором. В последнее время наблюдается тенденция использовать переменный ток и для управления работой регулятора напряжения самой генераторной установки. Генераторная установка - достаточно надежное устройство, способное выдержать повышенные вибрации двигателя, высокую подкапотную температуру, воздействие влажной среды, грязи и т. п. Принцип действия вентильного электрогенератора и его принципиальное конструктивное устройство одинаковы как у отечественных, так и у зарубежных образцов.

Конструкция генераторов.

Отечественные генераторы в принципе имеют идентичную конструкцию, в основу которой положена клювообразная полюсная система ротора. Такая система позволяет создать многополюсную систему с помощью одной катушки возбуждения. По организации системы охлаждения генераторы можно разделить на два типа - традиционной конструкции, с вентилятором на приводном шкиве и компактной конструкции, с двумя вентиляторами у торцевых поверхностей полюсных половин ротора. В первом случае охлаждающий воздух засасывается вентилятором через вентиляционные окна в крышке со стороны контактных колец, во втором - через вентиляционные окна обеих крышек. Компактную конструкцию отличают наличие вентиляционных отверстий на цилиндрических частях крышек и усиленное оребрение. Малый диаметр внутренних вентиляторов позволяет увеличить частоту вращения ротора генераторов компактной конструкции, поэтому ряд фирм называет их высокоскоростными. Последние годы новые разработки генераторов имеют обычно компактную конструкцию. Для автомобилей с высокой температурой воздуха в моторном отсеке или работающих в условиях повышенной запыленности, применяют конструкцию с поступлением забортного воздуха через кожух с патрубком и воздуховод. По общей компоновке генераторы разделяются на конструкции, у которых щеточный узел размещен во внутренней полости генератора, и конструкции с размещением его снаружи под специальным пластмассовым кожухом. В последнем случае контактные кольца ротора имеют малый диаметр, т. к. при сборке генератора они должны пройти через внутренний диаметр подшипника задней крышки. Уменьшение диаметра колец способствует повышению ресурса работы щеток.

