Богатырев А.В., Есеновский-Лашков Ю.К. и др. Автомобили

Подождите немного. Документ загружается.

В дальнейшем предусматривается повышение надежности

ИРН (13.3702, 17.3702, 21.3702). Новые транзисторы в их составе

могут выдерживать импульсы напряжения 150...200 В, возникаю-

щие, например, при отключении во время работы аккумулятора.

Их интегральным схемам характерна высокая точность сохране-

ния параметров за весь срок службы.

26.3. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ГЕНЕРАТОРОВ

Типичным представителем многочисленных моделей генера-

торов является генератор 37.3701, который устанавливают на ав-

томобили ВАЗ. Статор генератора 11 (рис. 26.4) набран из плас-

тин электротехнической стали. В его пазах уложены обмотки 18

трехфазной системы, соединенные на «звезду». Диаметр провода

1 мм, сопротивление одной фазы в холодном состоянии

0,155 Ом.

На вал 9 ротора напрессованы клювообразные полюсы, между

которыми помещена обмотка возбуждения 12. Ее концы выведены

на контактные кольца 8. Обмотка имеет 420 витков провода диа-

метром 0,8 мм, ее сопротивление 2,6 Ом. Ток подается в обмотку

возбуждения через контактные кольца и щетки, установленные в

щеткодержателе 7. На нем укреплены интегральный регулятор на-

пряжения (ИРН) 17.3702 герметичного исполнения и выпрями-

тельный блок 2. Этот блок БПВ11-60-02 смонтирован на двух ши-

нах—отрицательной и положительной, изолированных одна от

другой. На них установлены по три диода ВД-20, но разной по-

лярности (см. рис. 26.2, а). Шины служат проводниками тока и

одновременно радиатором для отвода теплоты. Дополнительно

три диода работают для выпрямления тока, идущего в обмотку

возбуждения.

Крышки 4 и 14 выполнены из алюминиевого сплава и стянуты

шпильками. Генератор приводится в действие от коленчатого вала

двигателя через ременную передачу. Для обдува обмоток генерато-

ра на шкив привода установлена крыльчатка вентилятора 77, а в

крышках 4 и 14 выполнены вентиляционные отверстия.

Частота вращения генератора до 4000 мин"

, мощность 770 Вт,

номинальный ток 55 А.

Аналогично устроены генераторы других автомобилей. На ав-

томобиле «Нива» BA3-21213 установлен генератор Г221-А-006.

Дополнительно к рассмотренной выше конструкции на его крыш-

ке со стороны контактных колец размещен воздухозаборник,

обеспечивающий очистку воздуха, подаваемого для обдува обмо-

ток.

Генератор 16.3701 и его модификацию 161.3701 устанавливают

на автомобилях ГАЗ и ВАЗ. На автомобилях ЗИЛ-431410 и его мо-

дификациях применен генератор 32.3701.

430

Рис. 26.4. Генератор 37.3701:

—

кронштейн; 2 —блок выпрямителей; 3

—

помехоподавительный конденсатор; 4, 14—

крышки; 5, 16— подшипники; 6— уплотнительное кольцо; 7—щеткодержатель; контакт-

ные кольца; 9— вал; 10— ротор; 11

—

статор; 72—обмотка возбуждения; 13

—

болт натяжной

планки; 75—шпонка; 77—вентилятор; 18— обмотка статора

26.4. АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ

Назначение и работа кислотно-свинцовых аккумуляторов. Усло-

вия пуска двигателя определяют тип и конструкцию аккумулятор-

ных батарей. Режим пуска наиболее тяжелый. Автомобильные ак-

кумуляторные батареи называют стартерными.

Требования, предъявляемые к стартерным батареям: макси-

мальное рабочее напряжение (12 или 24 В); минимальное внут-

реннее сопротивление, т. е. они должны давать большой ток; ма-

431

лое изменение напряжения в процессе разряда; максимальное ко-

личество энергии, снимаемое с единицы массы (удельная масса);

быстрое восстановление емкости в процессе заряда; большая ме-

ханическая прочность, надежность и простота обслуживания, ма-

лая стоимость.

Для работы стартера в момент пуска требуется ток силой

300...500 А. Такие режимы по току могут обеспечить свинцово-

кислотные батареи. Существуют и другие типы батарей, но они

намного дороже или имеют худшие характеристики, например,

щелочные.

