Ресурс щеток генератора автомобиля
Щетки – слабое место генератора. Есть бесщеточные варианты, но их мало используют. Почему?
Если автомобильный генератор выходит из строя, то самой распространенной причиной является износ щеточного узла. Однако давным-давно изобретены бесщеточные генераторы – почему же они до сих пор не вытеснили своих якобы менее продвинутых «конкурентов»?
Самая распространенная и массовая на сегодня конструкция автомобильного генератора – с использованием графитовых щеток, подающих напряжение на обмотку ротора (так называемую «катушку возбуждения») через пару вращающихся скользящих контактов в виде медных колец на валу ротора. Подобное решение применяется на большинстве автомобилей за редким исключением, ибо оно отработано и за десятилетия подтвердило свою практичность.
В такой конструкции крайне просто и эффективно реализовано поддержание стабильного напряжения в бортсети автомобиля на любых оборотах двигателя и, соответственно, генератора – электронный блок стабилизации напряжения (который по старинке принято именовать «реле-регулятором») отслеживает уровень напряжения на выходе и уменьшает или увеличивает ток в катушке возбуждения. Как только напряжение проседает, ток увеличивается. Как только оно приближается к верхнему пределу 14,2 вольта – уменьшается. Этот процесс идет быстро и непрерывно, и в результате мы имеем стабильное напряжение и на холостых оборотах, и на высокой скорости.
Щеточный узел – сухой и слабо защищенный от песка и влаги. А все, что открыто и трется без смазки, постепенно изнашивается и отказывает. Именно щеточный узел является наиболее частым источником выходов генератора из строя. Тем более что он обычно еще и неразборно совмещен с электронным блоком стабилизации напряжения («реле-регулятором»).
Однако в последние годы слово «БЕСщеточный» (или его аналог «бесколлекторный») на слуху у «широких народных масс» (с) – оно стало известно даже относительно далеким от техники людям. В самых разных сферах быта активно пропагандируются бесщеточные электромоторы – сегодня на них летают квадрокоптеры, крутятся шуруповерты, косят газоны триммеры и работают прочие механизмы и гаджеты. Даже откровенным гуманитариям уже успешно внушили, что «щетки – это плохо: они изнашиваются, отказывают, греются и вызывают потери тока». Почему же в автомобильном генераторе щеточный узел до сих пор не исчез, тогда как в последнее время от него все чаще отказываются даже в моторчиках дешевых детских игрушек?!
Может быть, потому, что на бесколлекторные (или же бесщеточные – как больше нравится) технологии массово переводятся электромоторы, а мы-то ведем речь про генератор? Нет, дело не в этом. Тут как раз никаких препятствий нет. Электромотор и электрогенератор – чрезвычайно похожие по своей сути электрические машины, вдобавок зачастую обратимые: мотор способен вырабатывать ток, если его вращать принудительно, а генератор может выполнять роль мотора, если на него опять же подать ток извне.
Использовать бесщеточный генератор в автомобиле можно, это давно реализовано и практикуется. Однако выпускаются подобные генераторы весьма ограничено и массовыми почему-то не стали… Почему?
Сделать автомобильный генератор бесщеточным в принципе не так сложно. Для чего, собственно, нужны щетки? Чтобы подать через них питание 12 вольт на катушку возбуждения внутри вращающегося ротора. После чего сегментный ротор с катушкой, на которую подан постоянный ток от аккумулятора, становится многополюсным электромагнитом и порождает возникновение тока в неподвижной обмотке – в статоре.
Убрать скользящий щеточный контакт в автомобильном генераторе возможно за счет особой конструкции ротора. Для этого ротор делают удлиненным, а катушку возбуждения выполняют в виде внешнего кольца и неподвижно закрепляют на статоре. Ведь для работы генератора ротор должен стать магнитом, а как намагничивать ротор – катушкой внутри, или катушкой снаружи – непринципиально…
Первые бесщеточные генераторы с неподвижной катушкой возбуждения встречались на автомобилях и полвека назад, и даже раньше. Как правило, ставили их на коммерческий транспорт (дальнобойные грузовики) и сельскохозяйственные и строительные машины (комбайны, трактора, бульдозеры и т. п.). Первым была важна увеличенная надежность и уменьшенная вероятность отказов на длинных перегонах пути, а вторым – защита от постоянно сопровождающих их при работе абразивной пыли и влаги, способных быстро убивать щеточный узел, проникая в генератор через вентиляционные щели. В принципе, в ограниченных объемах используются они в подобных машинах и по сей день.