Генераторы традиционной конструкции в основном выполняются либо с конструктивной преемственностью генераторов автомобилей ВАЗ, либо длительное время применявшихся на автомобилях многих марок генераторов Г250. На рисунке представлен генератор, установленный на автомобили ЗИЛ 130 и др. В этих генераторах щеточный, выпрямительный узлы и регуляторы напряжения закреплены на задней крышке под пластмассовым колпаком. Статор генератора устанавливается между крышками, причем их посадочные места контактируют с наружной поверхностью пакета статора. Чем глубже статор утоплен в крышке, тем меньше вероятность, появления перекоса подшипников, установленных в крышках. Существуют конструкции, у которых средние листы пакета выступают над остальными и они являются посадочным местом для крышки. Крепежные лапы и натяжное ухо отливаются заодно с крышками. Отличаем генераторов ВАЗ является наличие шпильки вместо натяжного уха. Отечественные генераторы традиционной конструкции имеют двухлапное крепление, крепежные лапы выполнены заодно с крышками. Пакет статора отечественных генераторов набирается из стальных листов толщиной 0,5 - 1 мм. Однако более прогрессивной технологией является навивка пакета из ленты или набор его из стальных подковообразных сегментов, т. к. при этом снижается расход стали. Листы скреплены между собой сваркой. Генераторы устаревших конструкций имели 18 пазов на статоре под размещение обмотки, в настоящее время практически все генераторы массовых выпусков имеют 36 пазов. Пазы изолированы пленкоэлектрокартоном, полиэтилентерефталатной пленкой или напылением изоляции, обмотки выполняются проводами ПЭТ-200, ПЭТД-180, ПЭТВМ, ПЭСВ-3 и др. У распределенной обмотки секция разбивается на две полусекции, исходящие из одного паза, причем одна полусекция отходит влево, другая вправо. Петлевая обмотка имеет секции иди полусекции в виде катушек с лобовыми соединениями по обе стороны пакета статора, волновая же действительно напоминает волну, т к. ее лобовые соединения расположены поочередно то с одной, то с другой стороны статора. Соединение фаз производится, как правило, в "звезду", однако автоматическая намотка провода большого сечения затруднена, поэтому в генераторах повышенной, мощности применяют соединение в "треугольник" или две "звезды" параллельно ("двойная звезда"). После намотки обмотки пропитывается специальным лаком, что повышает их механическую и электрическую прочность, а также улучшает теплоотвод. Катушечная обмотка возбуждения имеет сопротивление которое определяется максимально допустимой величиной тока регулятора напряжения, наматывается на каркас или непосредственно на втулку ротора. Полюсные половины при сборке напрессовываются на вал ротора под давлением, чтобы уменьшить паразитные воздушные зазоры по торцам втулки, ухудшающие характеристики генератора. При запрессовке материал полюсных половин затекает в проточки вала, делая полюсную систему ротора трудноразборной. В конструкции, где втулка разделена на две части, выполненные заодно с полюсными половинами, паразитный зазор всего один. У генераторов легковых автомобилей значительную проблему составляет магнитный шум генератора. Для уменьшения этого шума клювы полюсной системы имеют небольшие скосы по краям. Некоторые фирмы применяют специальное немагнитноё противошумовоё кольцо, расположенное под острыми краями клювов и приваренное к ним. Кольцо не дает клювам приходить в колебание и излучать звук. Отечественные генераторы оборудованы цилиндрическими медными кольцами, к которым припаяны или приварены концы обмотки возбуждения. В мировой практике встречаются кольца из латуни или нержавеющей стали, что снижает их износ и окисление, особенно во влажной среде. Встречаются также кольца, расположенные по торцу вала. Щеточный узел - это пластмассовая деталь, в которой установлены щетки двух типов - меднографитные и электрографитные. В отечественных генераторах применяются электрографитные щетки ЭГ51А размером 5х6х18мм и меднографитные М1 размером 6х6,5х13 мм. Электрографитные щетки имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцами, что неблагоприятно сказывается на выходных характеристиках генератора, но они обеспечивают меньший износ колец. Выпрямительные узлы, применяющиеся на автомобильных генераторах, разделяются на два типа: либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются или к которым припаиваются диоды, а как вариант - в которых загерметизированы кремниевые переходы, либо это сильно оребренные конструкции, к которым припаиваются диоды таблеточного типа.

Стабилитроны применяются в основном там, где на генераторы установлены регуляторы с микросхемой на монокристалле кремния или с использованием полевых транзисторов. Диоды и стабилитроны выполняются в корпусе диаметром 12,77 мм, в модификациях с анодом или катодом на корпусе, для запрессовки соответственно в отрицательный или положительный теплоотводы. В трехфазных генераторах максимальный ток генератора не должен превышать утроенную величину максимально допустимого тока через диод, установленный в выпрямителе. Если это происходит, применяют параллельное включение диодов или выпрямителей. В дополнительном выпрямителе устанавливаются диоды на ток 2 А. Подшипниковые узлы генераторов - это, как правило, радиальные шариковые подшипники со встроенными в подшипник уплотнениями и одноразовой закладкой смазки. Посадка шариковых подшипников со стороны контактных колец на вал плотная, в крышку - скользящая, со стороны привода, наоборот, плотная посадка в крышку и скользящая на вал. Такая посадка оставляет возможность проворота наружной обоймы подшипника со стороны контактных колец в гнезде с последующим выходом его из строя. Для предотвращения проворота применяют резиновые кольца в посадочном месте гофрированные стальные пружины и т. п. Привод генератора осуществляется клиновым или поликлиновым ремнем через шкив, установленный на валу ротора. Качество обеспечения питанием потребителей, в том числе заряд аккумуляторной батареи, зависит от передаточного числа ременной передачи, равного отношению диаметров ручьев шкивов коленчатого вала двигателя и генератора. Чем больше это число, тем больший ток может отдать потребителям генератор. Однако при больших передаточных числах происходит ускоренный износ ремня. Поэтому для клиновидных ремней это число не превышает 2,5. Более высокое передаточное число (до 3) возможно у поликлиновых ремней, применение которых расширяется вместе с генераторами компактной конструкции. Поликлиновый ремень способен, кроме генератора, приводить во вращение еще ряд агрегатов, в то время как клиновой ремень надежно работает лишь при индивидуальном приводе. На генераторах с диаметром вала под установку шкива до 17 мм (17 мм - наиболее распространенный в мире диаметр под шкив генераторов легковых автомобилей) шпонка под шкив обычно не устанавливается. Об отсутствии шпонки видно по шестиугольной выдавке в торце вала, за которую ключом удерживают вал при затяжке гайки шкива.

