CТОА "АВТОМАСТЕР"

 Ремонт иномарок, ДВС, КПП, ходовой и электрооборудования автомобилей.

Время работы: Понедельник-Суббота с 8:00 до 17:00; Воскресенье - выходной.

Новочебоксарск,
ул. Силикатная 17, 
8-903-357-80-02 (приём заказов),
(8352) 73-35-49 (автозапчасти)

Устройство и схемы управления генератором автомобиля

→ Услуги автоэлектрика

Источником электричества в автомобиле является генератор, который приводится во вращение ременным приводом от коленвала двигателя. Конструктивно генератор состоит из трехфазного генератора переменного тока, выпрямителя и регулятора напряжения.

Генерация переменного тока в обмотках статора происходит за счет вращающегося внутри ротора, который соответственно создает вращающееся магнитное поле.

  1

Рис 1 Составные части генератора.

Так как обороты двигателя и мощность потребителей электричества постоянно меняется есть необходимость регулировать мощность генератора. Регулирование осуществляется подачей напряжения на обмотку возбуждения (на якоре генератора) регулятором напряжения. Изменяя продолжительность подачи напряжения на эту обмотку мы можем изменять отдачу генератора на выходе. Параметром обратной связи при регулировании является напряжение сети (напряжение на дополнительных диодах) т.е. оно выдерживается с помощью регулятора напряжения в заданных пределах.

При пуске двигателя, для возбуждения генератора, напряжение на якорь подается от АКБ, через контрольную лампу, она при этом горит сигнализируя о том что генератор еще не работает. После запуска двигателя, на выводах генератора "D+" и "В+" появляется практически одинаковый потенциал и лампа гаснет. Если генератор при работающем двигателе автомобиля не развивает напряжения, то лампа HL продолжает гореть, что является сигналом об отказе генератора или обрыве приводного ремня.

  1

Рис2 Принцип регулирования мощности генератора на примере регулятора типа ЕЕ 14V3 фирмы Bosch:

1 - генератор, 2 - регулятор напряжения, SA - замок зажигания, HL - контрольная лампа на панели приборов.

  2

Рис. 3 Схема соединений генератора Лада Калина ВАЗ 1118:

1 - аккумуляторная батарея; 2 - генератор; 3 - сигнальная лампа разряда аккумуляторной батареи; 4 - монтажный блок; 5 - выключатель зажигания

Как только генератор начинает работать регулирование мощности осуществляется регулятором напряжения, который подает напряжение возбуждения на якорь до момента достижения заданного напряжения на трех дополнительных диодах (обычно 14В). По достижении заданного напряжения регулятор отключает обмотку возбуждения, чувствительным элементом при этом является стабилитрон VD2 в регуляторе напряжения. Таким образом регулирование напряжения генератора регулятором осуществляется дискретно через изменение относительного времени включения обмотки возбуждения в цепь питания.

Регуляторы напряжения обладают свойством термокомпенсации - изменения напряжения, подводимого к аккумуляторной батарее, в зависимости от температуры воздуха в подкапотном пространстве для оптимального заряда АКБ. Чем ниже температура воздуха, тем большее напряжение должно подводиться к батарее и наоборот.

Переменный трех фазный ток на выходе генератора преобразуется в постоянный однофазный с помощью диодного выпрямителя, плюсовым выходом которого является клемма В+. Диодный выпрямитель содержит также дополнительные диоды с которых берется контрольное напряжение для работы регулятора (сигнал обратной связи). Диоды являются также препятствием для утечек тока когда зажигание включено, а двигатель не работает, так как они пропускают ток только в одном направлении. Диоды обрезают нижнюю часть синусоиды переменного тока, поэтому выпрямленное напряжение на осциллограмме выглядит в виде волнистой линии на уровне 14В. На современных генераторах силовые диоды заменены на стабилитроны которые выполняют еще и защитную функцию при бросках напряжения (например при отключении аккумулятора).

Вследствие работы регулятора напряжения, на осциллограмме могут быть видны колебания или "скачки" напряжения с небольшими пиками (максимумами напряжения), особенно при изменениях нагрузки на генератор, например, при включении / выключении головного освещения автомобиля. Кроме того, могут быть заметны небольшие дополнительные пики напряжения, возникающие вследствие работы системы зажигания и других мощных потребителей электроэнергии.

  3

Рис 4 Осциллограмма выходного напряжения генератора. Броски напряжения на осциллограмме указывают на моменты вкл./выкл. регулятора напряжения

Поскольку свое вращение ротор генератора получает от коленчатого вала двигателя, то по частоте переменного напряжения генератора можно измерять частоту вращения коленчатого вала двигателя. Для этого у генератора делается вывод обмотки статора, к которому и подключается тахометр.

Какие бывают проблемы у генераторов такого типа.