Однако, согласитесь: генератор, не боящийся воды и пыли, с увеличенным сроком службы благодаря отказу от трущихся насухую деталей – это весьма недурственно! Причем неплохо для любого генератора, а не только для установленного на грузовике или комбайне! Почему же технология не распространилась на массовый легковой сегмент? Причин тут несколько.
Все это и ряд других факторов ограничивали и продолжают ограничивать распространение таких генераторов. А после эволюционной оптимизации генераторов со щетками (ставших мощнее, компактнее, линейнее и т. п.) преимущества «бесщеточников» оказались еще менее выраженными. Несмотря на явно изнашивающиеся пары трения медь-графит, реально щеточные генераторы ходят весьма долго и их не принято считать потенциально проблемным узлом автомобиля, требующим инновационных вмешательств.
Впрочем, в ряде случаев бесщеточные генераторы имеют актуальность не только на фурах и тракторах. К примеру, щеточного узла нет на некоторых генераторах ряда дизельных кроссоверов BMW и Mercedes. В их моторах применяются генераторы повышенной мощности (180-190 ампер) с водяным охлаждением, которые прикручиваются своей задней крышкой к крышке водяной рубашки двигателя с соответствующим отверстием, как бы «затыкая его своим задом», и, таким образом, частично омываются антифризом. В конструкции мощных водоохлаждаемых генераторов щетки сильно затрудняют компоновку и обслуживание, поэтому от них иногда отказываются. Также серийно встречаются такие генераторы в некоторых комплектациях серьезных рамных внедорожников типа Nissan Patrol. А уазисты любят внедрять в свои тюнингованные «котлеты» не боящиеся купания в болоте 110-амперные бесщеточные генераторы от автобусов ПАЗ. Ну а алтайский завод тракторного электрооборудования еще с советских времен (и, кажется, по сей день!) производит небольшими тиражами бесщеточный генератор для моделей ВАЗ классического (01-07) и раннего переднеприводного (08-099) семейств.
Тем не менее в конечном итоге все решает экономика и отчасти инжиниринг. На сегодняшний день в массовом потребительском автопроме надежность простейшего щеточного генератора принята за образец баланса цены, живучести и ремонтопригодности. И отходят от этого канона лишь в относительно редких случаях, когда проектирование технически сложного, продвинутого и достаточно дорогого автомобиля неизбежно требует усложненных и недешевых решений…
Неисправности щеток генератора: найти и устранить
Одна из проблем с электрикой автомобиля подразумевает износ щеток генератора. Если преобразователь тока выходит из строя, то многие водители спешат его выбросить и покупают новый. Однако часто проблема кроется в истирании угольков — достаточно их заменить, и деталь снова заработает.
Где находятся щётки генератора и для чего они нужны
Щетки применяются в любом электрическом двигателе, каковым является и автомобильный генератор. Они расположены под крышкой устройства, непосредственно соприкасаются с вращающимся коллектором преобразователя (ламелями) на роторе. Ламели — это медные контакты в виде колец, которых на преобразователе всего два.
Как и было написано, графитовые угольки расположены под крышкой — задней, которая на установленном преобразователе смотрит в сторону двигателя. Чтобы вытащить их, не нужно целиком демонтировать генератор с машины, щеточный узел держится на одном болте и подключен к регулятору напряжения. Однако на некоторых автомобилях снимать устройство придется, так как конструкция там не позволяет поступить иначе.
Признаки неисправности
Ниже приведены явные признаки неисправности щеток генератора, указывающие на время их замены:
Рекомендуется проверять устройство преобразования тока каждые 40-50 тыс. км пробега машины. Именно на этом отрезке времени щетки преобразователя обычно изнашиваются. Устройство становится не в состоянии заряжать АКБ, отчего та быстро садится.
