Alternatorji in zaganjalniki

Geneza in uporaba.

Začetniki.

Avtomobilski zaganjalnik je ključni sestavni del zagonskega sistema vozila, ki omogoča zagon motorja z notranjim izgorevanjem. Zgodovina in razvoj konstrukcije avtomobilskega zaganjalnika sta tesno povezana z razvojem avtomobilizma. V zgodnjih fazah razvoja avtomobilov so motorje zaganjali ročno z ročico. To je bila fizično zahtevna in pogosto nevarna rešitev, saj je motor lahko "odskočil", kar je lahko povzročilo poškodbe. Leta 1896 so inženirji začeli eksperimentirati z različnimi metodami mehanskega zagona motorjev. Primer je sistem, ki ga je predlagal Karl Benz, ki je uporabljal vzmeti, ki jih je poganjala ročica. Leta 1911 je Charles Kettering, inženir pri podjetju General Motors, izumil prvi električni avtomobilski zaganjalnik. Njegov izum je bil prvič uporabljen v avtomobilu Cadillac leta 1912. Ta električni zaganjalnik je z odpravo potrebe po ročici povzročil revolucijo v avtomobilizmu. V naslednjih desetletjih so električni zaganjalniki postali standardna oprema večine avtomobilov. Tehnologija zaganjalnikov se je nenehno izboljševala, izboljšala se je zanesljivost in zmogljivost. Po drugi svetovni vojni so z razvojem avtomobilske tehnologije zaganjalniki postali naprednejši in zanesljivejši. Leta 2000 so bili uvedeni sistemi start-stop kot odgovor na vse večje zahteve po učinkoviti porabi goriva in zmanjšanju emisij. Ti sistemi samodejno izklopijo motor, ko se avtomobil ustavi (npr. na semaforju), in ga znova zaženejo, ko voznik pritisne na sklopko ali pedal za plin. To je zahtevalo razvoj robustnejših in hitrejših zaganjalnikov. Današnji zaganjalniki so del kompleksnejših sistemov za upravljanje energije v vozilih. Številni sodobni avtomobili, zlasti hibridi in električni avtomobili, uporabljajo alternative, kot so električni motorji, ki delujejo kot zaganjalniki.

Alternatorji.

Avtomobilski alternator, ključni sestavni del električnega sistema vozila, je odgovoren za dobavo električne energije in polnjenje akumulatorja. V začetku 20. stoletja so prvi avtomobili uporabljali alternatorje z enosmernim tokom, ki so mehansko energijo pretvarjali v električno. Vendar so bili ti manj učinkoviti in so imeli omejeno zmožnost polnjenja akumulatorja pri nizkih vrtljajih motorja. V dvajsetih in tridesetih letih prejšnjega stoletja so se izmenični generatorji enosmernega toka postopoma izboljševali, vendar je njihova učinkovitost še vedno predstavljala težavo, zlasti pri vozilih, ki so potrebovala več električne energije.

V petdesetih letih prejšnjega stoletja so se zaradi vse večjih potreb vozil po električni energiji začela prizadevanja za učinkovitejše vire energije. V avtomobilih so začeli preizkušati alternatorje na izmenični tok (AC). Prvi množično proizvedeni avtomobili z alternatorji so se pojavili v šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Alternatorji za razliko od generatorjev proizvajajo izmenični tok, ki se nato s pomočjo usmerjevalnih diod pretvori v enosmerni tok, kar omogoča učinkovitejše polnjenje akumulatorja in napajanje električne opreme v vozilu.

V sedemdesetih in osemdesetih letih prejšnjega stoletja so alternatorji postali standardna oprema večine avtomobilov. Uvedene so bile številne konstrukcijske izboljšave, kot so boljši magnetni materiali, učinkovitejši hladilni sistemi in natančnejši regulatorji napetosti. Današnji alternatorji so tehnološko veliko naprednejši. Za natančno krmiljenje polnilne napetosti in toka uporabljajo mikroprocesorje. Uporaba sodobnih materialov, kot so neodimovi magneti, omogoča, da je alternator učinkovitejši in manjši.

Današnja vozila so opremljena z inteligentnimi sistemi za upravljanje energije, ki optimizirajo delovanje alternatorja glede na delovne razmere. Ti sistemi lahko med pospeševanjem izklopijo alternator in tako zmanjšajo obremenitev motorja ter izboljšajo izkoristek goriva. V hibridnih in električnih avtomobilih tradicionalne alternatorje pogosto nadomestijo bolj izpopolnjeni sistemi za polnjenje in upravljanje energije. Popolnoma električna vozila ne potrebujejo tradicionalnih alternatorjev, saj njihovi sistemi napajanja temeljijo na velikih pogonskih baterijah in naprednih sistemih za pretvorbo energije.

