Рабочая программа по учебной дисциплине « Устройство и техническое обслуживание транспортных средств категории «В»» (стр. 19 )

Отрицательные пластины покрыты мелкопористым свинцом, а положительные двуокисью свинца. Когда к аккумулятору подключают нагрузку, активное вещество вступает в химическую реакцию с сернокислотным электролитом, вырабатывая электрический ток. На пластинах при этом осаждается сульфат свинца, и электролит, соответственно, истощается. При зарядке эта реакция проходит в обратном направлении, и способность аккумулятора давать ток восстанавливается.

Автомобильный аккумулятор выполняет три функции: во-первых, он запускает двигатель, во-вторых, питает некоторые электрические устройства, например, сигнализацию и телефон, когда двигатель не работает. И, наконец, он «помогает» генератору, когда тот не справляется с нагрузкой.

Аккумулятор обычно соседствует с двигателем. А как раз высокой температуры этот агрегат не переносит. Законы, ограничивающие уровень шума, заставляют производителей все тщательнее затыкать любые отверстия в отсеке двигателя, что приводит к повышению температуры в моторном отсеке. На сегодняшний день это, пожалуй, самая большая проблема для производителей аккумуляторов.

Ведь верхний предел рабочей температуры этих устройств — 100 градусов С, дальше электролит просто закипает. Но даже если температура и не достигает рокового предела, а только к нему приближается, срок службы батарей все равно снижается в три-четыре раза.

Свинцовая стартерная аккумуляторная батарея (АКБ) — вторичный источник электрической энергии. Это значит, что после глубокого разряда ее работоспособность можно полностью восстановить при помощи заряда — пропускания электрического тока в направлении, обратному тому, в котором протекал ток при разряде.

Работает АКБ по принципу превращения электрической энергии в химическую (при заряде) и обратном превращении — химической энергии в электрическую (при разряде). Активные вещества заряженного свинцового аккумулятора, принимающие участие в токообразующем процессе:

* на положительном электроде — двуокись свинца темно-коричневого цвета;

* на отрицательном электроде — губчатый свинец серого цвета.

Электролит — водный раствор серной кислоты плотностью 1,28 г/смі, который, как и активная масса электродов, принимает участие в токообразующем процессе.

В процессе разряда активная масса как положительного, так и отрицательного электродов превращается в сульфат свинца (белого цвета). Поэтому теория, описывающая химические процессы, протекающие при заряде и разряде свинцового аккумулятора, называется теорией двойной сульфатации. При этом плотность электролита снижется к концу разряда до 1,08-1,10 г/смі.

Сегодня наиболее распространены автомобильные АКБ номинальным напряжением 12 В. Их емкость составляет от 36 до 190 А·ч.

Виды АКБ, продаваемые в России

У свинцовых стартерных АКБ в зависимости от исполнения свои конструктивно-технологические особенности, однако, в их устройстве много общего. Все они содержат разноименные электроды, разделенные сепараторами, которые помещают в сосуд, заполненный электролитом.

В зависимости от применяемых при производстве материалов и используемых конструктивных, технологических и эксплутационных особенностей, современные батареи можно подразделить на два основных вида: классического исполнения и необслуживаемого исполнения.

Классическое (традиционное) исполнение

Основы традиционного исполнения батарей сформировались уже в начале 20-го века и постепенно трансформировались до современного состояния по мере появления новых конструкционных материалов, но их эксплуатационные недостатки при этом сохранились.

В России батареи традиционного исполнения выпускают как в моноблоках с отдельными крышками, герметизируемыми битумной смазкой, так и в моноблоках с общей крышкой, герметизируемой контактно-тепловой сваркой.