Еще одним признаком, указывающим на проблему с генератором, является запах гари и в некоторых случаях — появление дымка из-под капота. Это свидетельствует об отслоении дорожек и кусков резины от приводного ремня. Такое происходит по причине подклинивания какого-то навесного оборудования — возможно обводных роликов. Преобразователь с неисправным ремнем не сможет нормально работать.
Как проверить щетки
Самый просто способ — проверить предохранитель, отвечающий за генератор. При неисправности, замените его. Потом желательно осмотреть целостность ремня, проводки и корпуса преобразователя. Если все в порядке, то надо переходить к контролю щеток.
Чтобы проверить, стерлись щетки генератора или нет, надо измерить их остаточную длину. Если элементы короче 5 мм, то их надо заменять. Контроль угольков обязан проводиться при плановом осмотре электрики автомобиля.
Однако этот способ даст лишь поверхностное представление о состоянии щеток. Да и на многих автомобилях графитовые элементы совмещены с регулятором напряжения, а поэтому заодно проверяется и эта деталь. Как правило, для проверки используют мультиметр — но сойдет и обычная 12-вольтовая лампочка. Она соединяется с угольками, а на массу и плюс регулятора напряжения подается ток в 12 вольт. Индикатор должен гореть, а при увеличении напряжения (15 В и выше) — тухнуть.
Другой способ, уже с использованием тестера (мультиметра). Включить бортовое напряжение, мотор не заводить — напряжение должно быть в пределах 12 В. После этого на заведенном двигателе замерить напряжение на клеммах аккумулятора и выводах генератора. Ток должен находиться в пределах 13-14,7 вольта. Если заметны колебания в большую сторону, то идет перезаряд (скорее всего, неисправен регулятор). А если отклонение в меньшую сторону, что-то со щетками или поступлением тока.
Если конструкция автомобиля не предусматривает проверку и замену щеток на месте, придется сначала демонтировать устройство преобразования тока. Например, так устроено большинство модификаций Киа Рио.
Ниже подробная инструкция по снятию генератора, когда защита двигателя не затрагивается:
Дальше нужно осмотреть состояние щеток. Если они требуют замены, то нужно снять их из узла и поставить новые. Можно также целиком заменить таблетку, но стоить это будет дороже. При умении обращаться с паяльником, расходы удастся заметно снизить и сэкономить. Задача простая — отпаять обратные концы угольков, чтобы детали выпали из своих посадочных отверстий.
В процессе установки новых щеток, не забудьте вдеть сначала пружинки. Под каждый уголек предусмотрена пружина, которая держит элементы внутри гнезд таблетки. Их тоже желательно заменить новыми — идут в комплекте.
Как избежать серьезных поломок
Чтобы не попасть на замену всего генератора и более тяжелый ремонт автомобиля, щетки надо вовремя заменять. Неисправный преобразователь не будет питать аккумулятор, из-за чего увеличится зарядный ток устройства. Это повлечет за собой другие, более тяжелые последствия — к примеру, разрушение диодного моста.
Помните, что генератор имеет самую большую скорость вращения из всех узлов автомобиля — его обороты даже превышают частоту оборотов силового агрегата. Они составляют примерно 10-14 тыс. об/мин, что в 2-3 раз больше, чем у ДВС. Поэтому срок службы электродвигателя и ниже в два раза.
Условно поломки генератора делят на механические и электрические. В первом случае косвенным признаком неисправности становится повышенная шумность работы устройства, что характеризует поломку подшипников в передней крышке. В случае электрического повреждения наблюдается отсутствие напряжения АКБ, низкий ток или превышение заряда.
Факторы, сокращающие ресурс генератора
Заметно сократить ресурс генератора могут:
Регулятор напряжения и диодный мост имеют сравнительно солидный запас прочности.
Распространенной причиной неисправности преобразователя 24/12 вольт в машине является банальный износ и коррозия. Щетки тоже повреждаются чаще всего именно из-за длительной эксплуатации автомобиля.
Ремонт или замена?
Безусловно, ремонт обходится дешевле замены, особенно, если стерлись щетки. Эти расходники стоят недорого, замена проводится легко, без использования специального оборудования. Также устройство проще восстановить, если разрушены подшипники.
Техническое обслуживание генератора надо проводить в срок, а на любой признак (вой, гул, тусклое свечение лампы аккумулятора) быстро реагировать. В противном случае в скором времени придется менять уже преобразователь, так как после внутреннего замыкания и поломок трудно изнашиваемых деталей, ремонт нецелесообразен.
