Техническое обслуживание и ремонт автомобилей

Особые меры приняты для повышения надежности регулятора. Так, при случайном обрыве кабеля термодатчика, ТОРН будет продолжать работать как обычный регулятор, утратив лишь функции температурной коррекции и контроля напряжения непосредственно на выводах батареи.

Улучшение условий работы батареи стало заметно почти сразу по прекращению выкипания электролита. В условиях жаркого лета юга Ростовской области периодичность долива воды снизилась до одного раза в год-полтора, причем ее максимальный расход за год не превысил 200 г при пробеге 19тыс. км. Зимой подзарядка требовалась только после длительной стоянки (более двух месяцев). Положительные результаты, отмеченные всеми участниками этих неформальных испытаний, позволили еще до их завершения организовать мелкосерийный выпуск ТОРН, о чем кратко информировал журнал "За рулем" ('94,N3), а также подсказали пути дальнейшего совершенствования регулятора.

В основе создания следующего варианта ТОРН лежали две предпосылки. Во-первых, известно, что заряд аккумуляторной батареи на автомобиле при постоянном напряжении, принципиально не позволяет зарядить батарею полностью. При зарядном напряжении 14В аккумулятор способен зарядиться (даже теоретически!), не более чем на 80-85% своей номинальной емкости /3/. Трудно поверить, но заплатив за батарею емкостью 55 Ач, Вы фактически пользуетесь батареей емкостью не более 45 Ач! К тому же минимально допустимая 75% заряженность, ниже которой зимняя эксплуатация аккумулятора резко ускоряет его гибель, оказывается неожиданно близка к максимально возможной при заряде от генераторной установки автомобиля. Этим обстоятельством продиктована известная многим автолюбителям рекомендация периодически подзаряжать батарею сетевым зарядным устройством при напряжении на ее клеммах 15,5…16 В. Для продления срока службы аккумулятора эту операцию необходимо выполнять, особенно зимой, даже если пока нет никаких претензий к его состоянию. Расплачиваться за это приходится потерями времени и дополнительными расходами на приобретение зарядного устройства и оплату постоянно дорожающей электроэнергии.

Вторая предпосылка связана... с режимом движения автомобиля в городских условиях. Известно, что 65-70% времени движения автомобиль работает на неустановившихся режимах, причем на ускорение приходится 35-40%, а на замедление около 30% /4/. При ускорении потребность в мощности, отбираемой от двигателя трансмиссией, максимальна, тогда как при замедлении имеется ее избыток, а запасенная кинетическая энергия автомобиля рассеивается впустую. Естественно, у меня возникло желание использовать ее для дополнительного подзаряда батареи, опираясь на широко применяемый в электротранспорте принцип рекуперации энергии.

Для этого в рассмотренный выше первый вариант ТОРНа введен разработанный мною (патент РФ N 2040842) узел динамической коррекции зарядного напряжения, функцией которого является выявление режима замедления и соответствующее увеличение тока возбуждения генератора, что обеспечивает дополнительный подзаряд аккумулятора. Наибольший эффект достигается в автомобилях с системой ЭПХХ (о том как повысить эффективность этой системы примерно на порядок - предмет следующей статьи), в которых дополнительный заряд батарея получает при полном прекращении расхода топлива, а энергия для привода генератора отбирается через двигатель и трансмиссию от ведущих колес. В момент окончания режима замедления узел динамической коррекции восстанавливает оптимальный уровень напряжения, однако, в силу ограниченной мощности потребителей электроэнергии, дополнительный заряд расходуется некоторое время, обеспечивая плавное снижение напряжения в бортовой сети до оптимального уровня. В этот интервал времени, длительность которого пропорциональна продолжительности предшествующего замедления и обратно пропорциональна мощности включенных потребителей электроэнергии, ТОРН отключает обмотку возбуждения генератора, а все потребители питаются "бесплатной" энергией отаккумулятора. Ясно, что на этапе ускорения, следующего непосредственно за замедлением, прекращение отбора мощности двигателя генератором позволяет на короткое время увеличить долю мощности, передаваемой в трансмиссию на 2…4 л.с.! (суммарная мощность всех включенных потребителей электроэнергии с учетом КПД генератора и клиноременной передачи) При неуклонном росте количества и мощности потребителей электроэнергии в автомобиле и соответствующем росте мощности генератора (от 550 ВА для ВАЗ-2101 до 960 ВА для ВАЗ-2110) эффект улучшения динамических и топливных характеристик автомобиля от использования данного варианта ТОРН может оказаться весьма заметным.

