Таблица 1. Основные параметры генераторов К1, NI
Тип | Ток отдачи А при частоте вращения | Наружный диаметр статора, мм | Масса (без шкива), кг | ||
1500 мин-1 | 6000 мин-1 | ||||
K1-14v | 20/45A | 20 | 45 | 125 | 4 |
23/55A | 23 | 55 | 125 | 4,2 | |
23/65A | 23 | 65 | 125 | 4,5 | |
28/70A | 28 | 70 | 125 | 4,7 | |
30/85A | 30 | 80 | 125 | 5,1 | |
N1-14v | 36/80A | 36 | 80 | 138 | 5,6 |
34/90A | 34 | 90 | 138 | 5,6 | |
40/115A | 40 | 115 | 142 | 6,2 | |
25/140A | 25 | 140 | 142 | 6,4 |
По обозначению генератора, указанному на наклейке, расположенной на цилиндрической части задней крышки генератора, можно определить характерные точки его токоскоростной характеристики и номинальное напряжение. Обозначение соответствует первой графе табл. 1. После номинального напряжения дробью указаны силы тока по токоскоростной характеристике при частоте вращения 1500 и 6000 мин-1. Рядом обычно изображается эмблема или марка автомобиля, для которого предназначен генератор: Mercedes, Volvo и т. п. Десятизначный номер модификации, например, 0120489975 отличает генераторы по присоединительным размерам, расположению выводов, параметрам и т. п. До середины 80-х годов фирма использовала несколько иной способ указания типа генератора с его электрическими параметрами. Например, K1-14v 65А 25, где 65А - ток отдачи при 6000 мин-1, а число 25 означает, что частота вращения генератора равна 2500 мин-1 при отдаче тока, равного 2/3 от тока при 6000 мин-1.
Генераторы одного и того же типа могут иметь несколько модификаций, которые отличаются отдельными конструктивными и электрическими параметрами (присоединительные размеры, включая приводной шкив и внешние выводы, способы защиты от загрязнения и повышенной температуры в подкапотном пространстве, размеры подшипников, уровень регулируемого напряжения, защита от перенапряжений в бортовой сети). Модификацию отличает десятизначный номер, о чем говорилось выше.
Генераторы К1 и NI имеют одинаковую электрическую схему, которая приведена на рис. 6, а. Помимо "массы", генераторы имеют следующие внешние выводы с обозначением:
- "В+" - силовой вывод для соединения с плюсовым проводом бортсети (батарея и нагрузка);
- "D+" - вывод "+" от дополнительного выпрямителя обмотки возбуждения для соединения с лампой контроля работоспособного состояния генераторной установки;
- "+" - дополнительный вывод силового "+" для включения помехоподавительного конденсатора 2,2 мкФ;
- "W" - вывод фазы обмотки статора.
Собственно генератор выполнен с электромагнитным возбуждением и контактными кольцами, с трехфазной двухполупериодной схемой выпрямления и тремя диодами дополнительного выпрямителя обмотки возбуждения.
Для генераторов повышенной мощности используется дополнительное плечо с включением на нулевую точку обмотки статора. Обмотка возбуждения одним концом включена на вывод "D+", а другим через выходной транзистор на "массу". На эти же точки подсоединена и входная цепь регулятора напряжения. Контроль исправности генератора при эксплуатации автомобиля осуществляется с использованием контрольной лампы, мощность которой по рекомендации фирмы должна быть не менее 2 Вт, чтобы обеспечить возбуждение генератора на минимальной частоте вращения двигателя. Между выводом "D+" и "массой" внутри генератора обычно включается добавочное сопротивление 68 0м для обеспечения сигнализации (загорание лампы) обрыва цепи возбуждения в период движения автомобиля. Без этого сопротивления в случае указанного дефекта была бы возможна разрядка аккумуляторной батареи из-за отсутствия сигнализации водителю о неисправном генераторе.
Рис. 14. Общий вид генераторов К1, NI фирмы Bosch
Конструкция генераторов рассчитана на сохранение работоспособности при максимальной частоте вращения 15000 мин-1, изменении температуры окружающей среды от -40 до +80°С и вибрационных нагрузках до 30g (g — ускорение свободного падения). Средний срок службы 150 тыс. км пробега автомобиля. На рис. 14 представлен общий вид генераторов К1, NI, а на рис. 15 их внутреннее устройство.