Ресурс и эксплуатация стартеров и генераторов
В автомобиле детали и узлы имеют самые различные ресурсы работы. Одни выходят из строя через 10 тыс. км (например, масляные фильтры), другие – через 200-500 тыс. км (двигатели). За износом нужно внимательно следить, особенно для автомобилей, бывших в употреблении.
Правила эксплуатации стартеров и генераторов
Если не выполнять периодическое обслуживание или профилактический ремонт, то в последствии затраты окажутся существенно большими. Все это в полной мере относится и к генераторам и к стартерам. К примеру, мелкий ремонт стартера для «Мерседеса» может обойтись в 20$. Но если профилактику не сделать, то замена старого стартера на новый может обойтись примерно в 700$. Как видим, разница существенная.
У каждого стартера и генератора свой ресурс
В среднем ресурс стартеров и генераторов составляет около 120 тыс. км или 4-5 лет эксплуатации. Относительно небольшой срок службы этих узлов обусловлен тем, что они работают в очень тяжелых условиях.
Так, например, генератор работает при частоте вращения 10-14 тыс. оборотов в минуту – это самая большая скорость, с которой вращается только это оборудование в автомобиле! Обороты двигателя, как известно, не превышают 5-6 тыс.
А стартеру, имеющему небольшие габариты, приходится вращать массивный маховик приводить в движение всю кривошипно-поршневую группу двигателя. Работа стартера практически постоянно идет в самых неблагоприятных, а подчас и просто экстремальных, условиях. Уже по своему назначению этот небольшой электромотор должен сдвинуть с места и крутить с нужной скоростью всю массу нагруженного на него «железа» двигателя: коленвала, поршневой, ГРМ и приводимого навесного.
Но справляться с этой задачей без проблем стартер способен только при нормальном техническом состоянии двигателя, на которое тот рассчитан. Между тем состояние моторов далеко не всегда соответствующее: низкокачественное, сильно густеющее при морозе масло, плохое смесеобразование и воспламенение в цилиндрах, всевозможные технические проблемы и износы узлов двигателя – все это приводит к эффекту, называемому «затрудненным пуском», он является первым врагом стартера.
Прежде всего, страдает электрическая часть. При нагрузке на валу якоря выше расчетной (например, при загустевшем от морозов масле в двигателе), на стартере сильно повышается ток, отчего в области контактов тягового реле и щеток коллектора возникает электрический дуговой разряд, постепенно выжигающий материал контактов. В итоге контакты реле и щеток коллектора покрываются слоем нагара, отчего, в первом случае, стартер перестает включаться, а во втором теряет мощность и не может крутить двигатель с нужной скоростью. Последнее, кстати, подчас проходит мимо внимания, особенно в машинах с хорошей шумоизоляцией, и, предпринимая все новые попытки пустить двигатель, водитель все более «дожигает» контакты. Но, даже заметив слабость вращения, это часто относят к подсевшему аккумулятору, между тем как это – начало «болезни» стартера.
Вообще, тяговое реле и коллектор можно назвать типичными слабыми местами стартера – достаточно большое число проблем связано как раз с этими узлами. В этом «помогают» возникающий при перепадах температур водяной конденсат и летящая из-под днища грязная вода, которая постоянно понемногу просачивается в стартер. Отсюда, кроме нетленных «пригоревших пятаков» (т. е. контактной группы, активирующей вращение), возникают и такие обычные неисправности тягового реле, как замыкание и перегорание в обмотках, а в более запущенных случаях – и застревание от замерзшего конденсата и/или грязи якоря. Не меньше проблем и с коллектором, который, напомним, предназначен для питания якоря и состоит из вращающейся части на якоре в виде вплавленных в изолятор пластин, связанных с обмотками якоря, и неподвижных щеток, передающих ток на пластины. Типичная проблема при этом – механический износ щеток, вызывающий их «подвисание», отчего на якорь не поступает ток и стартер теряет мощность, а сама щетка, в свою очередь, тоже начинает «подгорать».
