Автомобиль

Диагностирование электрооборудования  автомобилей

А.Г. Сергеев, В.Е. Ютт

Система пуска

Система пуска включает аккумуляторную батарею, стартер, стартерную цепь и средства облегчения пуска двигателя. Стартерная аккумуляторная батарея должна обеспечить надежный пуск двигателя при заданных температурах, а также служит источником питания всех потребителей электроэнергии при неработающем двигателе или при его работе с малыми частотами вращения

Емкость неисправного элемента значительно меньше, чем исправного, напряжение снижается быстро, плотность электролита ниже

Признаки короткого замыкания: незначительное повышение плотности электролита и напряжения в процессе заряда и в конце его, отсутствие или слабое газовыделение, быстрое повышение температуры, при отключенной батарее — низкое напряжение у отдельных элементов при нормальной плотности электролита. См. также п. 8.1. Заменить разрушенные сепараторы и удалить осадок со дна бака

Признаки сульфатации: высокое напряжение в начале заряда, преждевременное обильное выделение газов — «кипение» при незначительном повышении плотности электролита, повышенная температура и пониженное напряжение в конце заряда, пониженная емкость и низкое напряжение при разряде, белый налет на пластинах, при замере напряжения нагрузочной вилкой стрелка вольтметра не удерживается в течение 5 с на первоначальном показании. Вылить электролит, залить новый плотностью 1,145 г/см3 и заряжать батарею слабым током (2,5 А). К концу заряда плотность электролита довести до нормы

Анализ видов отказов свинцовых стартерных аккумуляторных батарей позволяет выделить основные неисправные состояния, в которых могут находиться батареи на автомобиле: коррозия решеток положительных электродов, оплывание активной массы электродов, разряд женное состояние. Преобладание отдельных видов отказов связано с влиянием режимов и условий эксплуатации на характер электрохимических процессов  (табл. 3).

Повышенная степень разряженности аккумуляторной батареи значительно уменьшает надежность пуска двигателей, особенно при низких температурах. С другой стороны, разряженность является одним из факторов, снижающих срок службы батарей.

В настоящее время отсутствует количественная оценка влияния разряженности на срок службы. Это объясняется тем, что степень разряженности AQP является следствием многих факторов, оказывающих в процессе эксплуатации одновременное воздействие.

Зависимость срока службы аккумуляторных батарей от уровня регулируемого напряжения приведена на рис. 2.1, из которого видно, что уменьшение срока службы наблюдается как при высоких, так и при низких значениях напряжения. Величина напряжения определяет среднюю степень заряженности, при которой эксплуатируется аккумуляторная батарея. Следовательно, уменьшение зарядного напряжения снижает срок службы батарей из-за увеличения их разряженности.

В результате коррозии решеток положительных пластин снижается их прочность и возрастает омическое сопротивление аккумулятора, что приводит к уменьшению разрядной емкости аккумулятора. Условия и режимы эксплуатации аккумуляторов влияют на скорость коррозии. Повышение температуры электролита увеличивает скорость коррозии свинцовых сплавов. Повышение плотности тока при разряде снижает скорость коррозии как при обычных, так и при повышенных температурах. Выход из строя аккумуляторных батарей при эксплуатации на автомобиле из-за коррозии решеток в основном является результатом систематического перезаряда.

Оплывание активной массы положительного электрода заключается в отделении от пластин мельчайших кристаллов и зерен величиной менее 0,1 мкм. Температура электролита и плотность тока при заряде не оказывают влияния на срок службы активной массы — на него существенно влияют условия разряда и особенно конечной его стадии. Так, уменьшение плотности тока с 1,8 до 0,65 А/дм2 увеличивает срок службы примерно на 50%; повышение температуры разряда с 25 до 50 °С уменьшает срок службы более чем в 2...2,5 раза.

В результате оплывания уменьшается количество активной массы, способной участвовать в электродных реакциях. Поэтому поддержание прежнего разрядного тока достигается увеличением плотности тока. Если коррозия решеток в основном влияет на стартерную характеристику, то оплывание приводит к уменьшению емкости аккумулятора.

