Что делает генератор в автомобиле?

Само название объясняет нам, зачем нужен генератор в машине. А вот о том, как нелегко ему сегодня приходится, задумывались не все. В современном авто все больше потребителей энергии — одних микропроцессоров может быть за семь десятков! А еще подайте нам громкой музыки, подогрев зеркал и стекол, не говоря уже о нежных частях тела. А потом мы удивляемся, что он сгорел на работе…

Назначение и функции

Итак, мы знаем, что такое генератор — это электростанция. В автомобиле этот агрегат снабжает током все: внешнее и внутреннее освещение, компьютерные блоки управления ДВС и другими узлами, систему зажигания в бензиновых ДВС и свечи накала в дизельных, электростеклоподъемники и обогрев зеркал или сидений, аудиосистему и прочее, а на новых моделях авто — электроусилитель руля. Другая важнейшая функция — зарядка автомобильной АКБ.

В «мягких» гибридах он по совместительству работает стартером, поскольку электродвигатель и динамо-машина — одно и то же. Разница только в направлении преобразования энергии. Электромотор превращает электрическую энергию в кинетическую, а генератор — наоборот. В наши дни почти все автомобили комплектуются альтернаторами, то есть источниками переменного тока. Устройства для выработки постоянного тока перестали устанавливать несколько десятилетий назад.

Принцип работы

Рассмотрим, как работает генератор — принцип действия прост, как закон Фарадея, описывающий взаимосвязь между электричеством и магнетизмом. С коленвала ДВС вращение передается ремнем на шкив, соединенный с подвижной частью — ротором. При вращении ротора постоянный ток, проходя через его обмотку возбуждения, создает постоянное магнитное поле, превращая ротор в крутящийся вокруг своей оси магнит. А в обмотках статора (неподвижной части) благодаря индукции возникает электродвижущая сила — переменный ток, затем конвертируемый выпрямителем в постоянный, который и питает бортовую сеть авто.

Устройство — основные элементы

Вряд ли вы ошибетесь с опознанием рассматриваемого агрегата, заглядывая под капот — учитывая то, как выглядит генератор, спутать его с чем-то другим сложно. Но если интересно, как устроен генератор внутри — вот основные компоненты начинки.

• Ротор — вращающийся электромагнит со стальными сердечниками «плюс» и «минус», с обмоткой возбуждения, концы которой выведены на изготовленные из меди или стали контактные кольца для подачи тока с регулятора напряжения.
• Статор — неподвижный элемент. Наборной сердечник из металлических пластин (так называемый «якорь») с обмотками из медной проволоки, покрытой изолирующим лаком (во избежание замыкания).
• Выпрямитель тока (диодный мост) — электрическая схема для преобразования переменного тока в постоянный. Собран из силовых диодов, для охлаждения запрессованных в массивные пластины-радиаторы. Обмотка возбуждения обычно запитывается через отдельный каскад диодов.
• Регулятор напряжения — схема на полупроводниках для управления током в обмотке возбуждения ротора. Выдает на выход ровное напряжение в то время, как частота вращения может меняться, а потребители энергии — включаться и выключаться. Именно он регулирует напряжение сети при изменении температуры среды: 13 – 13,5 V в теплое время года и 14 – 14,5 V в холодное (номинально для легковых авто — 12 V).
• Щеточный узел — блок-фиксатор подпружиненных графитовых щеток, контактирующих с кольцами вала ротора. Часто смонтирован в одном корпусе с регулятором напряжения (может быть доступен как отдельная запчасть).
• Корпус, обычно из двух частей — передней и задней крышек, отлитых из алюминиевого сплава. Со стороны задней монтируются регулятор напряжения со щеточным узлом и диодный мост, к передней же крепится статор. Ротор охвачен подшипниками в каждой крышке.
• Привод, или шкив, — принимает вращение от шкива коленвала через клиновый ремень. От диаметра шкива обратно зависима скорость вращения ротора. Чтобы вращение передавалось без рывков, на шкив ставится обгонная муфта.

