Общие сведения Volvo XC60 с 2008 года

1. Общие сведения

Система зарядки

Аккумуляторная батарея

В подавляющем большинстве автомобилей обычно используются свинцовые аккумуляторные батареи. Такое название связано с тем, что электроды этих аккумуляторных батарей выполнены из свинца. Назначение аккумуляторной батареи заключается в хранении (аккумулировании) электроэнергии.

Ключевыми характеристиками свинцовых аккумуляторных батарей является их способность к многократным зарядкам и разрядкам. Свинцовые аккумуляторы обеспечивают оптимальную производительность как для пуска двигателя, так и для хранения запаса электрической энергии. Свинцовые аккумуляторные батареи относительно дешевы в производстве и могут хранить довольно большое количество электроэнергии. Благодаря всему этому аккумуляторы этого типа составляют более 50% всего рынка аккумуляторных батарей.

Аккумуляторная батарея представляет собой агрегат, в котором энергия аккумулируется и хранится в виде химических соединений. При подключении внешнего потребителя (например, стартера двигателя) энергия химических связей преобразуется в электрическую энергию, и ток подается по цепи.

Автомобильные аккумуляторные батареи способны многократно перезаряжаться, сохраняя электрическую энергию подаваемую извне (от генератора) в виде энергии химических связей.

Главной задачей аккумуляторной батареи является стабильная подача напряжения на все потребители бортовой сети автомобиля в любых ситуациях. Также, одной из задач аккумуляторной батареи является обеспечение подачи на стартер токов большой силы при запуске двигателя. Кроме того, аккумулятор должен обеспечивать электроэнергией потребители (например, стояночные огни), работающие после выключения двигателя (то есть тогда, когда генератор не производит электричество), а также выступать в роли резервного источника электроэнергии в ситуациях, когда производительности одного лишь генератора недостаточно.

Устройство аккумуляторной батареи:

1. Ручки для переноски (в некоторых моделях аккумуляторов).
2. Пробки (в необслуживаемых аккумуляторах отсутствуют).
3. Положительный и отрицательный выводы.

Аккумуляторная батарея представляет собой пластиковый контейнер с шестью внутренними камеры, по одной для каждого элемента. Эти камеры отделены друг от друга, благодаря чему в случае понижения уровня электролита в одной из камер это никак не отразится на других камерах. Элементы аккумуляторной батареи последовательно соединены между собой посредством герметичных перемычек между камерами.

Элемент аккумуляторной батареи:

1. Положительная пластина в сепараторе.
2. Отрицательная пластина.
3. Пакет положительных и отрицательных пластин.
4. Соединение.
5. Пакет пластин одного элемента аккумуляторной батареи.

В верхней части "открытых" аккумуляторных батарей имеется крышка с шестью пробками, по одной для каждого элемента. Пробки могут открываться для проверки уровня электролита и добавления дистиллированной воды. Необслуживаемые аккумуляторные батареи не имеют таких пробок, поскольку не нуждаются в добавлении воды.

Аккумуляторная батарея заполнена электролитом, который представляет собой смесь концентрированной серной кислоты (H₂SO₄) и дистиллированной воды. Иногда электролит называют аккумуляторной кислотой. Плотность электролита полностью заряженной аккумуляторной батареи составляет 1,28 г/см³.

Напряжение на выводах полностью заряженного аккумулятора составляет 12,72 В (по 2,12 В на каждый элемент). Напряжение на выводах необслуживаемого аккумулятора может составлять до 12,93 В.

Корпус необслуживаемой аккумуляторной батареи оборудован предохранительным клапаном, предназначенным для предотвращения возникновения чрезмерного давления внутри аккумулятора, которое может произойти, например, при зарядке аккумулятора слишком высоким напряжением. Активация предохранительного клапана свидетельствует о том, что аккумуляторная батарея повреждена и её дальнейшая эксплуатация невозможна.

Производительность аккумуляторной батареи, как правило, выражается следующими характеристиками:

• Сила тока при холодном запуске двигателя (CCA).
• Резервная емкость (RC).
• Емкость (С20) (в некоторых случаях).