Схемное и конструктивное исполнение регуляторов напряжения

Конструкция, технология изготовления и схемное исполнение регуляторов напряжения тесно связаны друг с другом. Основные тенденции развития конструкций и схем обуславливаются стремлением миниатюризировать регулятор, чтобы при встраивании в генератор он занимал меньше места, увеличить число выполняемых им функции (например, наряду со стабилизацией напряжения сообщать о работоспособности генераторной установки, предотвращать разряд аккумуляторной батареи при неработающем двигателе), а также повысить качество выходного напряжения. Вибрационные реле-регуляторы и контактно-транзисторные регуляторы и настоящее время полностью заменены электронными транзисторными регуляторами напряжения.

С развитием электроники наметились существенные изменения в схемном и конструктивном решениях электронных регуляторов. Теперь их можно разделить на две группы - регуляторы традиционного схемного исполнения с частотой переключения, меняющейся с изменением режима работы генератора, и регуляторы со стабилизированной частотой переключения, работающие по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

По конструкции регуляторы традиционного схемного исполнения выполняются либо на навесных элементах, расположенных на печатной плат, либо в виде гибридных схем, регуляторы с ШИМ могут быть гибридного исполнения или полностью выполненными на монокристалле кремния. Число транзисторов в традиционных схемах невелико, обычно значительно меньше десятка, в регуляторах с ШИМ это число составляет несколько десятков. Последнее стало возможно с развитием электроники, так как в микросхемах, выполненных на монокристалле кремния, стоимость схемы мало зависит от числа транзисторов. Применение же ШИМ позволяет повысить качество стабилизации напряжения и предотвратить влияние на регулятор внешних воздействий. Современные регуляторы выполняются в основном встроенными в генератор.

1.2.5 Стартер

Классический электростартер -- 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 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. 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". От указанных недостатков свободны ЭДВ с независимым (от тока якоря) возбуждением.

Независимое возбуждение магнитного поля на статоре ЭДВ можно получить тремя способами:

обмоткой возбуждения, которая подключена к отдельному от якоря источнику электрической энергии (управляемое независимое возбуждение;

обмоткой возбуждения, подключенной параллельно якорю ЭДВ (параллельное возбуждение);

постоянными магнитами на статоре (возбуждение от постоянных магнитов относится к неуправляемому независимому возбуждению).

Электродвигатель с питанием обмотки возбуждения от независимого источника в автомобильной системе электростартерного пуска не используется, так как на борту автомобиля один пусковой источник электрической энергии -- аккумуляторная батарея. Электродвигатели с чисто параллельным возбуждением в автомобильных электростартерах неэффективны, так как напряжение АКБ при пуске ДВС в зимнее время (при температуре ниже -20°С) резко падает до 8-9 В. При этом намагничивающая сила параллельной обмотки возбуждения, а следовательно, и крутящий момент стартера значительно ослабевают, пуск ДВС становится невозможным. Кроме того, характеристика ЭДВ с параллельным возбуждением жесткая, что недопустимо при низком передаточном соотношении между оборотами стартерного ЭДВ и оборотами коленвала ДВС, так как это может привести к ударным перегрузкам и поломки в зубцах механического привода.