Рабочие параметры

Важной характеристикой альтернатора, помимо номинального напряжения, является номинальный ток — сила тока, которую агрегат способен постоянно выдавать в оптимальном тепловом режиме (без перегрева обмоток). Данный показатель для динамо-машин легковых авто составляет обычно от 60 до 140 ампер. Может возникнуть вопрос — что такое генератор в машине питает, что нужна такая силища — вон у нас в квартирах автоматы на 60 А стоят… Но, тут надо правильно считать — 60 А при 220 В и при 12 В — разное количество энергии. Если переводить в мощность, выраженную в привычных ваттах, то получается, например 100 А х 12 В = 1200 Вт или 1,2 кВт.

В идеале для каждой комплектации модели авто номинальный ток должен подбираться с учетом реальной потребляемой мощности всех устройств, обычно используемых одновременно. Однако на практике версии модели комплектуются неким усредненным агрегатом, который максимальную комплектацию вытягивает на пределе возможностей.

Именно в том, что мощность динамо-машины подбирается с расчетом на покрытие всех потребностей в процессе движения, плюс подзарядка аккумулятора, и кроется подвох — если производимая мощность стала падать, вы этого сразу не заметите. Первой заметит именно АКБ, которая станет медленнее заряжаться. Если же альтернатор накрылся полностью — разрушился один из подшипников, сгорела обмотка, полетел диодный мост (выпрямитель тока), все потребители перейдут на питание от аккумулятора, и очень скоро проблема станет очевидной. Будет постоянно гореть лампа низкого заряда батареи, и после нескольких пусков мотора стартеру уже не хватит энергии, чтобы завести его.

Важно вовремя выявить проседание генератора, чтобы не издеваться над АКБ, которая не любит глубоких разрядов, а зачастую и так недостаточно заряжается — особенно если машина используется для коротких поездок. Если не были установлены дополнительные потребители (если да, то одновременно стоило бы задуматься и об установке более мощного источника энергии), то увеличение времени заряда батареи, тусклый или мерцающий свет фар и другие нижеперечисленные признаки — повод для срочного обращения на СТО. И желательно — специализированную, противном случае там:

а) не смогут произвести ремонт, и сразу будут настаивать на замене агрегата, даже если на самом деле он подлежит восстановлению;

б) снимут его и отправят к нам на Генстар — на диагностику и восстановление — а вы оплатите услуги посредника.

Типичные неисправности и их признаки

Помимо проблем с пуском, зарядкой АКБ и освещением можно выделить несколько наиболее типичных признаков того, что наша мобильная электростанция собирается устроить блекаут.

• Шуршание или звенящий шум из-под капота будут признаком разрушения одного из подшипников (хотя это могут быть также подшипники роликов, помпы пр. — тут надо ориентироваться на основные симптомы: заряд АКБ и пуск.). Типичный пробег для возникновения данной проблемы — 120-150 тыс. км, но бывает и раньше, если низко расположенный генератор не защищен от грязи.
• На замыкание обмотки статора может указывать подвывающий гул — как от моторов разгоняющегося троллейбуса. Повреждение контактных колец или изоляции обмотки возбуждения чаще всего также является следствием люфта изношенных подшипников.
• Издаваемый ремнем привода свист может указывать на проблемы со шкивом, либо на недостаточное натяжение самого ремня (проблема с натяжителем либо износ самого ремня). Если дело в последнем, то параллельно могут проявляться проблемы с работой кондиционера и непривычная «тугость» руля на авто с гидроусилителем если он приводится тем же ремнем.

Разрушение или критичный износ щеток и/или токосъемных колец — также характерные проблемы для агрегатов с пробегом за сотню тысяч километров. В одних моделях щеточный узел зачастую монтируется в корпусе регулятора напряжения, который приходится менять целиком. На других наши мастера могут заменить щетки отдельно. Замена токосъемных колец процедура более сложная, но выполнимая, при условии высокой квалификации специалиста, поскольку потребуется разбирать корпус агрегата и отпаивать от диодного моста концы обмотки.