Аккумуляторные батареи с отдельными крышками (рис. 1) собирают в одном многоячеечном корпусе — моноблоке (2), выполненном из эбонита или другой кислотостойкой пластмассы, разделенном перегородками (16) на отдельные камеры-ячейки (банки), по числу аккумуляторов в батарее. В каждую из ячеек помещен блок, состоящий из чередующихся положительных (5) и отрицательных (3) электродов, разделенных сепараторами (4). Он представляет собой отдельный аккумулятор напряжением 2 В. Пространство между дном моноблока и верхними кромками фиксирующих электроды опорных призм (1) служит для накаливания шлама — осадка, образующегося в процессе эксплуатации вследствие оплывания частиц активной массы положительных электродов. Когда объем шламового пространства заполняется, происходит замыкание нижних кромок разноименных электродов и аккумулятор теряет работоспособность.

Конструкция автомобильного аккумулятора

Электроды состоят из активной массы, нанесенной на токоотвод решетчатой конструкции — решетку. Сепараторы разделяют участвующие в электрохимических превращениях реагенты, а также обеспечивают возможность диффузии электролита от одного электрода к другому. Сторона сепаратора, обращенная к положительному электроду для облегчения доступа электролита к поверхности активной массы, выполнена ребристой.

Борн, который служит наружным токоотводом аккумулятора, последовательно соединяет соседние аккумуляторы между собой в батарею. К выводным борнам крайних аккумуляторов батареи привариваются полюсные выводы, служащие для соединения батареи с внешней электрической цепью. Положительный и отрицательный выводы имеют разный диаметр, что позволяет исключить возможность переполюсовки при подключении АКБ к бортовой цепи автомобиля.

В верхней части электродного блока устанавливают щиток, предохраняющий верхние кромки сепараторов от повреждения при замерах уровня и плотности электролита.

Каждый аккумулятор после установки электродного блока в камеру-ячейку моноблока закрывают сверху отдельной пластмассовой или эбонитовой крышкой. В ней выполняют по два отверстия с втулками для выводных борнов электродного блока. Между ними расположено резьбовое отверстие для заливки электролита и периодического обслуживания аккумулятора в процессе эксплуатации. После заливки электролита резьбовое отверстие закрывают пробкой из полиэтилена, имеющей небольшое вентиляционное отверстие, предназначенное для выхода газов при эксплуатации.

Для герметичной укупорки новых сухозаряженных батарей в верхней части пробки над вентиляционным отверстием выполнен глухой прилив. Для обеспечения нормальной эксплуатации этот прилив, после заливки электролита в батарею, необходимо срезать.

Благодаря специфическим свойствам термопластичной пластмассы появились аккумуляторные батареи с общей крышкой в моноблоке из сополимера пропилена с этиленом, устройство которых показано

В моноблоке установлены электродные блоки, состоящие из разноименных электродов, разделенных сепараторами. Эти блоки соединены между собой при помощи укороченных межэлементных соединений через отверстия в перегородках моноблока. Крышка сделана единой на все шесть аккумуляторов батареи. Свойства термопластичной пластмассы позволили применить для герметизации АКБ с общей крышкой метод контактно-тепловой сварки, обеспечивающий сохранение герметичности как по периметру, так и между отдельными аккумуляторами в широком диапазоне температур (от −50°C до 70°C).

аккумуляторная батарея с общей крышкой

Необслуживаемое исполнение.

Недостатки традиционных свинцовых батарей обусловлены тем, что содержащаяся в сплаве положительных токоотводов сурьма постепенно, по мере их коррозии, через раствор переходит на поверхность отрицательного электрода. Осаждение большого количества сурьмы на поверхности отрицательной активной массы снижает напряжение на электродах батареи, при котором начинается разложение воды на водород и кислород. Поэтому, в конце зарядного процесса и при небольшом перезаряде, происходит бурное газовыделение, сопровождающееся «кипением» электролита вследствие электролитического разложения входящей в него воды.

За последние 20-25 лет, по мере развития технологии и совершенствования оборудования, появилось несколько разновидностей батарей так называемого «необслуживаемого» исполнения. Их основная отличительная особенность — использование сплавов с пониженным содержанием сурьмы или вовсе без нее для производства токоотводов.