Konstrukcija in načelo delovanja.

Začetni.

Avtomobilski zaganjalnik je zapletena elektromehanska naprava, ki ima ključno vlogo pri zagonu motorja z notranjim izgorevanjem. Sestavljen je iz več osnovnih sestavnih delov, ki skupaj pretvarjajo električno energijo v mehansko gibanje.

Osnovni sestavni del zaganjalnika je elektromotor na enosmerni tok (DC). V motorju so ogljikove ščetke, ki se dotikajo komutatorja in omogočajo pretok toka v rotorsko navitje. Rotor, vrteči se del motorja, je obdan s statorjem, ki vsebuje navitja ali trajne magnete, ki ustvarjajo magnetno polje. Ko skozi navitja rotorja teče tok, se ustvari magnetno polje, ki reagira s statorskim poljem in povzroči vrtenje rotorja.

Zaganjalnik vsebuje tudi sklopni mehanizem, imenovan bendix, ki povezuje zaganjalnik z vztrajnikom motorja. Ko se zaganjalnik aktivira, se bendix premakne in se poveže z vztrajnikom, kar omogoča prenos navora z zaganjalnika na ročično gred motorja. Ko je motor z notranjim izgorevanjem zagnan, se bendiksa samodejno odklopi, da se prepreči poškodba zaganjalnika.

Druga pomembna komponenta je elektromagnetno stikalo, znano tudi kot avtomatsko stikalo. Omogoča pretok električne energije do zagonskega motorja in premikanje mehanizma sklopke (bendiksa). Ko voznik obrne ključ vžiga ali gumb za zagon motorja, tok iz akumulatorja steče v elektromagnetni stikalo. Ta ustvari magnetno polje v tuljavi, ki privlači gibljivo jedro v solenoidu. To gibanje ima dva ključna učinka:

1. Zaradi vleka jedra se notranji kontakti zaprejo. Ti kontakti delujejo kot rele in omogočajo pretok velikega toka iz akumulatorja v zagonski motor. Začetni motor potrebuje veliko količino toka, da ustvari dovolj navora za vrtenje ročične gredi motorja z notranjim izgorevanjem. Zaprtje kontaktov s pomočjo elektromagnetnega polža omogoča pretok tega toka.
2. Gibanje jedra premika mehanizem bendiksa, ki je povezan z vztrajnikom motorja z notranjim izgorevanjem. Bendix je povezan z rotorjem zaganjalnika in ko elektromagnet pritegne jedro, se bendix raztegne, pri čemer se verižnik zaneti z vztrajnikom. Zaradi tega se navor prenese z zaganjalnika na ročično gred motorja z notranjim zgorevanjem, kar povzroči zagon motorja.

Ko je motor z notranjim izgorevanjem zagnan in je ključ za vžig sproščen, tok v tuljavi stikala preneha teči. Magnetno polje izgine in vzmet potegne jedro nazaj v prvotni položaj. To odklopi kontakte in prekine pretok toka v zaganjalnik, zaradi česar se bendix odklopi od vztrajnika motorja.

Celoten sistem je zaprt v ohišju zaganjalnika, ki notranje komponente ščiti pred umazanijo in mehanskimi poškodbami. To ohišje je običajno izdelano iz kovine, da je zagotovljena trajnost in odpornost na težke delovne pogoje.

Alternator.

Avtomobilski alternator je naprava, sestavljena iz več ključnih sestavnih delov, ki skupaj proizvajajo električno energijo in polnijo akumulator vozila. Sestavljajo ga rotor, stator, usmerniške diode, regulator napetosti in ohišje.

Rotor je osrednji del alternatorja in je sestavljen iz gredi, na kateri so navita navitja, ki tvorijo elektromagnet. Ko tok teče skozi rotorsko navitje, se ustvari magnetno polje. Rotor se vrti v statorju zaradi pogonskega jermena, povezanega z ročično gredjo motorja.

Stator obdaja rotor in je sestavljen iz jedra, sestavljenega iz plasti tanke jeklene plošče, in navitja, navitega okoli njega. Ko se rotor vrti, njegovo magnetno polje prečka statorsko navitje in v njem povzroča izmenični tok (AC).

Usmerjevalne diode so elektronske komponente, ki pretvarjajo izmenični tok v enosmerni tok (DC). Alternator običajno vsebuje niz šestih diod, ki so povezane v usmerniški most. Te diode omogočajo pretok toka samo v eni smeri, kar odpravlja nihanja izmeničnega toka in zagotavlja konstanten tok električnemu sistemu in akumulatorju vozila.

Regulator napetosti je ključna komponenta, ki nadzoruje raven izhodne napetosti alternatorja. Njegova glavna naloga je vzdrževanje konstantne izhodne napetosti, običajno okoli 14,4 V, ne glede na hitrost motorja in električno obremenitev. Regulator napetosti spremlja izhodno napetost in ustrezno prilagaja tok vzbujanja rotorja, da zagotovi stabilno napetost.