Однако жесткость характеристики ЭДВ обеспечивает плавность хода стартера, а также ограниченность оборотов холостого хода, и поэтому параллельное возбуждение иногда вводится в ЭДВ классического электростартера дополнительно к последовательному рис.1. Такое возбуждение обеспечивает ЭДВ усредненную (умеренно жесткую) механическую характеристику и называется смешанным. Используется, например, в стартерах для автомобилей ВАЗ.

Исключительно удачным техническим решением для автомобильного электростартера является наличие в его конструкции электродвигателя с независимым возбуждением от постоянных магнитов рис.1, и дополнительного понижающего планетарного редуктора, установленного непосредственно внутри корпуса стартера между валом электродвигателя и осью, по которой перемещается муфта свободного хода.

Такие стартеры имеют следующие преимущества.

Во-первых, главное магнитное поле электродвигателя с постоянными магнитами на статоре не зависит ни от тока якоря, ни от падения напряжения АКБ при пуске ДВС.

Во-вторых, система постоянных магнитов на статоре электродвигателя делается многополюсной (не менее шести полюсов), что позволяет заметно уменьшить габариты магнитной системы (постоянные магниты значительно меньше электромагнитов), а следовательно, и всего стартера в целом. КПД и обороты стартерного электродвигателя с многополюсным статором также выше.

В-третьих, сами постоянные магниты выполняются не из сплавов дорогостоящих металлов, а из спекаемых ферритовых порошков с большой коэрцитивной силой, что делает магниты легкими, прочными, технологичными и, как следствие, дешевыми.

В-четвертых, наличие дополнительного понижающего редуктора в электростартерной системе пуска позволяет оптимально согласовать жесткую механическую характеристику электродвигателя независимого возбуждения с минимальной пусковой частотой вращения коленвала ДВС при максимальной механической нагрузке стартера.

И наконец, в-пятых, стартерный ЭДВ с независимым возбуждением от постоянных магнитов и с дополнительным редуктором может работать в режиме повышенных оборотов при пуске холодного двигателя, потребляя при этом от АКБ меньший ток по сравнению с классическим стартером. КПД стартерного режима АКБ и надежность пуска ДВС увеличиваются.

Как и любая новая техника, электростартеры с планетарным редуктором и с возбуждением от постоянных магнитов на начальном этапе внедрения обладали некоторыми недостатками: они были значительно дороже классических за счет высокой стоимости постоянных магнитов и планетарного редуктора; в них быстрее изнашивались щетки из-за более высоких оборотов; их работа сопровождалась повышенным шумом.



2. Техническое обслуживание и ремонт системы электроснабжения автомобиля

2.1.1 Варианты неисправностей генератора

Выходные параметры работы генератора не соответствуют нормальным показателям - т.е. несоответствие норме зарядного тока и напряжения. Эти показатели фиксируются в различных моделях автомобилей амперметрами, вольтметрами на щитке приборов или используются сигнальные контрольные лампочки, подсвечивающие трафареты красного цвета или со специальной символикой.

Причины:

- неисправна электрическая часть генератора:

- замасливание щеток и контактных колец;

- подгорание контактных колец - происходит обычно при сильном искрообразовании между щетками и контактными кольцами;

- износ щеток и колец - при этом уменьшается сила прижатия щеток, что приводит к зависанию (заеданию в гнездах) щеток и повышенному подгоранию контактных колец;

- межвитковое замыкание в обмотках или замыкание проводов обмоток на массу - происходит в результате повреждения или естественного старения изоляции проводов катушек обмотки статора и обмотки возбуждения ротора, приводящая к снижению сопротивления изоляции - происходящее при этом замыкание смежных проводов катушек (или их замыкание на массу) как бы уменьшает количество проводов в обмотках и соответственно происходит отклонение выходных параметров от нормы (снижается напряжение, а сила зарядного тока наоборот увеличивается);

- обрыв проводов или выводов обмотки статора или ротора;

- окисление, ослабление или разрушение контактов соединительных проводов подключения генератора;

- пробой или обрыв диодов в выпрямителе.