Усовершенствование конструкции при создании необслуживаемых АКБ заключается еще и в том, что для увеличения запаса электролита без изменения высоты батареи, один из аккумуляторных электродов помещают в сепаратор-конверт, который изготовлен из микропористого полиэтиленового материала с низким электросопротивлением. В этом случае замыкание электродов различной полярности, при отсутствии сбоев в работе сборочного оборудования, практически исключено. Поэтому опорные призмы становятся ненужными, и блок электродов можно установить прямо на дно ячейки моноблока. В результате та часть электролита, которая раньше находилась в шламовом пространстве между призмами и не принимала участия в работе аккумулятора, теперь находится над электродами и пополняет его запас, расходуемый при эксплуатации батареи.

Первоначально такие батареи начали выпускать в США на базе свинцово-кальциевого сплава (0,07-0,1% Ca; 0,1-0,12% Sn; остальное — Pb) для токоотводов, положительного и отрицательного электродов. Это снизило газовыделение, что обеспечило эксплуатацию АКБ без доливки воды в течение как минимум двух лет. Расход воды у этих батарей так мал, что конструкторы убрали из крышек отверстия для доливки воды и сделали батареи полностью необслуживаемыми. При этом самозаряд батарей замедлился более чем в 6 раз. Однако, при нескольких глубоких разрядах такие АКБ быстро теряют емкость и их стартерные характеристики резко снижаются, из-за чего они не нашли широкого распространения в Европе и России.

В это же время в США появились батареи системы «кальций плюс» (гибридные) с содержанием до 1,5-1,8% сурьмы и 1,4-1,6% кадмия в положительном токоотводе и свинцово-кальциевым отрицательным токоотводом. Характеристики этих батарей по расходу воды и саморазряду вдвое лучше, чем у малосурьмяных, но все еще не такие хорошие, как у свинцово-кальциевых.

К началу 80-х годов производство необслуживаемых батарей стало быстро развиваться в странах Европы. Но там пошли по пути применения сплавов с пониженным до 2,5-3,0% содержанием сурьмы. Однако, у таких АКБ расход воды и саморазряд в 2-3 раза выше, чем у батарей с кальциевыми токоотводами. Позже и в Европе появились так называемые гибридные батареи.

Наконец, в конце 90-х годов и в США, и в Западной Европе началось производство батарей с токоотводами из свинцово-кальциевого сплава с добавкой новых легирующих компонентов, в том числе серебра, которые не боятся глубоких разрядов.

В России выпускаются необслуживаемые батареи емкостью от 44 до 90 А·ч с токоотводами из малосурьмяного сплава с содержанием сурьмы 1,7-3,0%.

Следует отметить, что эксплуатация батарей без отверстий для доливки воды требует более точной работы системы энергосбережения автомобиля, а также более внимательного отношения автовладельцев к состоянию и исправной работе электрооборудования. В первую очередь это касается натяжения ремня привода генератора и исправности самого генератора, а также регулятора напряжения. Отрицательно сказывается на состоянии батарей последнего поколения и наличие утечек тока в системе электрооборудования или сигнализацию.

Подавляющее большинство АКБ, поступающих в Россию из стран Европы, выпускают, как правило, в гибридном исполнении, либо с токоотводами обеих полярностей из свинцово-кальциевых сплавов. При изготовлении сухозаряженных батарей многие производители применяют для электродов обеих полярностей малосурьмяные сплавы с содержание сурьмы 1,6-1,8%

Назначение, устройство и работа потребителей электроэнергии

На автомобилях ВАЗ-2108, -2109 применяется трехфазный генератор переменного тока типа 37.3701 со встроенным выпрямительным блоком и микроэлектрсн-ным регулятором напряжения. Он служит для питания потребителей электрическим током и для зарядки аккумуляторной батареи. Максимальная сила тока отдачи генератора (при 13 В и 5000 об/мин) составляет 55 А, а пределы регулируемого напряжения - 14,1±0,5 В.

Основные части генератора: ротор, статор, крышка с выпрямительным блоком, крышка с подшипником, шкив с вентилятором и щеткодержатель с регулятором напряжения. Крышки и статор стянуты в единое целое четырьмя стяжными болтами.