Минимальный срок службы аккумуляторных батарей с одинарной сепарацией должен составлять 18 мес при пробеге не более 75 тыс. км или 12 мее при пробеге до 150 тыс. км, а с двойной сепарацией — 24 мес при пробеге до 90 тыс. км или до 3000 ч наработки двигателя. Увеличение этого срока возможно за счет регулярного выполнения контрольно-диагностических операций при проведении технического обслуживания.

При ежедневном обслуживании (ЕО) необходимо очистить батарею от пыли и грязи, прочистить вентиляционные отверстия и проверить надежность контакта наконечников проводов с зажимами, крепление батареи в контейнере и герметичность моноблока (отсутствие трещин).

При ТО-1, кроме работ ЕО, проверяют уровень электролита в элементах батареи.

При ТО-2, помимо перечисленного, проверяют плотность электролита и напряжение батареи под нагрузкой. Сезонное обслуживание в северных районах предусматривает проведение всех работ ТО-2 и утепление батареи в зимнее время войлоком. Хранение батареи с электролитом следует осуществлять в помещении с температурой не выше 0°С.

Инструментальное диагностирование аккумуляторных батарей осуществляется с помощью специализированных (табл. 4) или универсальных средств. Последние, как правило, входят в виде отдельных блоков в различные модели комбинированных приборов для проверки электрооборудования (например, Э-214, Э-205, К.И-1093) или в мотор-тестеры для проверки двигателей и их систем (КИ-4897, Элкон-SlOO). Технические данные этих диагностических стендов приведены в п. 3.1.

Автомобильный денсиметр применяется для измерения плотности электролита. Обычно в справочных данных плотность приведена к температуре 298 К ( + 25°С). При других значениях температуры электролита необходимо вводить поправку: 0,0007 г/см3 на каждый градус. При повышении температуры плотность электролита уменьшается, поэтому поправку необходимо прибавлять, а при понижении температуры — вычитать. Допускаемая плотность электролита в различных климатических зонах приведена в инструкции по эксплуатации батареи.

Нагрузочная вилка ЛЭ-2 позволяет определить напряжение в каждом аккумуляторе батареи. В зависимости от емкости проверяемой батареи подключают то или иное нагрузочное сопротивление вилки. Контактные ножки прибора прижимают к выводному штырю и перемычке первого аккумулятора, и в течение 5 с напряжение на зажимах элемента не должно снижаться ниже 1,8... 1,7 В. Аналогичные измерения производят во всех аккумуляторах батареи. Разность напряжения в аккумуляторах одной батареи не должна превышать 0,2 В. При значениях напряжения менее 1,6 В батарею необходимо зарядить или направить в ремонт.

Проверку аккумуляторных батарей следует производить при закрытых пробках. Кроме того, проверка под нагрузкой должна проходить быстро, так как длительная нагрузка батареи большими токами вызывает ее неоправданный разряд, а нагрузочные сопротивления и переключатели нагрузки рассчитаны на кратковременный режим работы.

НИИАТом и новгородским ПО «Автоспецоборудование» разработаны два аккумуляторных пробника моделей Э-107 и Э-108. Первый предназначен для определения работоспособности автомобильных свинцовых стартерных аккумуляторных батарей емкостью до 190 А ч со скрытыми межэлементными  соединениями,   а   также  для   проверки напряжения генераторов непосредственно на автомобиле. Прибор модели Э-108 разработан взамен нагрузочной вилки ЛЭ-2 и унифицирован с прибором Э-107.

При помощи пробника Э-107 измеряют напряжение аккумуляторной батареи. Если стрелка прибора покажет напряжение до 8, 9 В, то батарея неисправна (сильно разряжена), если выше — исправна. На шкале нанесена отметка 8, 9 В. Пробник состоит из вольтметра, одной контактной ножки, щупа, двух нагрузочных сопротивлений и контактной гайки. Щуп состоит из контактного штыря, корпуса и шнура, соединенного с кронштейном пробника.

Для проверки аккумуляторной батареи под нагрузкой контактную гайку завинчивают до упора. Затем острие контактной ножки плотно (для создания надежного электрического контакта) прижимают к положительному выводу. Держать батарею под нагрузкой следует не более 5 с. Пробником Э-107 можно также измерить ЭДС проверяемой аккумуляторной батареи, если предварительно отвернуть контактную гайку.