- неисправная работа реле-регуляторов:

- неправильная регулировка регулятора напряжения, реле обратного тока (в реле-регуляторах контактного, транзисторного и вибрационного типа) - приводит к отклонению от нормы регулируемых параметров генератора (например, завышенное значение регулируемого напряжения и зарядного тока), в результате наблюдается "кипение" и разбрызгивание электролита через вентиляционное отверстие и перезаряд АБ с сокращением срока ее службы;

- подгорание контактов реле, выход из строя катушек или транзистора, нарушение соединений электроцепи;

- отклонение от нормы регулируемого напряжения, или выход из строя реле-регулятора (в реле-регуляторах бесконтактно-транзисторного типа или встроенных малогабаритных микроэлектронных регуляторов напряжения интегрального типа) - это происходит при обрывах в соединениях цепи, при пробое стабилитронов или транзисторов различного типа и назначения, при обрывах в обмотке дросселей, перегорание резисторов и т.д.

Механические повреждения и износ деталей - вызывают повышенный шум и стук при работе генератора. Причины: износ подшипников, шеек под них на валу ротора или посадочных мест в крышках - при этом может возникать перекос вала ротора и возможно задевание ротора за полюса статора, биение щеток с контактными кольцами и в результате появление пульсирующего тока, негативно влияющего на работу всей электросистемы автомобиля;

- износ в резьбовых соединениях (в том числе на шпильках крепления крышек и т.д.);

- износ и ослабление приводного ремня - как следствие пробуксовка ремня на шкиве генератора, повышенный нагрев ремня и прогрессирующий износ до полного его разрушения;

Примечание.

Чрезмерное натяжение приводного ремня или установка генератора с перекосом приводят к повышенному шуму при работе, износу подшипников и самого ремня.

2.1.2 Техническое обслуживание

ЕО - визуальным осмотром проверить внешнее состояние генератора, проводов, клемм, приводного ремня. При значительных налетах пыли и грязи удалить их волосяной щеткой или ветошью. После пуска двигателя не должно быть шума и вибрации от работающего генератора (характерных при износе подшипников, биении шкива и т.д.). По амперметру на щитке приборов следует проверить наличие и силу зарядного тока, он должен быть в пределах от 0,5 до 1,5 А. После длительного пользования стартером, например, при пуске двигателя, при низких температурах, амперметр может несколько минут показывать повышенную силу зарядного тока (15-20 А и более), но затем стрелка прибора займет нормальное положение. Если же стрелка амперметра постоянно показывает отсутствие заряда АБ, или горит красный трафарет аварийного сигнала - эксплуатацию следует прекратить.

ТО-1 - выполнить объем работ по ЕО. Очистить генераторную установку, провода и контакты от пыли и грязи; проверить состояние и натяжение приводного ремня - при усилии в 30-40 Н, приложенным между шкивами, прогиб для различных моделей не должен превышать 8-14 мм (чрезмерное натяжение приводит к ускоренному износу подшипников и самого ремня). Натяжение ремня производится смещением корпуса генератора, с последующим завертыванием всех гаек крепления. Следует закрепить все типы имеющихся электроконтактов. Чрезмерно окисленные предварительно зачистить стеклянной шкуркой. При обнаружении поврежденных защитных колпачков контактов, проводов с нарушенной изоляцией - следует заменить. Проверить по контрольным приборам работу генератора на различных режимах работы двигателя.