Типичные проблемы по чисто электрической части — выход из строя регулятора напряжения или пробой диодного моста. Последнее возможно при попытке проверить работоспособность генераторной установки простейшим способом — сбросом клемм с АКБ при работающем моторе. Никогда так не делайте, поскольку именно аккумулятор сглаживает скачки напряжения в бортовой сети.

Весьма интересный случай — такой сбой в работе электронного блока реле-регулятора, когда наша электростанция работает «лучше» чем надо, то есть выдает повышенное напряжение. Тут поначалу проблема незаметна, индикатор АКБ не горит и заряжается она быстро, все работает… но очень скоро из-за выкипания электролита его плотность возрастает, осыпается активная масса пластин аккумулятора. И тут уже встает вопрос — кто кого? Либо АКБ умрет первой (а возможно вскоре за ней и следующая, если проблему не выявить), либо — поскольку необходимый для заряда ток у деградирующей батареи повышается — эффект «порочного круга» приведет к перегреву и замыканию обмотки.

Причиной поломки может стать и неправильно проведенное ТО. Так, шкив коленвала может быть оснащен встроенным демпфером (гасителем) крутильных колебаний. Такой шкив нельзя ради экономии менять на цельный, чтобы не сократить срок жизни альтернатора, в частности его подшипников. И опасайтесь подделок, только выглядящих как шкив с демпфирующей резиновой вставкой — это лишь накладная обманка на цельнолитом шкиве.

Оригинальный и поддельный шкив коленвала с демпфером

7 советов по эксплуатации

1. У чисто городских машинок, как, впрочем, и некоторых паркетных кроссоверов, агрегат может быть расположен низко. При проезде «грязевых ванн» вентиляционные отверстия его корпуса забиваются, ухудшается охлаждение обмоток и возможно в последующем их оплавление. Рекомендуется поставить защиту двигателя, и в некоторых случаях, при особе неудачном расположении — дополнительную защиту альтернатора. И вообще следите за чистотой в подкапотном отсеке — масло плюс пыль равно липкая грязь, способная забить что угодно. Но не переусердствуйте с мойкой — вспомните перед тем, как направить струю воды на генератор, что это чревато — попадание на горячий агрегат приведет к растрескиванию изоляционной лакировки обмоток.
2. Проверяйте периодически (например, при каждом стандартном ТО) состояние ремня электрогенератора и соответствие силы его натяжения рекомендациям производителя автомобиля, а также не затягивайте с его заменой.
3. Не перегружайте электросистему, не включайте все потребители энергии одновременно, либо проконсультируйтесь со специалистом, можно ли это делать на данной модели. Не включайте лишние электроприборы при работе ДВС на холостом ходу, например фары при прогреве двигателя.
4. При тюнинге с установкой дополнительного электрооборудования (усилители и сабвуферы, обогрев сидений, ксенон и дополнительные фары пр.) — может потребоваться доработка электросистемы и/или установка более мощной динамо-машины.
5. Следите за состоянием АКБ. При возможности используйте в гараже или месте постоянной стоянки зарядные устройства — это и аккумулятору жизнь продлит, и риск поломки генератора снизит.
6. Не игнорируйте «звоночки» со стороны АКБ, объясняя их возрастом батареи или неблагоприятными условиями для быстрого полноценного заряда.
7. Не давайте «прикурить» при заведенном двигателе — стартер другого автомобиля может создать неприемлемую нагрузку для блока-контроллера.

И еще нюанс — при покупке авто с пробегом не лишним будет убедиться (например, используя сервис подбора запчастей по VIN), что мощность установленного агрегата соответствует штатной именно для данной комплектации — перед продажей могли поставить такой, чтобы «абы доехало». Если вы не умеете этого делать, а сомнения возникают — обратитесь на один из автосервисов Genstar, и наши специалисты с готовностью вас проконсультируют. А если ваше личное «авто-энерго» уже начинает ломаться — привозите к нам, мы научим его работать, по разумным тарифам.