Пробник модели Э-108 в отличие от модели Э-107 имеет вольтметр с двусторонней шкалой, позволяющий проводить измерения не соблюдая полярности, две контактные ножки, три нагрузочных сопротивления и две контактные гайки. Различные комбинации включения сопротивления с помощью контактных гаек позволяют проверять аккумуляторные батареи емкостью 45... 100 А-ч, 100... 145А-чи 145... 190 А-ч. В отличие от пробника Э-107 здесь можно проверять лишь отдельные аккумуляторы. Если напряжение проверяемого аккумулятора превышает 1,4 В, то он исправен, при падении напряжения в течение 5 с ниже 1,4 В аккумулятор считается неисправным — сильно разряженным.

Существующие методы и средства позволяют определить лишь граничные состояния батарей: заряжена или сильно разряжена. Причем под разряженностью понимается потеря емкости не только из-за предварительного разряда, но и в результате появления неисправности.

Следует иметь в виду низкую точность такой оценки. Так, степень разряженности батарей наиболее часто в эксплуатации определяется измерением плотности электролита.

Поиск неисправности, способ устранения

Диагноз

/. Стартер не работает; яркость света фар не меняется

2. Стартер включается, но коленчатый вал не проворачивается или вращается медленно. Свет ламп при включении стартера

слабеет

Для использования формулы необходимо знать плотность электролита полностью заряженной батареи рзар и полностью разряженной рразр. Даже в лабораторных условиях AQ определяется с погрешностью не менее 5%. Учитывая, что на плотность электролита полностью заряженной батареи оказывают влияние многие факторы (плотность электролита, заливаемого в батарею; срок службы батареи; количество серной кислоты, оставшееся в пластинах после формовки; качество сборки электродов), фактическая погрешность весьма высока. Так в НИИАвтоприборов проводилась оценка точности определения степени разряженности батарей в эксплуатации по плотности электролита р. В результате были сделаны следующие выводы: если неизвестны исходные параметры электролита, замер плотности, может дать лишь общее представление о состоянии батареи «заряжена—разряжена»; знание плотности электролита полностью заряженной батареи позволяет определить ее разряженность   с   погрешностью  до   20%.

С целью повышения точности и достоверности диагностирования аккумуляторных батарей в качестве перспективного метода, например, может быть предложено использовать динамические диагностические параметры — параметры переходного процесса разряда. Но имеющиеся разработки носят теоретический пока характер и пока не имеют практической реализации.

Надежность работы системы пуска в равной степени зависит от состояния аккумуляторной батареи и стартера. Стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока, объединенный с механизмом привода, и предназначен для пуска двигателя внутреннего сгорания. Мощность стартера выбирается в пределах от 0,15 (ЗИЛ-375) до 1,0 (ВАЗ-2101) кВт на 1 л для карбюраторного и от 0,32 (ЯМЗ-240) до 0,72 (КамАЗ) кВт на 1 л дизельного двигателя. В связи с малым омическим сопротивлением обмоток стартер потребляет большой ток (300... 1200 А), особенно в момент включения, когда крутящий момент на его валу достигает максимальной величины. С увеличением частоты вращения вала якоря ток снижается до 45... 130 А на холостом ходу и крутящий момент уменьшается.

Основные эксплуатационные неисправности, их симптомы и способы устранения приведены в табл. 5, а технические характеристики стартеров— в прил.   1.

1.1. Отсутствует контакт:

а) щеток с коллектором вследствие «заедания» щетки в щеткодержателе, недостаточного усилия прижатия щеток, загрязнения коллектора

б)         в результате    окисления

наконечников  проводов  у  за

жимов аккумулятора

в)         из-за обрыва в цепи пи

тания    реле    включения    или

подгорания контактов реле

г)         из-за обрыва или наруше

ния пайки внутри стартера

1.2. Неисправен выключатель зажигания

1.3. Заедание якоря тягового реле во втулке катушки электромагнита

2.1.      Короткое  замыкание в  об

мотке возбуждения

2.2.      Заедание якоря  за  полюса

из-за износа подшипников

2.3.      Плохой контакт в соедине

ниях стартера или в реле

2.4.      Нарушен контакт в цепи пи

сания    стартера    из-за    коррозии

или слабой затяжки клемм

'2.Г).  Повышена вязкость    масла в двигателе

Проверить щетки в щеткодержателе, отрегулировать усилие нажатия в пределах, указанных в прил. 2