Много вреда стартеру способно принести и включение на время, превышающее предписанные нормы. И дело тут не только в разрядке АКБ. Не предназначенный для продолжительной работы, стартер начинает сильно нагреваться, отчего, особенно в присутствии влаги, возможно перегорание обмоток и повышенный износ втулок, в которых вращается якорь. Эти втулки, кстати, постепенно изнашиваются, и их нужно вовремя заменять – иначе якорь начинает «бить», цепляясь за статор, и стартер сначала теряет мощность, а затем выходит из строя.
Еще одно «больное место» стартера – узел Бендикса с обгонной муфтой и шестерней. Одна из обычных неисправностей здесь – запаздывающий выход шестерни из зацепления с маховиком. При этом узел шестерни и обгонной муфты подвергаются экстремальной нагрузке, бешено разгоняясь вращением двигателя. И если передняя втулка оказывается чрезмерно изношенной, то шестерню может перекосить и заклинить между картером. Подобное может случиться и при подгорании контактов тягового реле, или при заедании замка зажигания, когда стартер не отключается после пуска двигателя. И на автомобилях с хорошей шумоизоляцией, или просто у неопытного водителя, который поехал как ни в чем не бывало, стартер перегревается и «сгорает», а шестерня клинит (часто принимается за «клин» двигателя). Кстати, похожий эффект постепенно вызывает и очень часто встречающаяся у неопытных автовладельцев т.н. «передержка стартера», когда водитель продолжает еще некоторое время удерживать ключ, между тем как двигатель уже работает.
Еще чаще встречается обратная неисправность муфты – неполное введение шестерни в зацепление с зубчатым венцом маховика, отчего шестерня изнашивается сама и «съедает» зубцы на маховике. В итоге шестерня стартера перестает цеплять и крутить маховик – в таких случаях из моторного отсека начинает доноситься характерный треск. Похожее потрескивание можно услышать и при другой типичной неисправности бендикса – износе и прокрутах обгонной муфты, у которой шарики перестают заклиниваться в канавках и не передают вращение на шестерню.
Иногда с муфтой случается неприятность и похуже – когда шарики, наоборот, не освобождаются и вращение от запустившегося двигателя начинает передаваться на стартер. При разнице в диаметре шестерен стартер начинает вращаться с огромной скоростью, и если шестерня стартера все-таки не выходит из зацепления, тогда происходит т. н. разнос стартера. Тогда под действием центробежной силы отрываются с мест обмотки якоря, стартер заклинивает, шестерня встает наперекосяк и крошится венцом маховика; обломанные зубцы при этом могут быть «протащены» двигателем и застрять дальше по ходу между картером и маховиком.
Чаще всего в стартерах приходится менять бендиксы, планетарные механизмы, втулки, втягивающее реле, щетки, а генераторах – подшипники, регуляторы напряжения, щетки. Для стартера очень характерен принцип т. н. лавинных поломок, когда неисправность в электрике влечет механический износ, и наоборот, проблемы с механикой прямо отражаются на электрической части. При этом неисправности почти всегда идут «по нарастающей», и ездить всю жизнь с «небольшой болячкой» скорее всего не получится.
Лучше это сделать вовремя, иначе придется раскошелиться по-крупному и купить новый узел. А его цена может оказаться сопоставимой или даже большей, чем стоимость целого автомобиля.
Ремонтировать нужно сразу после покупки
Однако проблемы со стартерами и генераторами случаются не только при длительной эксплуатации автомобилей. При покупке автомобиля, бывшего в эксплуатации, очень велика вероятность, что этим узлам требуется в каком-либо виде ремонт. Объясняется это довольно просто.
Стартеры на б/у авто имеют, как правило, изношенные втулки. На Западе их не меняют. Если и заменяют, то целиком стартер, а поскольку это дорого, то стартер оставляют без замены. Поэтому в Украине и оказываются машины со стартерами, у которых втулки изношены.
Однако бывает и еще хуже. Часто стартеры и генераторы при предпродажной подготовке за границей меняют на более старые и изношенные. Этому способствует то, что многие стартеры и генераторы разных производителей взаимозаменяемы. И даже у одного производителя имеются изделия, отличающиеся по мощности и массе. Как правило, более новые разработки имеют меньший вес, большую мощность и более высокую надежность. Вот и занимаются подменой в расчете на то, что в последствии можно будет хорошо заработать при ремонте другого авто. Ведь генератор или стартер от старой модели автомобиля можно приобрести на свалке за 30-50 марок, а более новый стоит на порядок дороже.