Во-первых, негорящая контрольная лампа заряда вовсе ещё не гарантирует наличие этого самого заряда . И причин этому несколько:

1. контрольная лампа может не гореть вообще, даже при незапущенном двигателе. (или горит очень тускло) Это означает, что ток в цепи возбуждения генератора отсутствует. Возможно, из-за изношенных щёток, или нерабочего регулятора напряжения. А, может, просто тонкий провод к клемме 61 генератора отскочил, или оборвался.

2. Вы продвинутый владелец «семёрки», или «девятки», и в свете нанотехнологий поменяли все лампы приборной панели на светодиоды. В том числе, и контрольную генератора. В этом случае генератор не сможет возбудиться из-за высокого сопротивления светодиода.

3. Система контроля заряда изначально несовершенна. Потухание контрольной лампы после запуска означает лишь то, что на обоих её выводах присутствует одинаковое напряжение. А вот какое - 14 вольт, или 12 – лампочке об этом, как и о жизни на марсе, неизвестно. Почему же может быть снижено напряжение? Начнём с обрыва или пробоя одного из силовых диодов. При этом регулятор напряжения, меряющий напряжение на выходе дополнительных диодов, считает, что всё в порядке, напряжение увеличивать не надо. У него и в самом деле всё в порядке. Непорядок на силовом выходе, но регулятор этого не видит.

На многих иномарках применяют схемы регулирования напряжения с обратной связью не от дополнительных диодов, а непосредственно от напряжения бортовой цепи или даже в качестве контрольного напряжения берется переменное напряжение до диодного моста. Контрольная лампа при этом включается самим регулятором напряжения. Такая схема считается более продвинутой так как измерение контрольного напряжения от бортовой сети позволяет избежать погрешности которая может возникнуть если контрольное напряжение брать от доп.диодов.

  4

Рис.5. Схема регулирования мощности генератора Хендай Гетц. Управляющий сигнал для работы регулятора берется с фазных обмоток статора.

 

Следующим шагом в развитии конструкций генераторов иномарок стали схемы регулирования мощности генератора которые учитывают не только изменения нагрузки и температуру окружающей среды но и гораздо большее количество факторов. Рассмотрим один типичный пример от Toyota.

  5

Рис 6 Схема управления генератором Toyota

При расчете заданного напряжения , помимо стандартной логики здесь могут учитываться параметры движения автомобиля (разгоняется он или тормозит), и то какой оптимальный ток необходим для зарядки АКБ. Расчет заданного напряжения осуществляет ЭБУ двигателя. Сформированный сигнал воздействует на регулятор напряжения (клемма RLO), который фактически является только усилителем сигнала. С клеммы М снимается сигнал обратной связи т.е. отслеживается то как выполняются заданные параметры. Такая схема управления позволяет также диагностировать генератор с помощью кодов неисправности (т.е. лучше чем просто контрольная лампа)

  6

Рис 7. Интенсивность зарядки АКБ (фактическая) определяется по датчику силы тока установленном на минусовом проводе АКБ.

Итак как же учитывается режим движения при управлении мощностью генератора. Здесь возможны два варианта развития событий:

  1. если разрядка АКБ составляет больше 90% то зарядка осуществляется по стандартной схеме (по принципу поддержания стандартного напряжения 14В).
  2. если же разряд АКБ меньше 90% тогда при разгоне и холостом ходе мощность необходимая на привод генератора уменьшается методом снижения напряжения до 12.5В, это нужно для увеличения отдачи двигателя на этих режимах. Если автомобиль тормозит двигателем напряжение наоборот максимально поднимается (до 14.8В) чтобы эффективнее использовать энергию торможения.

Зарядка рассчитывается по входному/выходному току и определяется на уровне не менее 90% если сила зарядного тока остается низкой (не более 5А)в течении 5 минут.

  7

Рис8. Алгоритм управления генератором в зависимости от нагрузки.

  8

Рис9. Алгоритм управления мощностью генератора.

Появившиеся на автомобилях CAN шины позволили отделить блок управления генератором от блока управления двигателем. Типичная схема теперь выглядит так: -блок управления генератором использует входящие сигналы от датчиков двигателя (по CAN шине) и датчика тока АКБ и используя их для расчетов формирует управляющий ШИМ сигнал на щеточный узел генератора, который в зависимости от скважности ШИМ сигнала, формирует ток на обмотке возбуждения. Таким образом щеточный узел фактически выполняет роль усилителя (или ключа) управляющего сигнала от блока управления генератором. Блок управления выполняет также функции диагностики генератора и по CAN шине управляет включением лампочки исправности генератора.

Например на генераторах Форд изменение управляющего ШИМ сигнала на входе (LIN) от 5 до 95% изменяет напряжение на выходе генератора от 12.5 до 16.5 В. При отсутствии сигнала генератор отключается, при сигнале 50% напряжение составляет 14.5В.

  9

Рис 10. В+ выход генератора. КлючField Driver коммутирует обмотку возбуждения на массу и определяет таким образом ток возбуждения. Через клемму Р обеспечивается контроль фактического напряжения (сигнал снимается с обмоток статора). Через клемму LIN подводится управляющий ШИМ сигнал. Через клемму Voltage Sense подводится сигнал с датчика тока АКБ.