Рис.15. Внутреннее устройство генераторов К1, NI фирмы Bosch: 1 - шкив; 2 - вентилятор; 3, 7 - передняя и задняя крышка; 4 - статор; 5 - обмотка возбуждения: 6 - выпрямительный блок; 8 -контактные кольца; 9 - резиновое кольцо; 10 - прижимная шайба; 11 - узел "щеткодержатель-регулятор напряжения"; 12 - стяжной винт; 13 - крепежная лапа
Пакет железа статора, изготовленный навивкой стальной ленты на ребро, имеет 36 полузакрытых пазов с изоляционным покрытием, выполненным методом напыления. При значительном пробеге в условиях влажности и колебаний окружающей температуры может наблюдаться растрескивание и отслоение запыленной изоляции на торцах пакета статора, что способно привести к отказу генератора из-за замыкания на "массу" уложенной в пазы обмотки статора. Магнитная система ротора двенадцатиполюсная. Сопротивление обмотки возбуждения на разных типах генераторов различно, и находится в диапазоне 4,5...2,6 Ом. Различные токоскоростные характеристики (мощность) типов генераторов одной серии обеспечиваются изменением главным образом обмоточных данных статора и ротора (число витков и диаметр провода). Выпрямительный блок (рис. 16) состоит из двух расположенных в одной плоскости алюминиевых или медных теплоотводов толщиной 2,5...3 мм, в отверстия которых запрессованы силовые диоды соответствующей полярности, выполненные в цилиндрическом медном корпусе диаметром 12,77 мм (0,5 дюйма). Каждый из этих диодов обычно рассчитан на выпрямленный ток не более 30 А. Поэтому в генераторах N 1 на ток более 90 А применяют блоки с удвоенным числом диодов (по 2 диода в параллель). Теплоотводы закреплены на пластмассовой монтажной плате с спрессованными в нее соединительными медными проводниками, к которым привариваются выводы силовых диодов и трех диодов дополнительного выпрямителя, закрепленных на плате, и припаиваются выводы фаз обмотки статора. Дополнительные диоды выполнены в пластмассовом корпусе, каждый из них рассчитан на ток около 2 А.
Рис. 16. Выпрямительный блок генераторов К1, NI фирмы Bosch: а - выпрямительный блок, б - диод выпрямительного блока; 1 - положительный теплоотвод; 2,8 - выводы "В+" генератора; 3 - вывод "D+" генератора; 4 - вывод "+" для конденсатора; 5 - запрессованный диод; 6 - отрицательный теплоотвод; 7 - вывод "W" генератора; 9 - пружинный вывод "D+"
Положительные тепло-отводы.как правило, покрываются изолирующей краской для исключения возможных замыканий на "массу" крышки при сильном загрязнении дорожной пылью с проводящими солевыми растворами. На выпрямительном блоке закреплены внешние выводы генератора: "В+" - винтовой или плоский штекер, в том числе сдвоенный; "D+" - плоский штекер, "+" для конденсатора - плоский штекер и "W" - обычно плоский штекер. Имеется также внутренний пружинящий плоский вывод "D+", который при установке щеткодержателя с регулятором напряжения прижимается к его соответствующему контакту и подает питание на цепь возбуждения и регулятор напряжения. Выпрямительный блок крепится несколькими винтами на внутренней торцевой поверхности крышки со стороны контактных колец, при этом "массовый" (отрицательный) теплоотвод прижимается к приливам, чем обеспечивается электрический и тепловой контакт с крышкой. Внешние выводы выпрямительного блока выходят наружу через соответствующие окна и отверстия в торце крышки. В эксплуатации возможны случаи отказа выпрямительного блока из-за короткого замыкания или отрыва диодов, в том числе вследствие неправильной полярности подключения внешнего источника для запуска двигателя. В окно крышки со стороны контактных колец вставляется и крепится двумя винтами объединенный в неразъемную конструкцию узел "щеткодержатель - регулятор напряжения". Для снятия и установки этого узла разборка генератора не требуется, что является безусловным преимуществом конструкции.
При хорошем доступе к генератору возможен съем и установка узла без снятия генератора с двигателя. Корпус щеткодержателя, выполнен из изоляционного материала с шинами для соединения внутренней схемы с регулятором, канатиками щеток, "массой" крышки, пружинным контактом выпрямительного блока и дополнительным остеклованным сопротивлением 68 0м. В двух каналах щеткодержателя размещены меднографитовые щетки с канатиками и нажимные пружины. Поперечное сечение щеток 5х8 мм. В процессе эксплуатации щетки изнашиваются и при выступающей высоте менее 5 мм должны быть заменены новыми для исключения их зависания и отказа генератора. При значительном пробеге может отмечаться существенный износ контактных колец, наружный диаметр которых в исходном состоянии в зависимости от типа генератора и времени выпуска равен 32 или 28 мм. Наиболее интенсивный износ контактных колец и щеток наблюдается при их загрязнении.