Ohišje alternatorja ščiti notranje komponente pred umazanijo in mehanskimi poškodbami. Običajno je izdelano iz aluminija, ki zagotavlja trdnost in učinkovito odvajanje toplote. Ohišje ima tudi prezračevalne odprtine in ventilator, ki pomagajo hladiti alternator med delovanjem.

Ko avtomobilski motor deluje, pogonski jermen vrti rotor alternatorja in ustvarja magnetno polje, ki inducira tok v navitjih statorja. Ta tok se nato z diodami izravna in uravnava z regulatorjem napetosti, kar omogoča stabilno napajanje električnega sistema vozila in polnjenje akumulatorja.

Postopek regeneracije.

Začetni.

Vsak zaganjalnik se v postopku obnove razstavi na dele, ki se nato očistijo. Vsi deli se temeljito očistijo, da se odstranijo umazanija, olje, prah in druge nečistoče. Kovinski deli se lahko očistijo s kemikalijami ali mehanskimi sredstvi, kot je peskanje. Čiščenje je ključnega pomena za zagotovitev pravilnega delovanja novih sestavnih delov v čistem okolju. Naslednji korak je temeljita ocena obrabe in stanja vseh sestavnih delov. Posebno pozornost namenimo stanju ogljikovih ščetk, komutatorja, ležajev, rotorskega in statorskega navitja ter bendiksa in preklopnega solenoida. Vsi deli, ki so poškodovani, obrabljeni ali ključni za pravilno delovanje zaganjalnika, se zamenjajo z novimi. Ko je zaganjalnik sestavljen, se opravijo preskusi pod obremenitvijo, pri katerih se preverijo njegovi obratovalni parametri. Ustrezen tehnološki postopek, visokokakovostni nadomestni deli in končno preverjanje delovanja zaganjalnika zagotavljajo njegovo pravilno delovanje po vgradnji v vozilo.

Alternator.

Vsak alternator v postopku obnove je razstavljen na dele, ki se nato očistijo. Vsi deli se temeljito očistijo, da se odstranijo umazanija, olje, prah in druge nečistoče. Kovinski deli se lahko očistijo s kemikalijami ali mehanskimi sredstvi, kot je peskanje. Čiščenje je ključnega pomena za zagotovitev pravilnega delovanja novih sestavnih delov v čistem okolju. Naslednji korak je temeljita ocena obrabe in stanja vseh sestavnih delov. Obrabljeni ali poškodovani deli se nadomestijo z novimi ali obnovljenimi deli. Tipične komponente, ki jih je treba zamenjati, so oglene ščetke, drsni obročki, ležaji in usmerniške diode. Če je poškodovan, se lahko zamenja tudi regulator napetosti. Usmerjevalne diode in regulator napetosti se temeljito preizkusijo, da se zagotovi pravilno delovanje. Poškodovane diode se zamenjajo, regulator napetosti pa se preveri, da se zagotovi stabilna izhodna napetost. Sestavljeni alternator se preizkusi na preskusni napravi, da se preveri njegovo delovanje. Preskusi lahko vključujejo preverjanje izhodne napetosti, polnilnega toka in stabilnosti delovanja pri različnih hitrostih.

Vzroki in vrste poškodb.

Simptomi, ki lahko kažejo na okvaro zaganjalnika:

1. Na obračanje ključa ali pritisk gumba Start se ne odziva.
2. Premajhna hitrost zaganjalnika, zaganjalnik se "vrti" počasneje kot običajno.
3. Hrup med delovanjem zaganjalnika.
4. Težave pri zagonu ogretega motorja.
5. Neenakomerno delovanje - včasih deluje, včasih ne.

Najpogostejše okvare zaganjalnika so:

1. Onesnaženje.
2. Prenapetosti.
3. Poškodbe ali obraba mehanskih delov.
4. Poškodbe ali obraba električnih komponent.
5. Korozija.
6. Pregrevanje.

Simptomi, ki lahko kažejo na okvaro alternatorja:

1. Prižgana lučka za polnjenje na armaturni plošči.
2. Nenavadni zvoki iz motornega prostora.
3. Napetostni skoki v sistemu - zatemnitev luči, težave z delovanjem naprav, kot sta radio ali navigacija.
4. Težave pri zagonu motorja zaradi nezadostnega napajanja akumulatorja ali njegovega pomanjkanja.

Najpogostejše okvare alternatorja so:

1. Onesnaženje.
2. Korozija.
3. Poškodbe ali obraba mehanskih delov.
4. Poškodbe ali obraba električnih komponent.
5. Prenapetosti.