Ротор генератора представляет собой вращающийся электромагнит. Стальные клювообразные полюсные наконечники и втулка, напрессованные на вал 6 ротора, образуют сердечник электромагнита. Между полюсными наконечниками в пластмассовом каркасе находится обмотка ротора, называемая обмоткой возбуждения. Ток в обмотку подводится через медные контактные кольца, к которым припаяны выводы обмотки.

Вал ротора вращается в двух шариковых подшипниках, установленных в крышках. Подшипники закрытого типа. Смазки, заложенной в них при изготовлении, достаточно на весь срок службы генератора. Задний подшипник напрессован на вал ротора, а его наружная обойма поджимается резиновым кольцом, помещенным в канавку крышки. Передний подшипник запрессован в крышку и для надежности зажат между двумя стальными шайбами, стянутыми четырьмя винтами. Концы винтов раскернены. Внутренняя обойма этого подшипника, вместе с дистанционным кольцом, зажата гайкой крепления шкива между ступицей шкива и ступенькой вала.

Статор генератора состоит из сердечника с обмоткой. Сердечник набран из пластин электротехнической стали, соединенных в четырех местах электросваркой. В пазах сердечника уложена трехфазная обмотка статора, концы которой соединены в звезду без вывода нулевой точки.

Выпрямитель, преобразующий переменный ток генератора в постоянный, выполнен в виде выпрямительного блока. Он представляет собой две алюминиевые пластины с запрессованными в них шестью диодами типа ВА-20 - полупроводниковыми приборами, пропускающими ток только в одном направлении. Для упрощения конструкции выпрямителя применены диоды разнсй полярности - "положительные" и "отрицательные". У положительных диодов на корпусе создается "плюс" выпрямленного напряжения, а у отрицательных - "минус". Положительные диоды запрессованы в пластину выпрямительного блока, а отрицательные - в пластину.

Выпрямительный блок крепится к крышке тремя болтами, изолированными вместе с пластиной положительных диодов от крышки пластмассовыми втулками. Гайками болтов одновременно зажимаются выводы диодов и обмотки статора. С пластиной соединен зажим "30" генератора, являющийся выводом "плюс" выпрямителя. Выводом "минус" является масса генератора.

На пластине выпрямительного блока установлены также и три дополнительных диода. Напряжение, снимаемое с этих диодов, идет для питания обмотки возбуждения и схемы контроля исправности генератора с помощью контрольной лампы разряда аккумуляторной батареи.

Напряжение генератора регулируется микроэлектронным бесконтактным регулятором напряжения, закрепленным винтом на крышке. Это неразборный и нерегулируемый узел и в нем полностью отсутствуют какие-либо электромагнитные реле с контактами. Замыкание или размыкание цепи питания обмотки возбуждения генератора происходит за счет открытия или закрытия мощного выходного транзистора в регуляторе в зависимости от величины управляющего напряжения на выходе "Б" регулятора.

В паз регулятора напряжения вставляется пластмассовый щеткодержатель с двумя щетками, через которые питается обмотка возбуждения генератора. Щетка соединена с выводом "В" регулятора напряжения, а щетка - с выводом "Ш". Этот вывод находится на внутренней стороне регулятора и не маркируется на его корпусе.

Работа генератора. При включении зажигания замыкаются контакты "15/1" и "30/1" выключателя зажигания, затем контакты "30" и "87" реле зажигания (на рисунке не показано), и через обмотку возбуждения генератора начинает протекать ток, замыкающийся по пути: "плюс" аккумуляторной батареи - зажим "30" генератора - монтажный блок - контакты "30" и "87" реле зажигания - предохранитель "5" монтажного блока - дополнительные резисторы и по параллельной цепи через лампу - вывод "61" генератора - вывод "В" регулятора напряжения - обмотка возбуждения - вывод "Ш", выходной транзистор регулятора напряжения - "масса".

Контрольная лампа разряда аккумуляторной батареи горит, сигнализируя о том, что обмотка возбуждения питается от аккумуляторной батареи.