Кислотно-свинцовый аккумулятор состоит из двух электродов,

погруженных в 28...40%-й раствор серной кислоты. Отрицатель-

ный электрод выполнен из губчатого свинца (РЬ), а положитель-

ный

—

из диоксида свинца (РЬ0

). Общая токообразующая реак-

ция в аккумуляторе имеет вид

разряд

РЬ0

+ Pb + H

2PbS0

+ 2Н

заряд

Таким образом, при разряде аккумулятора расходуется серная

кислота и образуется вода, а на обоих электродах

—

сульфат свин-

ца. При заряде происходит обратный процесс. И в том и другом

случае меняется плотность электролита, которая может служить

точным показателем степени заряженности аккумулятора. Каж-

дый такой гальванический элемент может иметь напряжение до

2,2 В.

Одновременно с основной реакцией могут протекать и побоч-

ные, например, при заряде аккумулятора электролиз воды, во вре-

мя которого происходит выделение газов

—

кислорода и водорода.

Эта реакция приводит к «выкипанию» электролита.

Устройство аккумуляторных батарей. Аккумуляторы соединяют

в батареи последовательно, что обеспечивает общее напряжение

6 В (три аккумулятора), 12 В (шесть аккумуляторов). Каждый из

них помещен в отделениях одного моноблока 11 (рис. 26.5), изго-

товленного из эбонита, термопласта (наполненного полиэтилена),

полипропилена и полистирола. Эти материалы обеспечивают кис-

лото-, морозо-, теплостойкость и высокую механическую проч-

ность.

Положительные 3 и отрицательные 1 электроды в блоке 13 вы-

полнены в виде профилированных решеток из свинцовых спла-

вов, в которые вмазана активная масса. Толщина электрода может

быть в пределах 1,5...2 мм для батарей, устанавливаемых на легко-

вых автомобилях, и 2,4...2,6 мм

—

на тяжелых грузовиках. Стартер-

ные характеристики батарей лучше при малой толщине электро-

дов. Электроды имеют форму, близкую к квадрату, шириной

143 мм и высотой 119 или 133,5 мм.

432

Рис. 26.5. Стартерная аккумуляторная батарея:

7, 3

—

соответственно отрицательные и положительные электроды; 2

—

сепаратор; 4— борн;

—

предохранительный щиток; 6— соединительный мостик; 7—крышка; перемычка;

9— пробка; /0—полюсный вывод (штырь); 77—моноблок; 72—призматические ребра;

—

блок электродов

Электроды объединены в полублоки мостиками 6. Число элек-

тродов в полублоке, соединенных параллельно, определяет ем-

кость аккумулятора. Число отрицательных пластин обычно на

одну больше, так как положительный электрод активнее участвует

в химических реакциях. Такое их расположение обеспечивает

меньшую деформацию. Между электродами установлены сепара-

торы 2 из кислотостойкого пористого материала: мипора, миплас-

та и поровинила. От качества сепараторов во многом зависят экс-

плуатационные свойства батарей. Так, мощность батареи с поро-

виниловыми сепараторами на

10... 15

% больше.

Полублоки пластин опираются на ребра 12 дна моноблока, вы-

полненные в виде призм. Пространство между донными призма-

ми служит для накапливания осыпающихся частиц с электродов

(шлама), что предотвращает между ними короткое замыкание.

Над блоком устанавливают предохранительный щиток 5. Сверху

отсеки моноблока закрывают крышкой 7, которую приваривают

или приклеивают к нему. В крышке имеются отверстия под шты-

ри 10 и пробки 9 для вентиляции и заливки электролита. Их кон-

струкция предотвращает выплескивание электролита при наклоне

батареи на угол до 45°. От верхней кромки электродов до крышки

выдерживают расстояние до 20 мм, необходимое для компенсации

уровня электролита при эксплуатации и зарядке, когда происхо-

дит сильное газовыделение

—

«кипение» электролита.

433

Аккумуляторы в батарее последовательно соединяют перемыч-

ками 8, что повышает общее напряжение батареи. В современных

батареях перемычки выполнены под крышками.

Обычные аккумуляторы требуют тщательного ухода. По нор-

мам техническое обслуживание их должно проводиться через

2500 км пробега, иначе возникают ускоренная коррозия решетки

положительного электрода, снижение уровня электролита, само-

разряд и др. Это вызвано повышенным электролизом воды, чему

способствует введение в материал решеток 4,5...6 % сурьмы.