ТО-2 - помимо операций, входящих в объем ЕО и ТО-1, необходимо проверить работу генератора, совместно с реле-регулятором на работающем двигателе с помощью переносных приборов Э-214, К-484 или использовать посты диагностики и мотортестеры типа К-518 и К-461. Проверку генератора осуществляют обычно на средних частотах вращения KB двигателя, с включением фар и других потребителей тока. Предварительно проверяют частоту вращения KB двигателя на начало и полную отдачу генератора, обращая внимание на температуру нагрева корпуса, шумы и стуки. Основным признаком неисправности генератора является отсутствие или падение напряжения, ввиду чего не происходит нормального подзаряда АБ. При несоответствии нормативам проверяемых параметров, при обнаружении механических и других неисправностей, а при сезонном ТО-2, необходимо генератор и реле-регулятор снять с автомобиля и передать в электроцех для более тщательной диагностики, поэлементной проверки, обслуживания и ремонта. В АТП малой мощности обычно используют более простые методы контроля. Присоединив, например, к минусовой шине "+" источника тока, следует поочередно касаться минусовым выводом провода лампочки зажимов блока - при исправной цепи лампа должна гореть. Затем следует изменить полярность источника и касаться зажимов блок уже плюсовым выводом - при исправных диодах лампа снова должна гореть. Аналогично проверяем диоды, соединенные с плюсовой шиной. Если обнаружится хотя бы один пробитый диод (лампочка не горит) - следует менять весь блок в сборе.

2.2 Методы контроля и диагностики, оборудование и приборы для их проведения

Диод считается исправным, если лампочка горит при соединении "+" источника с "+" диода (кремниевого вентиля). Если он пробит - лампочка будет гореть в обоих положениях переключателя, при обрыве диода лампочка не горит ни в одном положении. Если снятый с автомобиля генератор поступает в электроцех при неудовлетворительной работе - проверять его сразу на стационарном стенде нет смысла. Его необходимо в начале разобрать, тщательно промыть и высушить все узлы и детали, затем провести проверку и обслуживание узлов. Сильно загрязненные кольца, с небольшим подгоранием и шероховатостями, следует зачистить стеклянной бумагой (зернистость 80-100), вращая якорь от руки. Изношенные, сильно подгоревшие, имеющие биение контактные кольца следует проточить на токарном станке, или на настольном станке Р-105. Проверить состояние щеток (сколы и заедание щеток в гнездах щеткодержателей не допускается). Щетки, изношенные до 8 мм, следует заменить. Упругость пружин щеткодержателей, в зависимости от марки генератора, должна составлять 1,8-2,6 Н (это можно легко проверить, нажимая выступающей из щеткодержателя на 2 мм щеткой на тарелку весов). При заедании или повышенном износе подшипников, их следует заменить. Для ремонтных и других видов работ по электрооборудованию выпускается комплект технологической оснастки ПТ-761-2. В целях контроля якорей генератора и стартера, путем проверки изоляции проводов обмоток, а также обнаружения обрывов в обмотках и наличия короткозамкнутых секций или замыкания их на "массу" - используют настольный прибор Э-236. После проведения вышеуказанных работ с заменой неисправных узлов и деталей и сборки генератора, следует его подвергнуть комплексной проверке на стационарном стенде отечественного производства Э-211, КИ-968.

Методика проверки Г-250 в начале производится проверка без нагрузки - рукояткой реостата устанавливают по вольтметру напряжение 12 В. Затем, плавно увеличивая частоту вращения ротора генератора (связанного с приводом стенда) поворотом рукоятки, при достижении номинального напряжения 14 В, проверяют частоту вращения ротора по тахометру, если она для Г-250 (со встроенным регулятором напряжения интегрального типа) не превышает 950 мин-1 - можно перейти к проверке генератора под нагрузкой.

2.3 Техническое обслуживание и ремонт стартеров

СТАРТЕР И ТЯГОВОЕ РЕЛЕ ВООБЩЕ НЕ ВКЛЮЧАЮТСЯ.

Причины:

- сильная разряженность АБ;

- сильное окисление клемм и наконечников АБ (возможна их поломка или обрыв проводов в местах пайки);

- неисправен замок зажигания или обгорание клемм включения стартера в контактной группе замка;

- выход из строя дополнительного реле - происходит при сильном межвитковом замыкании в обмотке катушки, отпаивании проводов, при сильном подгорании контактов реле;

- сильное окисление клемм соединительных проводов (или их разрушение, ослабление) или нарушен контакт удерживающей обмотки тягового реле с корпусом.