Пример этикетки аккумуляторной батареи:

1. Сила тока при холодном запуске двигателя (CCA) согласно нормам SAE (520 А).
2. Номер по каталогу запасных частей Volvo (947 2329).
3. Резервная емкость (RS) согласно нормам SAE (95 минут).
4. Номинальное напряжение на выводах аккумуляторной батареи (12 В).

Рекомендуемые значения тока при холодном запуске двигателя согласно норм SAE и DIN, а также соответствующие им емкости и зарядные токи приведены в следующей таблице.

Генератор

Генератор обеспечивает подачу электропитания на все электрические компоненты автомобиля при работающем двигателе, а также служит для подзарядки аккумуляторной батареи. Как правило, генератор устанавливается в передней части двигателя и приводится от коленчатого вала посредством приводного ремня. Однако, в некоторых случаях (например, в версиях с шестицилиндровыми двигателями), генератор установлен в задней части двигателя и непосредственно соединен с шестерней трансмиссии посредством муфты.

Производительность генератора зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. При работе двигателя на холостых оборотах генератор вырабатывает примерно половину от максимальной мощности. Поэтому в случае, когда при работе двигателя на холостом ходу подключено большое количество потребителей электроэнергии, генератор может не обеспечить требуемого подзаряда аккумуляторной батареи. Кроме того, в холодную погоду емкость аккумуляторной батареи ниже, чем при комнатной температуре. Всё это означает, что при продолжительной работе двигателя на холостых оборотах при большом количестве подключенных потребителей аккумуляторная батарея может разрядиться.

После прекращения подачи электричества генератором потребители электроэнергии запитываются только от аккумуляторной батареи, а значит, это может привести к её полной разрядке.

Генератор вырабатывает переменный ток, который преобразуется в постоянный в выпрямителе (диодном мостике). Генератор оборудован встроенным регулятором напряжения (также известным как блок управления генератором (ACM)).

Генератор и регулятор напряжения диагностируются как центральным электронным модулем (CEM), так и блоком управления двигателем (ECM). Индикатор системы зарядки на комбинации приборов контролируется информационным модулем водителя (DIM) посредством сигналов, передаваемых через шину CAN.

Устройство генератора:

1. Статор.
2. Ротор с контактными кольцами.
3. Встроенный вентилятор охлаждения.
4. Выпрямитель.
5. Регулятор напряжения.
6. Шкив (в некоторых случаях шестерня).

Выводы генератора:

#A:1. B+

#B:1. К блоку управления двигателем (ECM).

#B:2. Не используется.

Статор генератора зафиксирован в корпусе и представляет собой набор из рифленых пластин, которые изолированы внутри и спрессованы вместе в один блок. Обмотка статора расположена в канавках. Она подключена по схеме дельта под 120° и подает трехфазный переменный ток на выпрямитель.

Ротор генератора состоит из двух половинок (с полюсными кулачками), соединенных между собой. Половинки напрессованы на вал ротора. Ротор имеет двенадцать кулачков, то есть двенадцать полюсов. Одна половинка состоит из шести положительных полюсов, а другая – из шести отрицательных. Обмотка возбуждения (также известная как обмотка ротора) крепится на валу ротора между половинками с полюсными кулачками и соединяется с контактными кольцами. Регулятор напряжения подает ток на щетки, расположенные напротив контактных колец. Чем выше ток в роторе, тем сильнее его магнитное поле, а значит, тем больше генерируемый в обмотке статора ток.

Вырабатываемое генератором тепло, в принципе, пропорционально вырабатываемому току, поэтому его необходимо отводить, чтобы не допустить повреждений изоляции и диодов. В связи с этим генератор оборудован двумя встроенными крыльчатками вентилятора для охлаждения ротора.

Некоторые оборудованы обгонной муфтой между ротором и шкивом. Такой генератор можно распознать по крышке, установленной поверх центральной гайки шкива. Кроме того, ротор такого генератора может вращаться только в одном направлении. Наличие обгонной муфты сводит к минимуму любые рывки ременной передачи. Генераторы с шестеренчатым приводом не оборудованы обгонной муфтой.

Для преобразования вырабатываемого генератором переменного тока в постоянный для дальнейшего использования в бортовой сети автомобиля применяется выпрямитель, состоящий из шести диодов (по два диода на фазу).