Более чем шестилетняя эксплуатация нескольких сотен экземпляров ТОРН с динамической коррекцией подтвердила выполнение энергетического баланса, так как доливать воду в среднем приходилось раз в два года, а попытки зимой подзарядить батарею от автоматического зарядного устройства приводили к его отключению уже через 20-30 минут. Показателем более полного заряда аккумулятора также явилось повышение плотности электролита и заметное облегчение пуска двигателя зимой. Кстати, наличие узла динамической коррекции предоставляет еще одну полезную возможность для поддержания высокой степени заряженности аккумулятора в условиях коротких пробегов и частых пусков двигателя или при большом количестве дополнительных потребителей электроэнергии (длительная езда с включенными фарами, мощная магнитолла, кондиционер и т.п). Проблема хронического недозаряда решается установкой в салоне тумблера, с помощью которого на вход узла динамической коррекции подается требуемое напряжение. Забегая вперед, отмечу, что есть два варианта узлов динамической коррекции: один срабатыват при подаче на его вход напряжения питания, а второй - при соединении с массой. Таким образом, щелкнув тумблером в любой момент можно поднять или снизить зарядное напряжение на 0,7...0,9 В. Разумеется, автоматическое повышение зарядного напряжения на этапах замедления сохраняется (без суммирования обеих добавок!).

Но и этим возможности совершенствования регулятора напряжения не исчерпываются! Следующий шаг в повышении долговечности и надежности аккумулятора позволил сделать учет особенностей зарядно-разрядного процесса на автомобиле. Напомню, что в общем случае различают два основных режима работы аккумулятора - циклический и буферный. Циклический режим характеризуется явно выраженным чередованием периодов заряда и разряда. В буферном режиме аккумулятор практически постоянно подзаряжается источником тока (генератором), вступая в действие лишь тогда, когда генератор не способен обеспечить потребителей электроэнергией, например, при работе двигателя на малых оборотах холостого хода. Выделение этих двух режимов принципиально, поскольку для них существенно отличаются значения оптимального зарядного напряжения, составляя при температуре +25°С для буферного режима 13,6 В, а для циклического (при неглубоких разрядах!) - 14,5 В /5/.

Как правило, периоды работы аккумулятора в автомобиле на разряд непродолжительны и считается, что батарея работает в буферном режиме. Однако, при затрудненном пуске двигателя, особенно зимой, батарея теряет значительную часть заряда. При относительно небольших пробегах между повторными пусками двигателя, что характерно для городских условий, режим работы аккумулятора приближается к циклическому и требует повышенного уровня зарядного напряжения. Понятно теперь, что рекомендуемое оптимальное значение напряжения 13,8В при +25°C /4/ строго говоря является не оптимальным, а компромиссным для обеспечения баланса заряд-разряд в смешанном буферно-циклическом режиме работы аккумулятора на автомобиле.

Этот экскурс в теорию позволил выявить еще один резерв повышения долговечности и надежности, заключающийся в определении режима работы аккумулятора и установлении соответствующего ему действительно оптимального зарядного напряжения, разумеется с температурной коррекцией в установленных пределах. Такой двухуровневый интеллектуальный ТОРН был создан (патент РФ N 2040843) и проходит эксплуатационные испытания на моем автомобиле. Упрощенно говоря, он позволяет измерить и запомнить величину разрядной емкости, затраченной на пуск двигателя стартером. Как только двигатель начинает работать, ТОРН устанавливает оптимальное для циклического режима зарядное напряжение (т.е. повышенное) и поддерживает его ровно столько времени, сколько необходимо для полной компенсации потерянного при пуске заряда. В зависимости от легкости пуска двигателя на это требуется от нескольких десятков секунд до 10...15 минут, после чего устанавливается напряжение, оптимальное для буферного режима (т.е. пониженное). Если двигатель пришлось остановить до окончания компенсационного периода, то величина недополученного батареей заряда запоминается и учитывается при следующем пуске двигателя. Несмотря на существенное расширение функциональных возможностей этого интеллектуального варианта ТОРН, габаритные и установочные размеры его такие же, как и у других модификаций. Разумеется, его начинка заметно усложнилась и соответственно возросла его стоимость. За почти четыре года его регулярной эксплуатации ни подзарядка, ни долив воды не потребовались, причем уровень электролита во всех банках практически не изменился. Уход за батареей свелся к... сдуванию с ее поверхности пыли (именно сдуванию, а не вытиранию, поскольку поверхность батареи остается практически сухой). Даже от контроля плотности электролита отказался с тем, чтобы полностью исключить какие-либо операции с аккумулятором и проверить возможности ТОРН сделать обычную батарею по-настоящему необслуживаемой, а заодно и осуществить мечту многих автолюбителей: менять автомобиль чаще, чем аккумулятор:).

К сожалению, этот самый продвинутый вариант ТОРН существует в нескольких опытных экземплярах, поскольку его мелкосерийный выпуск связан с существенными для меня затратами на подготовку производства. Да и цена его, по моим предварительным прикидкам, будет превышать на 25...40% самую дорогую из уже выпускаемых модификаций ТОРН. Однако, в последнее время участились просьбы об изготовлении интеллектуального ТОРН по индивидуальному заказу. До сих пор на них я отвечал отказом, поскольку изделия автомобильной электроники, собранные по "обходной технологии", не будут обладать требуемой надежностью. Стоит ли предпринимать усилия по его производству?