ТЯГОВОЕ РЕЛЕ ВКЛЮЧАЕТСЯ, НО ЯКОРЬ НЕ ВРАЩАЕТСЯ.

Причины:

- сильно разряжена АБ или окисление клемм и наконечников; подгорание контактов в выключателе стартера на тяговом реле; износ или "зависание" щеток стартера;

- заклинивание якоря стартера в результате разноса обмотки - может произойти при несвоевременном выходе из зацепления приводной шестерни с венцом маховика.

НЕТ ЧЕТКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ ТЯГОВОГО РЕЛЕ - после включения быстро самопроизвольно выключается, слышен стук.

Причины:

- резкое снижение напряжения в электрической цепи стартера, при пуске двигателя - происходит при сильно разряженной АБ, окислении клемм, подгорании контактов и т.д.

СТАРТЕР ВКЛЮЧАЕТСЯ, НО КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ ДВИГАТЕЛЯ НЕ ПРОВОРАЧИВАЕТСЯ - при этом может прослушиваться шум и стук муфты свободного хода;

Причины:

- пробуксовка муфты свободного хода - происходит обычно при износах деталей, чему способствуют частые пуски двигателя при низких температурах или перемещение автомобиля с помощью стартера.

СТАРТЕР ВКЛЮЧАЕТСЯ, НО ШЕСТЕРНИ НЕ ВХОДЯТ В ЗАЦЕПЛЕНИЕ - при этом прослушивается скрежет шестерен.

Причины:

- установка стартера с перекосом (или ослабление его крепления); 

- забоины на торцах зубьев;

- неправильная регулировка привода стартера; ослабление буферной пружины.

ПОСЛЕ ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ СТАРТЕР НЕ ВЫКЛЮЧАЕТСЯ - при этом возможен разнос обмотка якоря стартера.

Причины:

- спекание контактов дополнительного реле, или контактов на тяговом реле (при высокой силе тока); заедание привода на шлицевой части вала.

Примечание.

Часто окисления и даже подгорания контактов различного типа связаны с тем, что при больших нагрузках на стартер, при пуске двигателей (особенно при низких температурах) в электрической цепи стартера возникает очень большая сила тока, превышающая порой 700 А, что и способствует сильному искрообразованию с подгоранием контактов.

Техническое обслуживание стартера

ТО-1 - провести очистительные, крепежные и контрольно-осмотровые работы, обращая особое внимаю на состояние изоляции проводов и контактов внешней цепи. Сильно окисленные контакты зачистить, при спайке или надрыве проводов в местах соединения с клеммами, их следует заменить. Проверить пуск двигателя стартером, при обнаружении неисправностей, стартер следует сдать для проверки в электроцех.

ТО-2 - выполнить объем работ при ТО-1. Проверить работу стартера пуском двигателя, после проведем диагностики переносными приборами или с помощью мототестеров, делают заключение о техническом состоянии стартера. Если он работоспособен и в данной модели автомобиля к нему есть доступ, то работы по обслуживанию можно провести не снимая его с двигателя. Предварительно необходимо снять защитную ленту, проверит состояние щеток и коллектора, при замасливании его протирают ветошью, смоченной в бензине, следы подгорания и окисления можно удалить, подсунув полоску шкурки под щетки зерном к коллектору (зернистость 100-140). Затем полость стартера продуть сжатым воздухом.