Генератор имеет встроенный регулятор в задней части (также известный как блок управления генератором (ACM)). Регулятор можно заменить новым. Также в регулятор встроены угольные щетки, контактирующие с кольцами ротора.

Поскольку аккумуляторная батарея имеет определенное внутреннее сопротивление, которое нужно преодолеть для начала процесса зарядки, то напряжение генератора, необходимое для зарядки аккумулятора должно быть выше, чем напряжение аккумуляторной батареи. При комнатной температуре требуется 0,2 В дополнительного напряжения на каждый элемент аккумуляторной батареи или 1,2 В для всей батареи. Поскольку напряжение аккумуляторной батареи составляет 12,72 В, то генератор должен обеспечивать не менее 13,92 В (12,72 В + 1,2 В). В холодную погоду химические реакции замедляются, а внутреннее сопротивление повышается, поэтому напряжение для зарядки должно быть еще большим. Регулятор напряжения, управляемый блоком управления двигателем (ECM) и центральным электронным модулем (CEM), регулирует выходное напряжение генератора для обеспечения оптимальной зарядки аккумуляторной батареи.

Регулятор напряжения соединен с блоком управления двигателем (ECM) посредством LIN-коммуникаций, а блок управления двигателем (ECM) сообщается с центральным электронным модулем (CEM) посредством шины данных CAN.

Центральный электронный модуль (CEM) имеет внутреннюю функцию регулировки уровня напряжения и потребления электропитания бортовой сетью автомобиля. Посредством блока управления двигателем (ECM) центральный электронный модуль (CEM) управляет током/напряжением, производимым генератором.

Генератор не включается в процесс зарядки сразу же после запуска двигателя. Зарядное напряжение увеличивается постепенно. По мере увеличения нагрузки на генератор, увеличение от 0 до 100% занимает несколько секунд (это время может незначительно варьироваться в зависимости от режима работы системы управления двигателем). Таким образом осуществляется постепенная нагрузка на двигатель, что дает возможность безотказного запуска и нормального прогрева двигателя до рабочей температуры. Если частота вращения коленчатого вала двигателя превышает холостые обороты в процессе описанной задержки или если процесс постепенной нагрузки прерывается, сразу же достигается полное зарядное напряжение.

В случае отсутствия связи с регулятором напряжения, процесс зарядки не осуществляется при запуске двигателя. Однако, регулятор имеет возможность самовозбуждения ротора и начала зарядки. Это происходит при частоте вращения коленчатого вала выше, чем 2100 об/мин. В этом случае функция постепенного увеличения зарядного напряжения отсутствует, и полное значение достигается сразу же. После начала самовозбуждения генератор обеспечивает процесс зарядки даже при частоте вращения коленчатого вала ниже 2100 об/мин.

Меры предосторожности при обращении с системой зарядки

Внимание:
- Аккумуляторные батареи вырабатывают взрывоопасный газ (гремучий газ). Не допускать использования открытого пламени, раскаленных предметов и искр рядом с аккумуляторной батареей.
- В аккумуляторной батарее содержится серная кислота. Не допускать попадания электролита на кожу, в глаза или на одежду. Использовать защитные очки при работе с аккумуляторной батареей для защиты от возможных брызг электролита.
- В случае проглатывания электролита необходимо прополоскать рот большим количеством воды, после чего выпить много воды или молока. Не вызывать рвоту! Немедленно обратиться к врачу за помощью.
- Во время зарядки аккумуляторной батареи принять меры по защите лица и использовать рабочие перчатки. Убедиться в том, что рабочее место хорошо проветривается.
- Аккумуляторная батарея может стать причиной получения серьезных травм в случае короткого замыкания, например, ювелирными изделиями или металлическими инструментами.
- Ускоренная зарядка повышенным током или напряжением выше 16 В может стать причиной повреждения аккумуляторной батареи.

Система пуска

Стартер служит для вращения коленчатого вала, чтобы сделать возможным запуск двигателя. Стартер расположен на двигателе со стороны коробки передач. Более точное местоположение зависит от типа двигателя.

Соленоид приводит шестерню стартера в зацепление с зубчатым венцом маховика. После запуска двигателя, когда частота вращения коленчатого вала двигателя превышает частоту вращения шестерни стартера, шестерня вбирается обратно, предотвращая повреждения стартера.