Заводы выпускают «необслуживаемые» или «малообслуживае-

мые» батареи, в которых решетки положительных пластин изго-

товлены из свинца с содержанием 1,5 % сурьмы и 1,5 % кадмия, а

решетки отрицательных

—

из свинцово-кальциевого сплава,

удельное сопротивление которых меньше. Кроме того, положи-

тельные электроды помещены в сепаратор-конверт, блок электро-

дов опирается непосредственно на дно моноблока, что позволило

увеличить площадь пластин и объем электролита, уменьшена тол-

щина электродов, благодаря чему увеличено их число, аккумуля-

торы соединены через перегородки моноблоков.

«Необслуживаемые» аккумуляторные батареи имеют лучшие

пусковые качества, увеличенный срок службы, лучшие зарядные

характеристики, меньший саморазряд. В них не надо доливать

воду во время эксплуатации. Они не имеют заливных горловин и

снабжены индикатором заряженности, цвет которого изменяется

при разряде ниже заданного уровня.

Маркировка батарей. Первая цифра 3 или 6 характеризует число

аккумуляторов и соответственно напряжение батареи 6 или 12 В.

Буквы СТ означают стартерная, ТСТ

—

тракторная стартерная,

следующая цифра

—

номинальная емкость в ампер-часах (Ач)

при 20-часовом режиме разряда. Последующие буквы: материал

моноблока (Э

—

эбонит, Т

—

термопласт, П

—

полиэтилен), мате-

риал сепараторов (М

—

мипласт, Р

—

мипор, П

—

пластипор, С

—

стекловолокно) и исполнение (Н

—

несухозаряженная, А

—

с об-

щей крышкой). Например, марка 6СТ-55ЭМ означает, что бата-

рея стартерная напряжением 12В и емкостью 55А-ч, моноблок

выполнен из эбонита, сепараторы

—

из мипласта, исполнение

—

сухозаряженная.

Основные показатели аккумуляторных батарей. Один из основ-

ных показателей батареи

—

электродвижущая сила (ЭДС)

Е§

= пЕ,

где л —число последовательно соединенных аккумуляторов; Е— ЭДС аккумуля-

тора.

ЭДС батареи зависит от активности электролита, которая опре-

деляется его концентрацией, т. е. плотностью р. Так как плотность

меняется в процессе разряда и заряда, то меняется и ЭДС. При

434

плотности 1,3 г/см

и температуре 25 °С величина Е-2,154 В. Для

практических целей ЭДС батареи можно определить по эмпири-

ческой формуле

= 0,84 + р25,

где

р25 —

плотность электролита, измеренная денсиметром при 25 "С. При другой

температуре Т вводится поправка приведения к плотности при 25 "С:

Р25 = Рг+0,00075(Г-25).

Практически можно считать, что ЭДС не зависит от размера и

числа электродов и температуры, а потому не может быть крите-

рием степени заряженности, так как при разряде батареи на 50 %

ЭДС изменяется на 4 %.

Более важным показателем считают напряжение

U- Е— IR,

где /

—

ток разрядки; R

—

внутреннее сопротивление батареи.

Аккумулятор, как и любой источник тока, имеет внутреннее

сопротивление Л, которое противодействует прохождению через

него зарядного и разрядного токов:

R = R

+ R

где Ло

—

омическое сопротивление электролита, электродов и других токопрово-

дящих элементов;

—

сопротивление поляризации.

Омическое сопротивление заряженного аккумулятора составляет

тысячные доли ома. По мере разряда сопротивление растет, так

как меняется состав активной массы, уменьшается плотность

электролита. На это сопротивление существенно влияет и темпе-

ратура электролита: с уменьшением температуры оно растет.

Сопротивление поляризации обусловлено изменением плотности

электролита у поверхности пластин и в их порах. При разряде

плотность уменьшается, вследствие чего ЭДС снижается на вели-

чину, называемую ЭДС поляризации, и, наоборот, при заряде

плотность растет, вызывая увеличение ЭДС поляризации. Это па-

дение или рост ЭДС условно выражают через сопротивление по-

ляризации: Е

= R

Следующий важный параметр батареи

—

ее разрядная емкость

, представляющая собой количество электричества, которое ак-

кумулятор может отдать в сеть при полном разряде от начального

напряжения U

до конечного U

за время t. Поскольку

Gp=J

P('^

то c

p=2p=I

p(0

Обычно разрядную емкость определяют при постоянном токе.