  10

Рис 11. Блок схема управления генератором. BCM-блок управления генератором, EECU- блок управления двигателем. Эти блоки обмениваются между собой по CAN-шине. LIN Controlled Voltage Regulator –щеточный узел генератора.

В некоторых продвинутых автомобилях Ауди, Фольсваген, Ленд Ровер блок управления генератором позволяет также производить диагностику АКБ и электрических цепей автомобиля, используя для анализа токи саморазряда АКБ и токи утечки в момент когда двигатель не работает.

 

Диагностика неисправностей генератора

Признаки неисправности генератора:

  1. Генератор не развивает мощность. Признаки:
    1. низкое напряжение бортовой сети при включенных потребителях (13.5В и ниже).
    2. Горит контрольная лампа (или горит в полнакала) при работающем двигателе.
  2. Генератор создает напряжение выше нормы (14.5В и выше). Признаком будет выкипание электролита АКБ, сильный нагрев генератора, моргание лампочек.
  3. Механические неисправности:
    1. Повышенный шум вследствие износа подшипников.
    2. Проскальзывание ремня или ослабление приводного шкива.

Если есть подозрение на неисправность генератора первое что нужно сделать это визуально осмотреть генератор и замерить напряжение в сети на разных оборотах двигателя с включенными потребителями (с помощью мультиметра). Если есть отклонения напряжения от нормы алгоритм поиска неисправности будет зависеть от электросхемы генератора (то о чем мы писали выше).

Примерный алгоритм поиска неисправности при недостаточном напряжении.

  1. Проверяем натяжение ремня и весь механический привод.
  2. Проверяем есть ли напряжение на регуляторе напряжения (для Жигулей напряжение на дополнительных диодах D+ или клемма 61). Если напряжение есть снимаем реле регулятор напряжения и проверяем его (или если незнаем как проверить тупо меняем на новый). Если реле регулятор исправен тогда снимаем генератор.
  3. Снятый генератор частично разбираем и проверяем диодный мост, обмотку возбуждения, обмотки статора. Данные проверки сделать сможет не каждый так как диодные мосты желательно проверять под нагрузкой, а катушки помимо К.З. желательно проверять на межвитковое замыкание. Диагностику данных узлов можно делать и не снимая с автомобиля с помощью осциллографа. Например осциллограмма напряжения генератора со сгоревшим диодом будет выглядеть так.

  11

  12

Рис 12 Осциллограмма напряжения с пробитым диодом.

  1. Если генератор с ШИМ управлением тогда первым делом нужно считать ошибки сканером.

На рис 13 указан алгоритм поиска неисправностей из заводского мануала ВАЗ

  13

Рис 13. Алгоритм поиска неисправностей генератора ВАЗ.

 

Проверка генератора на испытательном стенде

Наиболее полно и достоверно генератор проверяется на соответствие его характеристик номинальным с помощью стенда, который имитирует все режимы работы генератора и по оборотам и по нагрузке. Для генераторов с ШИМ управлением, при этом необходимо имитировать еще и управляющий ШИМ сигнал.

  14

1 – вольтметр;

2 – выключатель;

3 – амперметр; 4 – аккумуляторная батарея;

5 – реостат;

6 – генератор

Рис 14 схема стенда для проверки генераторов

 

Порядок выполнения проверок для Жигулевского генератора.

1. Установите генератор на стенд и выполните соединения как показано на рис.13.

2. Включите электродвигатель стенда, реостатом 5 установите напряжение на выходе генератора 14 В и доведите частоту вращения ротора до 5000 мин–1. Дайте генератору поработать на этом режиме не менее 2 мин, а затем замерьте силу тока отдачи. У исправного генератора она должна быть не менее 44 А.

3. Если замеренная величина отдаваемого тока значительно меньше, то это говорит о неисправностях в обмотках статора и ротора, о повреждении вентилей или износе контактных колец и щеток. В этом случае необходима тщательная проверка обмоток и вентилей, чтобы определить место неисправности.

4. При подозрении на неисправность вентилей выпрямительного блока генератора, проверьте силу тока отдачи на прогретом генераторе. Такая проверка позволяет лучше выявить неисправность вентилей по резкому снижению тока отдачи при повышении температуры генератора.

5. Для прогрева дайте генератору поработать не менее 15 мин при частоте вращения ротора 5000 мин–1 и напряжении 14 В на выходе генератора. Затем измерьте силу тока отдачи. На прогретом генераторе она должна быть не менее 42 А.

Стендом особенно удобно пользоваться для проверок генератора после ремонта так как время установки генератора на стенд очень незначительное.

Надеемся что данная статья приоткроет завесу тайны устройства генератора и поможет принять верное решение при каких то ситуациях связанных с обслуживанием данного узла.

Станция Технического Обслуживания Автомобилей "АВТОМАСТЕР". Новочебоксарск, ул. Силикатная 17, 
8-903-357-80-02 (приём заказов), (8352) 73-35-49 (автозапчасти)