Закрепленный металлическими заклепками на корпусе щеткодержателя регулятор напряжения выполнялся до 1980 г. с электрической схемой на дискретных элементах и в пластмассовом корпусе в форме параллелепипеда (тип ЕЕ), а в последующие годы - на гибридной интегральной схеме, размещенной в герметичном металлическом круглом корпусе (типа корпуса транзистора) с фланцем и жесткими выводами (тип EL4C). Корпус регулятора EL4C несет электрический потенциал, в связи с чем для исключения отказа при возможных внешних замыканиях имеет прочное изоляционное покрытие черного цвета. В первые годы выпуска корпус защищался пластмассовой крышкой. Изоляционное покрытие наносится и на выводы регулятора, чтобы исключить влияние на его работоспособность возможных замыканий при загрязнении.
По присоединительным размерам узлы щеткодержателей с регуляторами типа ЕЕ и EL взаимозаменяемы. Следует иметь в виду, что щеткодержатели с регуляторами напряжения выпускаются в двух невзаимозаменяемых модификациях для генераторов с диаметром контактных колец 28 и 32 мм. Выбор модификации осуществляется изготовителем автомобиля и зависит от климатических температурных условий эксплуатации автомобиля, а также температурного режима под капотом в месте установки генератора и аккумуляторной батареи. Для районов с континентальным климатом предпочтение следует отдать второму варианту. Модификации регуляторов напряжения (в том числе по уровню напряжения настройки) различаются номерами, нанесенными краской на корпусе регулятора.
В опорах ротора фирма применяла шарикоподшипники с односторонними стальными защитными шайбами, а в последнее время с двухсторонним резиновым уплотнением. Для исключения проворота наружной обоймы подшипника в гнезде крышки со стороны контактных колец и износа посадочного места используются различные конструкции, такие как резиновое кольцо в канавке гнезда, облегающее наружное кольцо подшипника, волнистая стальная пружинная шайба, упирающаяся в торец наружного кольца, а в последнее время - пластмассовый стакан, в котором размещается наружное кольцо. Размеры подшипников, определяющие их работоспособность, могут на одном и том же типе генератора меняться в зависимости от величины нагрузки от приводного ремня и требований к надежности на автомобиле. Приводной шкив генератора стальной, штампованный, размеры его и число ручьев зависят от передаточного отношения привода и мощности, передаваемой ремнем с учетом схемы привода и мощности генератора. Со второй половины 80-х годов на ряд модификаций генераторов устанавливаются цельнокатаные стальные шкивы малого диаметра (до 50 мм) под поликлиновые ремни. Кроме того, не применяется шпонка под шкивом и вентилятором, крепление их на валу теперь обеспечивается затяжкой гайки с пружинной шайбой. Одновременно в торце вала со стороны привода выполнено шестигранное углубление под торцевой ключ, для разборки и сборки генератора (для затяжки и отворачивания гайки крепления шкива). Система вентиляции соответствует обычно рис. 11, а и б — у автомобилей с повышенной подкапотной температурой или сильным загрязнением в месте установки генератора. Генератор устанавливается на кронштейне двигателя на одной (чаще всего) или двух лапах. На передней крышке имеется также ухо под натяжную планку. На ряде двигателей с поликлиновым ремнем при зафиксированном положении генератора натяг ремня обеспечивается с помощью натяжного ролика.
В 90-х годах фирма Bosch начала для легковых автомобилей выпуск новой, более совершенной серии генераторов "компактной" конструкции с обозначением GC, КС и NC. В табл. 2 представлены основные параметры генераторов этой серии.