Стартеры различных двигателей оснащаются постоянными или электрическими магнитами (обмотками возбуждения).

Стартер производит больший крутящий момент на низких оборотах, при этом потребляя большое напряжение тока. Для понижения частоты вращения шестерни стартера относительно частоты вращения якоря с одновременным повышением крутящего момента используется планетарный редуктор. Кроме того, использование планетарного редуктора позволяет сделать стартер более компактным.

Примечание:
- Время активации стартера не должно превышать 20~30 секунд. Более продолжительная работа стартера приведет к его перегреву и повреждениям.
- Соленоид стартера управляется пусковым реле, которое в свою очередь контролируется блоком управления двигателем (ECM).

Устройство стартера:

1. Кожух шестерни.
2. Шестерня стартера.
3. Соленоид.
4. Вывод питания от аккумуляторной батареи.
5. Задняя крышка с подшипником.
6. Щеткодержатель с угольными щетками.
7. Коммутатор.
8. Якорь.
9. Постоянный магнит или катушка возбуждения.
10. Корпус якоря.
11. Планетарный редуктор.
12. Рычаг с обгонной муфтой.
13. Механизм ввода шестерни в зацепление.

Выводы стартера:

#1 (30) От положительной клеммы аккумуляторной батареи.

#2 (50) От пускового реле.

Примечание:
- Соединение стартера с массой осуществляется через блок цилиндров, картер коробки передач.
- Стартер функционирует следующим образом. Если проверка электронного иммобилайзера пройдена успешно, блок управления двигателем (ECM) (4/46) подает питание и массу на пусковое реле (2/35). Реле в свою очередь активирует подачу питания на соленоид стартера.

После того, как соленоид стартера запитывается от пускового реле, создается магнитное поле во втягивающей и удерживающей обмотках. В результате стальной сердечник перемещается, посредством рычага вводя шестерню стартера в зацепление с зубчатым венцом маховика.

Втягивающая обмотка соединена на массу через ротор и угольные щетки. Это соединение прерывается, когда передвижной переключатель замыкает цепь и ток начинает течь через соленоид на стартер.

Когда стальной сердечник соленоида перемещается до упора, передвижной переключатель размыкает цепь, и втягивающая обмотка обесточивается. Удерживающая обмотка поддерживает фиксированный переключатель в замкнутом состоянии, и ток течет через положительные угольные щетки и обмотку якоря. Контакт с массой осуществляется через отрицательные угольные щетки. Таким образом, создается магнитное поле в якоре, стартер начинает вращатья.

Примечание:
- Как было упомянуто выше, некоторые стартеры вместо постоянных магнитов оснащены обмотками возбуждения. Такие обмотки соединены последовательно угольными щетками.
- При вращении якоря магнитное поле постоянно генерируется в зависимости от того, как коммутатор и обмотки организованы на якоре. Благодаря этому якорь вращается непрерывно.
- После деактивации пускового реле цепь втягивающей обмотки обесточивается. Возвратная пружина соленоида втягивает шестерню стартера обратно, одновременно с этим фиксированный и передвижной переключатели разъединяются, прекращая подачу тока на стартер.

Система предпускового подогрева (дизельные двигатели)

Для облегчения запуска дизельного двигателя в холодную погоду используется система предпускового подогрева. С этой целью в камерах сгорания конструктивно установлены свечи накаливания – электрические нагревательные элементы. Как только зажигание включается, свечи накаливания начинают разогреваться. Для того, чтобы они разогрелись до 800-900 градусов по Цельсию, им потребуется всего несколько секунд. Это обеспечивает подогрев воздуха, который находится в камере сгорания, а также облегчает самовоспламенение топлива. О том, что система работает, водитель узнает с помощью специальной контрольной лампы, которая находится в кабине автомобиля и сигнализирует водителю об этом. Как только контрольная лампа погасает, можно считать, что двигатель готов к запуску. Что касается снятия электропитания со свечи, то оно выполняется в автоматическом режиме. Однако не сразу, а спустя 15-25 секунд после выполнения запуска. Это обеспечивает устойчивую работу непрогретого дизельного мотора автомобиля.