Текущий ремонт стартера

ТР - для обслуживания и ремонта стартера в цехе, используется комплект инструмента ПТ-761-2. Для проточки коллекторов применил настольный станок Р-105, а для поэлементной проверки электрический части якорей прибор Э-236. Комплексную диагностику стартера производят на стационарных стендах, указанных ранее для диагностики генераторов. Давление пружин на щетки проверяют обычным динамометром. При потере упругости на 25%, пружину заменяют. При проверке на стационарных стендах Э-211 и 532-2М определяют параметры работы дополнительного реле (контакты должны размыкать цепь при напряжении 2--4 В, а замыкать при 6-9 В, при необходимости следует отрегулировать пружину реле подгибанием стойки). В ходе разборки необходимо зачистить контакты втягивающего реле. После сборки и испытания стартера необходимо отрегулировать исходное положение шестерни привода (расстояние А) винтом. Максимальный выход шестерни, когда замыкаются неподвижные контакты подвижным контактом (расстояние Б при этом должно быть в пределах 3-5 мм) регулируется вращением винта , завернутого в якорек , в ту или иную сторону. В некоторых стартерах регулировка не предусмотрена, при этом изношенные и неисправные узлы и детали тягового реле и привода заменяются.

2.4 Методы контроля и диагностики, оборудование и приборы для их проведения

Диагностика стартеров проводится в основном при ТО-2 непосредственно на автомобиле с помощью прибора Э-214, при этом можно проверить электрическую цепь стартера высокого напряжения на состояние изоляции. При явно неисправной работе, а при сезонном ТО-2 принудительно, стартер снимается с автомобиля и передается в электроцех, где после очистки, производится комплексная диагностика на стендах типа532М, Э-211, 532-2М. После установки и крепления стартера в специальном захвате стенда производят проверку в режиме холостого хода - включают стартер, дают ему поработать 30 с и производят замер силы тока по амперметру) и частоту вращения якоря (переносным тахометром). Сила тока должна быть не больше, а частота вращения не меньше нормативных значений (например, для СТ 230 сила тока не должна превышать 85 А, а частота вращения должна быть не менее 4000 мин-1).

Если после проверки получены положительные результаты, стартер проверяют в режиме полного торможения, для этого на стенде Э-211 устанавливают специальное приспособление с динамометром. Замочной шайбой закрепляют тормозной зубчатый сектор, зацепляющийся с шестерней и делающий ее неподвижной. Кнопкой "Пуск стенда" включают стартер, но не более чем на 4--6 с и снимают показания амперметра и динамометра (например, для СТ-230 сила тока не должна превышать 530 А, а вращающий момент должен быть не менее 225 кгс*м).

Если в ходе проверки вращается якорь стартера, при заторможенной шестерне, это свидетельствует о пробуксовке муфты свободного хода - ее следует заменить. Если при испытании сила потребляемого тока превышает норму, а крутящий момент ниже нормы - это может свидетельствовать о замыкании обоих обмоток на корпус (“на массу”), о межвитковом замыкании в катушках обмотки возбуждения, замыкании пластин коллектора и механических неисправностях. Малый крутящий момент и пониженная сила тока могут быть при износе щеток, окислении или замасливании коллектора и т.д.

2.5 Техническое обслуживание и ремонт системы зажигания

2.5.1 Техническое обслуживание

ЕО - перед пуском двигателя проверить визуально состояние элементов системы зажигания, обращая особое внимание на целость электрических цепей, клемм, проводов, крышек катушки зажигания и рерывателя-распределителя. По характеру пуска и устойчивой работе двигателя на линии (без характерных хлопков в глушителе или впускном коллекторе, без пропусков в зажигании и снижении мощности двигателя, без значительных детонационных стуков и т.д.) опытный водитель может определить техническое состояние системы зажигания, выделив при необходимости негативное воздействие на характер работы двигателя, неполадок в топливной системе. При работе на линии водитель может косвенно проверить правильность установки угла опережения зажигания. Для этого на ровном участке дороги, нажатием на педаль акселератора резко разгоняет автомобиль с 25-30 до 55-60 км/ч - на скорости 40-45 км/ч должны появиться легкие кратковременные детонационные стуки (их полное отсутствие свидетельствует обычно о слишком позднем зажигании). Если в темное время суток открыть капот при работающем двигателе, на крышках катушки зажигания или распределителя можно заметить проскакивание по их поверхности электрических разрядов - это свидетельствует о загрязнении или пробое изоляции крышек и необходимости замены вышедших из строя узлов и деталей системы зажигания.

...