Слабые пружины заменить, зачистить коллектор

Зачистить клеммы и наконечники, смазать техническим вазелином

С помощью контрольной лампы найти место обрыва или зачистить контакты

Направить стартер в ремонт

Включить контрольную лампу. При повороте ключа в положение «Пуск» лампа должна загореться. Если лампа не загорается, то заменить выключатель зажигания

Якорь тягового реле и втулку очистить от грязи, заменить изношенные детали

Направить стартер  в ремонт

То же

Восстановить  контакт,  зачистить и подтянуть все клеммы

В зимнее время прогреть двигатель

Диагноз

неисправен

2.6.   Разряжен  или аккумулятор

износились

2.7.,. Зависли    или щетки стартера

2.8.      Замыкание на массу щетко

держателя   изолированной   щетки

2.9.      Износ коллектора  (миканит

выступает выше пластин)

2.10.    Короткое замыкание меж

ду пластинами коллектора

Поиск неисправности, способ устранения

Зарядить или заменить

Снять защитную ленту, осмотреть щетки и при необходимости заменить

Заменить изоляцию щеткодержателя

Проточить коллектор и углубить миканит

заменить

Устранить      или якорь стартера

Диагноз          Поиск неисправности, способ устранения

5.2.   Ослабление  буферной   пружины привода

5.3.  Забоины  на  зубьях    венца маховика или шестерни

5.4. Перекос стартера из-за нарушения его крепления к картеру маховика

5.5.  Отсутствие смазки  в    подшипниках.  См. п. 4.2 То же Отрегулировать

Смазать подшипники

6. Повторяющиеся включения и мгновенные выключения тягового реле

6.1. Обрыв или плохой контакт с массой удерживающей обмотки тягового реле

6.2.      Нарушение регулировки ре

ле блокировки

6.3.      Сильно разряжена  или  не

исправна аккумуляторная батарея

6.4.      Нарушен контакт клемм ба

тареи   со  стартерными   проводами

7.1.      Заедание привода  на шли-

цевой части вала якоря стартера

7.2.      Спекание контактов тягово

го реле или реле блокировки

Если слабая буферная пружина — заменить. Если забиты зубья венца маховика или шестерни— заправить их. При поломке заменить венец маховика или шестерню

7.3.  Заедание    запорной выключателя зажигания

7.4. Перекос стартера

3. Стартер не развивает достаточный пусковой момент при заданных значениях тока и напряжения

Ремонт или замена То же

3.1. Замыкание:

а)         межвитковое в катушках

возбуждения

б)         обмотки возбуждения на

массу

в)         межвитковое    в обмотке

якоря

г)         обмотки якоря на массу

4. Вал стартера вращается с большой частотой, но не проворачивает коленчатого вала двигателя

Заменить муфту

4.1.      Пробуксовка    муфты    сво

бодного хода из-за износа   роли

ков,  обоймы  или  заедания  толка

телей

4.2.      Шестерня  привода  не вхо

дит в зацепление с венцом махо

вика

5. При включении стартера слышен скрежет

Отрегулировать

5.1. Неправильная регулировка хода шестерни привода и момента замыкания контактов выключателя

Снять крышку тягового реле и проверить надежность соединения удерживающей обмотки с массой

Отрегулировать См. п. 1.4 См. п. 1.1, б

7. После пуска двигателя стартер не выключается

Очистить вал от грязи, произвести смазку

Немедленно выключить зажигание, отсоединить батарею и зачистить контакты

части

Если после пуска двигателя нужно принудительно поворачивать ключ из положения, соответствующего включению стартера, в положение включения зажигания, то заменить выключатель зажигания

Продолж. табл. 5

Поиск неисправности, способ устранения

Диагноз

Направить стартер в ремонт Заменить

7.5.      Погнут вал якоря

7.6.      Поломка  возвратной    пру

жины

8. Нагревается средняя часть корпуса стартера

Устранить замыкание

8.1.      Замыкание    обмотки    воз

буждения на корпус

Заменить   неисправные    элементы

Заменить ротор стартера

8.2.      Короткое  замыкание  в об

мотках ротора или статора

8.8. Короткое замыкание между пластинами коллектора

Для диагностирования стартеров специализированных приборов не выпускается. Поэтому оценку технического состояния стартеров осуществляют либо с помощью простейших средств (амперметры, вольтметры, переносные лампы, динамометры и т. п.), либо на универсальных приборах и стендах (п. 3.1), а  также комбинациями  этих приемов.