Протекающий по обмотке возбуждения ток создает вокруг полюсов ротора магнитный поток. После пуска двигателя ротор генератора вращается, и под каждым зубцом статора проходит то южный, то северный полюс ротора. Поэтому магнитный поток, проходящий через зубцы статора, меняется по величине и направлению. Этот переменный магнитный поток пересекает витки обмотки статора и создает в ней электродвижущую силу.

Переменное напряжение и ток, индуктированные в обмотке статора, выпрямляются выпрямительным блоком и для питания потребителей используется уже выпрямленный постоянный ток, снимаемый с зажима "30" генератора. Одновременно с общего вывода дополнительных диодов снимается выпрямленное напряжение для питания обмотки возбуждения генератора.

У работающего исправного генератора напряжение на зажиме "30" и на общем выводе дополнительных диодов (штекер "61") одинаковы. Поэтому ток через контрольную лампу не протекает, и она не горит. В этом случае обмотка возбуждения генератора питается от выпрямителя на трех дополнительных диодах, а аккумуляторная батарея заряжается генератором.

Если контрольная лампа горит, то это указывает на неисправность генератора, на то, что он либо вообще не дает напряжения, либо оно ниже напряжения аккумуляторной батареи. В этом случае напряжение на штекере "61" (напряжение генератора) ниже напряжения на зажиме "30" (напряжение аккумуляторной батареи). Поэтому в цепи между ними протекает ток, проходящий через контрольную лампу, и она горит.

С увеличением частоты вращения ротора напряжение генератора повышается. Когда оно начинает превышать уровень 13,6-14,6 В, то выходной транзистор в регуляторе напряжения запирается, и ток через обмотку возбуждения прерывается. Напряжение генератора падает, транзистор в регуляторе отпирается и снова про-пусоег ток через обмотку возбуждения.

Чем выше частота вращения ротора генератора, тем больше время запертого состояния транзистора в регуляторе, следовательно тем сильнее снижается напряжение генератора. Описанный процесс запирания и отпирания регулятора происходит с высокой частотой. Поэтому колебания напряжения на выходе генератора незаметны и практически можно считать его постоянным, поддерживаемым на уровне 13.6-14.6 В Для раскручивания коленчатого вала двигателя до частоты, при которой он начнет работать (т. е. для пуска двигателя), применяется стартер типа 29.3708. Он проворачивает коленчатый вал шестерней за зубчатый венец маховика. Мощность стартера составляет 1,3 кВт при потребляемой силе тока 260 А.

Стартер представляет собой четырехполюсный электродвигатель постоянного тока со смешанным возбуждением, с дистанционным электромагнитным включением и роликовой муфтой свободного хода. Он состоит из следующих основных частей: корпуса, якоря с муфтой свободного хода и шестерней привода, двух крышек и тягового реле. Корпус и крышки соединены вместе двумя стяжными болтами.

Внутри стального корпуса закреплены винтами четыре стальных полюса с катушками обмотки возбуждения. Корпус вместе с полюсами и обмоткой представляет собой статор стартера. Три катушки обмотки (сериесные) соединены с обмоткой якоря последовательно, а одна (шунтовая) - параллельно. Поэтому возбуждение стартера и называется смешанным. Оно позволяет получить большой крутящий момент в заторможенном состоянии и сравнительно низкую частоту вращения якоря на холостом ходу, что уменьшает износ втулок подшипников и облегчает условия работы муфты свободного хода.

Между полюсами статора вращается якорь, собранный на валу. Сердечник якоря набран из пластин электротехнической стали, напрессованных на среднюю часть вала. По окружности сердечника имеются продольные пазы, изолированные картоном, в которых находится обмотка якоря, выполненная медной лентой. Концы обмотки припаяны к пластинам коллектора и для большей надежности зачеканены. Вал якоря вращается в двух металлокерамических втулках, Задняя втулка запрессована в крышке, а передняя расположена в картере сцепления и передний конец вала якоря входит в нее при установке стартера в гнездо картера сцепления.