В этой статье мы расскажем о принципах работы генератора автомобиля, всегда ли он вырабатывает достаточно энергии, особенностях зарядки аккумулятора на холостом ходу, сколько энергии потребляет автомобильное оборудование.
У многих автовладельцев существует ошибочное мнение, что достаточно запустить двигатель – и разряженный аккумулятор быстро подзарядится до положенного ему состояния. Но это невозможно по двум причинам. При ограниченных способностях генератора выдавать энергию, а аккумулятора принимать, потребуется много времени. И второе – сама система больше приспособлена к поддержанию состояния АКБ, но не к заряду с нулевого уровня. Особенно всё это касается малых частот вращения коленчатого вала.
Принцип работы генератора автомобиля
Практически на всех машинах используется генератор в виде трёхфазной динамомашины переменного тока с последующим выпрямлением диодным мостом. Это достаточно мощный прибор, но его способности пропорциональны частоте вращения ротора. Возникает проблема граничных условий работы.
- Холостым ходом двигателя считаются обороты без нагрузки при полностью отпущенной педали газа. Это не совсем верно, теоретически любой режим работы с отсоединённой трансмиссией будет холостым. Но практически в типовом случае обороты не добавляются, составляя на большинстве машин примерно 800-850 об/мин. Их поддерживает электронный блок управления, регулируя подачу топлива и угол опережения зажигания.
- Отдача генератора при таких оборотах будет совсем незначительной, мощность возбуждения ротора мала, как и частота переменного тока на выходе. В нагрузку поступает слишком мало энергии. С этим справляются путём изменения передаточного числа ременного привода. Соотношение диаметров шкивов выставляют на повышение оборотов примерно в 2-3 раза. Отдача генератора возрастает до приемлемого уровня, но её хватает разве что на питание потребителей и небольшой ток заряда.
- Если ещё сильнее увеличить передаточное число привода, то появится другая проблема – рост частоты вращения ротора на максимальных оборотах ДВС. Если предположить, что они равны примерно 6000 об/мин, то даже при удвоении приводом ротор раскрутится до 12 тысяч. Это очень много, фактически предел для генераторов с приемлемой стоимостью. Дальше увеличивать обороты нельзя, резко снизится долговечность, надёжность, возрастёт стоимость.
- Компромисс достигается путём соглашения с небольшой отдачей на холостых оборотах. Так и сделано на всех автомобилях. Это и надо учитывать при понимании режима зарядки АКБ на холостом ходу двигателя. В целом система энергоснабжения работоспособна почти во всех случаях. Штатная среднестатистическая эксплуатация поддерживает уровень заряженности аккумулятора. Но это не относится к экстремальным режимам.
Всегда ли генератор вырабатывает достаточно энергии
В автомобилестроении существует устойчивая тенденция роста числа и мощности потребителей электроэнергии. Полностью обеспечить их может только очень мощный генератор. К тому же на максимальных оборотах. Но устанавливать его нецелесообразно, это потребует неоправданных затрат. Статистически маловероятны случаи, когда одновременно и на максимуме мощности работают все потребители. Поэтому система энергоснабжения рассчитывается таким образом, что энергии генератора уверенно хватит только на усреднённое их количество.
Недостаток компенсирует разряжающийся аккумулятор, выступая в роли энергетического буфера. А пополняются его запасы в то время, когда наступает излишек мощности генератора, то есть значительное число потребителей выключено. В целом получается нейтральный баланс.
Плохо выполняется это условие, когда потребление высоко и стабильно, например, зимой. Используются многочисленные подогревы, а поездок мало и они не обеспечивают зарядом батарею. Особенно с учётом малых оборотов и низкой температуры электролита. А нагрузка своё возьмёт всегда, вплоть до полного разряда АКБ.
Особенности зарядки аккумулятора на холостом ходу
Главный фактор недозаряда на холостых – несоответствие между потреблением энергии нагрузками и аккумулятором. Первые берут ток из сети даже при недостатке мощности. Падает напряжение, но ток растёт. А батарея обслуживается по остаточному принципу. Если мощности генератора не хватает, что почти всегда будет в режиме малых оборотов холостого хода, то АКБ работает на разряд.
Вторая неприятность – особенности бортовой сети
Даже если мощности хватает, зарядный ток будет ограничен. Растёт внутренняя ЭДС батареи, а с ней суммируется падение напряжения на её внутреннем сопротивлении. Сумма становится равной стабилизированному напряжению сети, ток прекращает расти. Повышать напряжение бортовая система не умеет и не должна.
Сколько энергии потребляет автомобильное оборудование
Можно проиллюстрировать расход энергии основными потребителями:
- обогрев одного сиденья – 100-150 Ватт;
- обогревы зеркал и стёкол – порядка 200 Ватт;
- подогреватель в отопителе – до 300 Ватт;
- управление двигателем – 150 Ватт;
- оборудование мультимедиа – 100 Ватт.
Даже с учетом того, что на холостых вряд ли заработают электроусилители и насос АБС, всё это уже заберёт практически всю мощность генератора, который с трудом выдаст 500 Ватт на малых оборотах. То есть на заряд АКБ ничего не остаётся. При полной мощности генератор выдает чуть больше киловатта.
Как правильно заряжать АКБ
Всё вышесказанное говорит о том, что зимой обязательно следует заряжать батарею от внешнего источника и делать это регулярно. Иначе из-за коротких поездок она не сможет пополнять энергию и обязательно откажет в самый неподходящий момент, когда надо будет отдать большой ток на работу стартёра.
Лучше всего воспользоваться автоматическим зарядным устройством, иначе придётся изучать правила эксплуатации АКБ и режимы её заряда. Перезаряд не менее вреден. Как и надежды на восполнение энергии во время прогрева на холостом ходу.