Тогда Ср

Iptp. На практике емкость измеряют в ампер-часах

(А

•

ч). Номинальная разрядная емкость батареи С

определяется

435

20-часовым режимом разряда током, равным 0,05 от величины

этой емкости, т. е. /

0,05

Теоретически для выработки

•

ч требуется 4,46 г диоксида

свинца, 3,87 г губчатого свинца и 3,66 г серной кислоты. Однако

даже при номинальном токе разряда активной массы этих веществ

требуется в 2...3 раза больше. Это вызвано отложениями сульфата

свинца на электродах, что приводит к обеднению концентрации

электролита в порах и резкому падению напряжения. В результате

внутренние слои активной массы электрода не используются. По-

этому емкость зависит от толщины и пористости пластин.

Емкость батареи снижается с ростом разрядного тока. Напри-

мер, при разряде батареи 6СТ-75 номинальным током 3,75 А при

температуре 25 °С емкость батареи составляет 75 А ч, а током

250 А

—

всего 25 А

•

ч (рис. 26.6, а). На емкость существенно влия-

ет температура (рис. 26.6, б). При низких температурах увеличива-

ется вязкость электролита. Поступление электролита в поры за-

медляется, сопротивление его увеличивается.

Критерием заряженности батареи может служить плотность

электролита. При снижении заряженности от 100% до 0 плот-

ность уменьшается по линейному закону на 0,16 г/см

. При извес-

тной начальной плотности р

степень разряженности ДС

= (р

-р

)100/0,16.

Характеристики аккумуляторной батареи делят на разрядные, за-

рядные и зарядно-разрядные. Разрядные характеристики снимают

при двух режимах: осветительном (ток разряда до 0,05С

о) и чар-

терном (ток разряда 1,5...7С

Разрядной характеристикой называется зависимость изменения

плотности электролита, ЭДС и напряжения аккумулятора при по-

стоянной силе разрядного тока (рис. 26.7, а). В начале разряда на-

пряжение резко падает (участок 7) за счет внутреннего омического

с.%

с,

О 50 100 150 200 /р, А

-50 -30 -10 0 10 30 t

,*C

Рис. 26.6. Зависимость емкости аккумуляторной батареи от

разрядного тока (а) и температуры электролита (б)

436

Конец

заряда

Отдых

2,11В

2 4 6 8

Время разряда

10 t,

4 6 8 10 12 t, ч

Время заряда

Рис. 26.7. Характеристики разряда (а) и заряда (б) аккумуляторов

сопротивления и появления затем ЭДС поляризации. Это проис-

ходит в течение нескольких десятков секунд. Затем напряжение

медленно снижается вследствие уменьшения ЭДС (штриховая ли-

ния) из-за снижения плотности электролита (участок II). Данный

период составляет 80...90 % общего времени разряда. К концу раз-

ряда активные вещества на поверхности пластин переходят в суль-

фат свинца, сопротивление которого на три порядка больше, чем

губчатого свинца. Это вызывает повышение омического сопротив-

ления. Кроме того, ухудшается проникание электролита внутрь

пластин, вследствие чего повышается сопротивление поляриза-

ции. Все это вызывает снижение напряжения (участок III).

При дальнейшем разряде реакции сульфатации становятся

необратимыми: глубокий разряд приводит к выходу из строя элек-

тродов. Поэтому разряд прекращают при напряжении

0,75 U

т. е. при 1,75 В. При прекращении разряда напряжение скачкооб-

разно повышается на величину, равную омическим потерям R^I, а

затем плавно стабилизируется из-за выравнивания плотности

электролита у поверхности пластин и в общем объеме. Площадь

под линией разрядного тока соответствует в определенном масш-

табе разрядной емкости аккумулятора С= It.

Зарядной характеристикой аккумулятора называется зависи-

мость изменения плотности электролита, ЭДС и напряжения при

постоянной силе зарядного тока. Ток заряда обычно равен 0,1 его

номинальной емкости. Напряжение зарядного устройства должно

быть на несколько вольт больше ЭДС аккумулятора.

В начале заряда (рис. 26.7, б) происходит резкое увеличение на-

437

пряжения по отношению к ЭДС на величину омического сопро-

тивления (участок IV). Затем напряжение нарастает плавно, так

как увеличивается ЭДС поляризации из-за повышения плотности

электролита у поверхности пластин и в порах (участок V). Даль-

нейшее увеличение напряжения обусловлено ростом ЭДС вслед-

ствие повышения общей плотности электролита. Активная масса

восстанавливается от поверхности электродов внутрь. Когда почти

вся активная масса окажется восстановленной (напряжение на ак-

кумуляторе достигнет 2,3 В), зарядный ток начинает разложение

воды на водород и кислород (конец участка К и точка начала газо-

выделения). Напряжение резко повышается и достигает 2,7 В. На-

чинается перезаряд (участок VI), когда происходит только разло-

жение воды и обильное газовыделение

—

«аккумулятор кипит». В

течение 2...3 ч напряжение и плотность не меняются. Это служит

признаком конца заряда.