Таким образом, для решения проблем, связанных с аккумулятором совсем не обязательно покупать дорогостоящую импортную батарею. Практика свидетельствует, что долговечность и надежность ее работы гораздо больше зависит от условий протекания зарядно-разрядного процесса (читай - качества работы регулятора напряжения и системы пуска двигателя), чем от товарного знака фирмы-изготовителя (явные суррогаты в расчет не принимаются). В наибольшей степени этот эффект выражен при использовании дорогостоящих импортных батарей, отличающихся особой чувствительностью к условиям зарядно-разрядного процесса. Экономическая выгода рассмотренных в данной статье путей оптимизации режимов работы аккумулятора очевидна. При использовании уже выпускаемых в нескольких модификациях первых двух вариантов ТОРН, стоимость которых составляет менее трети стоимости средней батареи, срок службы аккумулятора как минимум удваивается. Добавьте к этому экономию затрат на обслуживание, которые, по данным американских специалистов /3/, за время ее эксплуатации приблизительно равны первоначальной стоимости батареи, и, что также немаловажно, устранение одного из поводов для головной боли автолюбителя (проблемы зимнего пуска, подзарядка, поддержание уровня электролита и др.). Кроме того, к потребительским достоинствам ТОРН можно отнести и то, что в нем предусмотрена подстройка уровня зарядного напряжения. Разумеется, если аккумулятор свежий, то регулировать ничего не требуется. Если же аккумулятор уже не первой молодости и потрудился пару - тройку лет, то это, наряду с уменьшением активной массы пластин из-за осыпания и сульфатации, неизбежно привело к возрастанию его внутреннего сопротивления. Следствием этого является то, что при фиксированном зарядном напряжении он не способен получить такой же заряд как и новый аккумулятор, в результате чего начинается лавиноообразный процесс сульфатации электродов. Помочь ему в этом случае можно, немного подняв уровень зарядного напряжения (на 0,5…0.8 В) с помощью имеющегося внутри подстроечного резистора. Этот же резистор позволяет оптимизировать баланс заряд-разряд аккумулятора с учетом конкретных условий эксплуатации автомобиля. Понятно, что при большом энергопотреблении и относительно непродолжительных пробегах между пусками двигателя полезно немного увеличить напряжение в бортовой сети и, наоборот, при преимущественно загородных поездках - снизить. И еще, в отличие от всех интегральных одноразовых! регуляторов напряжения, ТОРН, при необходимости, может быть легко отремонтирован если не самостоятельно, то знакомым радиолюбителем. Наконец, одно, сугубо личное, соображение: применение ТОРН в сочетании с таким металлоемким изделием как аккумулятор, позволит чуть-чуть замедлить процесс превращения нашей планеты в свалку.

В настоящее время имеется несколько модификаций ТОРН, отличающихся функциональными возможностями и ориентированных на различные типы автомобилей, включая и иномарки. Ряд модификаций имеет два варианта исполнения: для маломощных (до 750 ВА) и современных мощных генераторов (до 1000 ВА). В схеме используются две интегральные микросхемы, печатные платы покрыты двумя слоями лака. Литье корпусных деталей из пластмассы, штамповка и изготовление печатных плат выполняется на предприятии ВПК, монтаж и настройка - в ОКБ "РИТМ" при Таганрогском Радиотехническом Университете. Прилагаемый паспорт содержит указания по установке ТОРН на автомобили с различными типами генераторов. Установка ТОРН на автомобили с внешним регулятором напряжения сводится к его простой замене и подключению термодатчика к аккумулятору. На автомобиле, имеющем генераторную установку со встроенным (интегральным) регулятором напряжения ("шоколадкой" или "таблеткой") требуется выполнить некоторые операции по его отключению. Это стандартная процедура, которую выполняет любой автоэлектрик или опытный автолюбитель при необходимости замены интегрального регулятора напряжения на внешний. Как это сделать для автомобилей с генератором типа Г222 подробно описано здесь, а для автомобилей с генератором "восьмого" - "десятого" семейства и для подавляющего большинства иномарок тут.

Учитывая многочисленные (и справедливые) пожелания заказчиков ТОРН использовать для его питания дополнительные диоды генератора и сохранить штатное подключение контрольной лампы заряда аккумулятора, в феврале 2003 г. выпускается новая модификация ТОРН - "С-05М" ("С-30М"). Схемное решение ее выходного каскада аналогично тем, которые используются в современных интегральных регуляторах. Благодаря этому не требуется изменение схемы питания обмотки возбуждения, что заметно упрощает ее подключение. Важное отличие регуляторов серии "С" - в выходном каскаде используется мощный импортный полевой транзистор, благодаря чему заметно улучшаются токоскоростная характеристика генератора на малых оборотах и обеспечивается более высокая надежность за счет снижения внутренних потерь в регуляторе. Дополнительно надежность регулятора повышена введением диодного ограничителя напряжения, обеспечивающая защиту от импульсных бросков напряжения по цепи питания. Планируется производство этих модификаций со встроенным трехрежимным узлом управления контрольной лампой.