Таблица 2. Основные параметры генераторов GC, КС и NC
Тип | Ток отдачи А, при частоте вращения: | Наружный диаметр статора, мм | Масса (без шкива), кг | ||
1800 | 6000 | ||||
GC-14v | 27- | 27 | 50 | 116 | 4 |
27- | 27 | 60 | 116 | 4 | |
30- | 30 | 70 | 116 | 4,2 | |
KC-14v | 40- | 40 | 70 | 125 | 4,9 |
40- | 40 | 80 | 125 | 4,9 | |
45- | 45 | 80 | 125 | 5,4 | |
45- | 45 | 90 | 125 | 5,4 | |
NC-14v | 50- | 50 | 100 | 142 | 6 |
60- | 60 | 120 | 142 | 6,6 | |
40- | 40 | 140 | 142 | 6,7 |
Генераторы рассчитаны на большее передаточное отношение привода и частоту вращения. Поэтому отдаваемый на оборотах холостого хода двигателя ток фирма указывает при частоте вращения генератора 1800 (вместо 1500) мин-1.
По присоединительным размерам и электрической схеме включения генераторы новой серии в сборе взаимозаменяемы с соответствующими модификациями генераторов К1 и NI. Однако по основным узлам и деталям их конструкция иная.
Рис. 17. Внешний вид генераторов GC, КС и NC фирмы Bosch
Новая серия генераторов, общий вид которой представлен на рис. 17, а устройство на рис. 18 имеет следующие отличия и преимущества в сравнении с генераторами первой серии: вместо внешнего центробежного вентилятора большого диаметра на роторе внутри генератора установлены два вентилятора малого диаметра. Это снизило уровень шума, увеличило КПД и сделало генератор более компактным, что особенно важно при его размещении на современных автомобилях с большой плотностью компоновки оборудования в подкапотном пространстве. Последняя особенность нашла отражение в обозначении типов генераторов новой серии, С — слова "compact". Схема вентиляции (см. рис. 11, б) двухпоточная, аксиально-радиальная. Охлаждающий воздух входит в генератор с двух торцов и уже нагретый выбрасывается через вентиляционные щели на цилиндрической поверхности крышек.
Рис. 18. Устройство генераторов GC, КС и NC фирмы Bosch: 1 - шкив; 2, 6 - передняя и задняя крышки. 3 - вентиляторы; 4 - статор; 5 - стяжной винт; 7 - узел "щеткодержатель-регулятор напряжения"; 8 - защитный кожух; 9 - контактные кольца; 10 - выпрямительный блок; 11 - крепежная лапа; 12 - пластмассовый стаканчик
Контактные кольца вынесены на консольный конец вала с уменьшением их наружного диаметра до 15,5 мм, что повысило срок службы щеток, самих колеи и облегчило защиту всего узла от загрязнения.
Выпрямительный блок с теплоотводами, размещенными друг над другом, выполнен на силовых стабилитронах вместо обычных диодов в том же корпусе, в связи с чем уровень перенапряжений на зажимах генератора и в сети автомобиля не превышает 40 В. Все элементы блока (а не только положительный теплоотвод) имеют надежное изоляционное покрытие от воздействия окружающей среды и возможных замыканий. Блок размещен на наружном торце крышки и закрыт пластмассовым защитным кожухом с вентиляционными щелями, которые формируют направленный поток входящего воздуха. Для доступа к блоку достаточно снять этот кожух. Все электрические соединения на монтажной плате блока сварные, в том числе и выводы фаз обмотки статора. Соединение фаз в схему осуществляется в монтажной плате.
Схема регулятора напряжения выполнена в одном кристалле с "-" на корпусе, что снизило потери мощности в регуляторе и повысило его надежность. Возможно применение такого типа регулятора (обозначение EL14v) в сборе с соответствующими щеткодержателем и на генераторах K1, NI. Однако, в связи с пониженной стойкостью нового регулятора к перенапряжениям на генераторах первой серии должны устанавливаться выпрямительные блоки на силовых стабилитронах.
Изменена система сопряжения статора с крышками (посадка на выступающие в центре пакета пластины), что уменьшило возможные перекосы подшипников. Однако, такая конструкция имеет и недостаток, в связи с тем, что пакет статора не сжимается по торцам крышками. При эксплуатации в условиях повышенной влажности и отрицательных температур проникшая между пластинами влага при замерзании вызывает местные расслоения пакета в осевом направлении, пазовая изоляция нарушается и происходит замыкание обмотки статора на "массу".
Увеличены допустимая температура окружающей среды с +80 до +90°С и максимальная частота вращения с 15000 до 18000 мин'.
Фирма Bosch выпускает также модификации генераторов для установки на автомобили взамен генераторов других фирм. При этом для обеспечения полной взаимозаменяемости электрическая схема генератора и отдельные элементы конструкции могут отличаться от рассмотренных выше. Так же поступают и другие изготовители.