У «необслуживаемых» батарей этого участка нет. После восста-

новления исходных реагентов электрохимические процессы пре-

кращаются. Батарея «перестает принимать» заряд.

После отключения зарядного устройства напряжение резко па-

дает на величину омического сопротивления. Общая плотность

выравнивается, что приводит к стабилизации напряжения до ве-

личины ЭДС.

Саморазряд. Аккумулятор, отсоединенный от цепи, постепенно

саморазряжается. Нормальный саморазряд у батарей (кроме «не-

обслуживаемых») должен быть не более 10 % за 14 суток при тем-

пературе 20 °С, у «необслуживаемых»

—

10 % за 90 суток. Это явле-

ние вызвано присутствием в решетке пластин других материалов

помимо свинца. Они со свинцом образуют гальванический эле-

мент, который постепенно разряжает аккумулятор. Данному явле-

нию способствуют также разная плотность электролита в верхней

и нижней части объема банок батарей, различные примеси в ме-

таллах и электролите.

Повышенный саморазряд может быть вызван наличием на

внешней поверхности банок батарей пленки электролита, выплес-

нувшегося из банки при «кипении», а также применением нечис-

тых дистиллированной воды или электролита. На саморазряд осо-

бенно влияют примеси меди и железа, а также температура. При

ее понижении он уменьшается, а при отрицательных температурах

может вообще прекратиться.

26.5. ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И ТЕХНИЧЕСКОЕ

ОБСЛУЖИВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Неисправности генераторных установок наиболее часто обуслов-

лены следующими механическими повреждениями: поломки

ушек, трещины в крышках, износ и коробление шкивов, износ

438

подшипников. Недостаточное натяжение ремня вызывает нару-

шение электроснабжения и быстрое истирание ремня.

Электрические неисправности во многом определяются каче-

ством технического обслуживания. Все же возможны следующие

неисправности: нарушение контакта между щетками и кольцами,

замыкание обмоток на корпус, межвитковые замыкания, обрывы

обмоток, пробитие и обрывы диодов выпрямительного блока,

пробой или обрыв ИРН. Все эти неисправности выявляют и уст-

раняют на специальных стендах.

Техническое обслуживание генераторных установок. Первона-

чально их проверяют на новом автомобиле, а затем при ТО-2.

При ТО очищают генератор от пыли и грязи, проверяют жест-

кость крепления генератора к двигателю, крепление наконечни-

ков проводов, натяжение ремня привода. Нормальное натяжение

ремня определяется прогибом его длинной ветви между шкивами

при нажатии на него с усилием 30...40 Н. Прогиб должен быть

10...12 мм.

При выполнении работ технического обслуживания и ремонта

запрещается: пуск и работа двигателя при отсоединенном выводе

«+» генератора, включение аккумулятора обратной полярностью,

работа генератора при отключенной аккумуляторной батарее,

проверка генератора «на искру» соединением проводов «+», «30»,

В, Б на корпус или между собой. Все это приводит к пробою дио-

дов выпрямительного блока.

Через 50...60 тыс. км снимают генератор с автомобиля и прове-

ряют работоспособность щеточного узла, промывают контактные

кольца, проверяют действие регуляторов напряжения.

Для проверки 14-вольтовых ИРН применяют схему подключе-

ния, изображенную на рисунке 26.8. Сначала подают напряжение

12 В. Контрольная лампа должна гореть. Потом подают напряже-

ние 15...16 В, при котором лампа должна погаснуть. Если не вы-

полняется одно из условий, регулятор неисправен.

Неисправности аккумуляторных

батарей. К основным неисправнос-

тям относят повышенный самораз-

ряд, короткое замыкание, коробле-

ние, разрушение и сульфатацию пла-

стин, повреждения моноблока. Все

эти неисправности в основном могут

быть исключены или уменьшены

при тщательном периодическом тех-

ническом обслуживании.

Техническое обслуживание для ак-

кумуляторных батарей проводят через

10...15 дней, или 3000...5000 км про-

бега. Оно включает следующие опе-

Я112А

14В

"К

Рис. 26.8. Схема подключения

интегрального регулятора напря-

жения (ИРН) при проверке

439