При ЕО и ТО-1 внешним осмотром определяют состояние выводных зажимов стартера, тягового реле, рабочей поверхности контактного диска и контактных болтов тягового реле, коллектора, щеток, шестерен, рычага привода и пружин. Привод стартера должен свободно, без заеданий перемещаться по шлицам вала и возвращаться в исходное, положение возвратной пружиной. Якорь не должен вращаться при повороте шестерни привода в направлении рабочего вращения. Легкость вращениия якоря в подшипниках проверяют рукой, приподнимая щетки.

При ТО-2, кроме указанного, проверяют регулировки стартера и его работу в режиме холостого хода и полного торможения.

Проверка щеточно-коллекторного узла заключается в оценке усилия прижатия щетки к коллектору, износа щетки и коллектора. Проверка усилия прижатия щетки осуществляется динамометром. Для этого приподнимают щетку  и подкладывают под нее полоску бумаги.

Зацепив крючком динамометра за канатик щетки, одной рукой оттягивают щетку динамометра, а второй — тянут полоску бумаги. Усилие замеряют в момент свободного перемещения полоски бумаги. Для различных стартеров это усилие составляет 0,75...2,0 кгс. Ослабевшую пружину заменяют.

При износе щеток более чем на 40 % по высоте (предельная высота 6... 13 мм) их тоже необходимо заменить. Замыкание пластин коллектора на массу проверяется контрольной лампой.

Универсальные диагностические приборы (п. 3.1), как правило, позволяют осуществлять проверку стартера в режиме полного торможения.

Регулирование стартера заключается в согласовании моментов зацепления шестерни с зубчатым венцом маховика и замыкании контактов выключателя. При включении стартера, т. е. при нажатом до конца рычаге включения привода, шестерня не должна упираться в торец наружного подшипника или упорную шайбу. Между шестерней и упорной шайбой должен оставаться некоторый зазор Б (рис. 2.2), величина которого указана  в  табл.   6.

Осевой люфт вала якоря стартера не должен превышать 1,0 мм.

Расстояние А между торцом шестерни 7 и плоскостью фланца крышки 6 (рис. 2.2) должно соответствовать указанному в табл.  6.

Момент включения стартера контролируют с помощью двух ламп /. Нажатием на рычаг 5 контактный диск 2 плавно вводят в  соприкосновение с  зажимами тягового реле. Лампа, подключенная к зажиму КЗ, должна включаться немного раньше или одновременно с другой лампой. При этом зазор Б должен соответствовать указанному в табл. 6. При необходимости регулировку осуществляют винтом 3 после снятия серьги 4.

Проверку и регулировку реле включения осуществляют по схеме рис. 2.3. Включив выключатель 3, реостатом 2 устанавливают минимальное напряжение. Плавно повышая его, наблюдают за показаниями вольтметра / и контрольными лампами. В момент замыкания контактов включаются лампы 4 и 5. Лампа 5 должна включаться немного раньше^ или одновременно с лампой 4. Напряжение при Рис. 2.3. Регулирование момен-этом должно быть в преде- та включения стартера лах 6...9 В. Затем  реостатом

плавно уменьшают  напряжение и  замеряют его в момент размыкания контактов (см. табл. 7).

Зазоры между якорьком и сердечником, а также между контактами должны соответствовать значениям, указанным  в  табл.   7.

Напряжения замыкания контактов регулируют изменением усилия нажатия пружины 9 путем отгибания вверх (ослабление) или вниз ^усиление) серьги 10. Зазор между якорьком 7 и сердечником регулируют подгибанием ограничителя 8, а между контактами — изменением высоты стоек 6.

Проверку обмоток возбуждения и якоря на обрыв или короткое замыкание производят с помощью контрольных ламп или портативного дефектоскопа ПДО-1 после разборки стартера при ремонте.