Так, на «Мерседесах» с кузовом 124 можно часто обнаружить генераторы, рассчитанные на максимальный ток силой 55А от «Мерседеса» с кузовом 123, хотя должны использоваться генераторы на 70А. И разница в их цене существенная, да и маломощный генератор быстро выходит из строя.
Или другой пример. На «Форде-Скорпио» и «Форде-Сиерра» в 1985 году устанавливались стартеры старой разработки мощностью 0,8 кВт. Слишком маломощные стартеры быстро выходили из строя, и впоследствии их заменили на более мощные – 1,4кВт. При продаже автомобилей в Германии часто мощные стартеры заменяют на более слабые. Результат – быстрый выход из строя.
Главная «беда» стартеров – втулки
Во втулках стартера вращается вал якоря. Материал втулок – особенный – медно-графитовый, а изготавливаются втулки методом высокоточной прессовки с точностью до 0,001 от диаметра вала. Наличие графита в материале позволяет в течение срока эксплуатации обеспечивать смазку вала якоря.
Всякие другие материалы для втулок не подходят в принципе. Простые точеные на токарном станке втулки из латуни, бронзы или меди просто недопустимо использовать в стартерах. Они работают до тех пор, пока не закончится в них смазка. А это происходит очень быстро. После чего медь или латунь начинает «наматываться» на ось вала, втулка «погибает». Да и высокую точность изготовления втулок в кустарных условиях часто невозможно обеспечить.
Что происходит, когда втулка выходит из строя? Вал якоря начинает бить, разбивается планетарный механизм, бендикс, зубья венца маховика. Чем быстрее обратиться к специалистам тем меньше окажутся затраты на ремонт. Но когда якорь начнет бить по стартеру, то такому стартеру уже нельзя будет помочь, придется его выбросить. А может и не только его, за ним может последовать и венец маховика.
Какой срок службы щеток генератора?
Как часто нужно менять щетки на генераторе?
Основные признаки необходимости замены щеток
Вопрос, как заменить щетки генератора, достаточно актуален, но прежде всего, необходимо понять, когда именно нужна замена. Специалисты рекомендуют проверять щеточный узел раз в 50 000 километров (или один раз в четыре года), тогда проблем с щетками генератора не возникнет.
Сколько служит генератор?
В среднем ресурс стартеров и генераторов составляет около 120 тыс. км или 4-5 лет эксплуатации. Относительно небольшой срок службы этих узлов обусловлен тем, что они работают в очень тяжелых условиях. Так, например, генератор работает при частоте вращения 10-14 тыс.
Как понять что нужно менять щетки на генераторе?
Признаки, говорящие, что пора менять щетки генератора:
Как определить износ щеток?
Топ 4 признака износа щеток стеклоочистителя
Что будет если не менять щетки генератора?
Что будет, если вовремя не заменить щётки на генераторе автомобиля. Полный износ колец, под замену, сложно, дорого, долго, неудобно. Полный износ колец, под замену, сложно, дорого, долго, неудобно. По мере работы любого движущегося, крутящегося агрегата происходит износ его трущихся компонентов.
Как часто менять генератор?
Рабочий ресурс ремня генератора обычно составляет примерно 50…60 тысяч километров.
Сколько по времени ремонтировать генератор?
Ремонт генератора или ремонт стартера снятого с автомобиля происходит как правило от 30 минут до 1 часа! Снятие/установка агрегата может занять от 0.5 часа до 2 часов.
Какое напряжение должно быть на возбуждение генератора?
В идеале напряжение должно быть порядка 12,5 Вольт. После запуска двигателя напряжение на АКБ должно составлять не менее 13,8 Вольт и не более 14,5 Вольт.
Как проверить работоспособность генератора?
Еще один способ того, как проверить снятый генератор, заключается в диагностике регулятора напряжения. Для этого к его щеткам нужно подключить лампочку на 12 вольт, а на массу устройства и его плюсовую клемму подать напряжение. Если все нормально, лампочка будет гореть и погаснет при увеличении напряжения до 15 В.