速度、負荷、滑りが電圧に与える影響

ことわざにあるように、「古い習慣はなかなか消えない」。 修理業界ですっかり消え去った古い習慣の一つに、オルタネーターのテスト方法があります。 これまで、オルタネーターまたは発電機の仕事は、始動後にバッテリーを充電し、点火、照明、ラジオ、暖房、空調などの小さな付属負荷をクラッチやブロワーモーターに運ぶだけでした。 14 ボルトの充電では、これらのアクセサリとバッテリーの再充電に必要な合計電流は通常約 40 アンペア、つまり 560 ワットの電流でした。

しかし、ほとんどのオルタネーターの充電容量が 100 アンペアまたは 1,400 ワットを超えていた可能性がある 2006 年まで早送りしてみましょう。 ワット数は単に電圧にアンペア数を掛けたものに等しくなります。 オルタネーターの最大出力がバッテリー端子間の 12.0 ボルトでの電流 100 アンペアに等しい場合、その容量は 1,200 ワットの電力に相当します。 オルタネーターの実際の充電電圧は温度と負荷によって変化するため、ワット数はより正確な数値を表します。

現代の自動車の潜在的なアクセサリの合計負荷は 1,145 ワットにも達する可能性があるため、バッテリーを再充電できるのは 255 ワットのみです。 上記の数値は極端な例かもしれませんが、現代のオルタネーターが車両のバッテリーを完全に充電しておくことが難しいことを示しています。

電力需要は車両の用途や用途によって異なるため、エンジニアは、あらゆる車両の平均的なアクセサリ需要を満たしながら、バッテリーを充電し続けるのに十分な予備容量を備えたオルタネーターを構築しました。 高アンペアのサウンド システムやトレーラー ライトやブレーキなどのアクセサリを追加することによって電力需要が増加すると、車両のバッテリーを充電するオルタネーターの潜在的な能力は実質的にゼロになります。 また、アクセサリ負荷が高い状態で車両が短距離走行する場合、充電サイクルの継続時間はバッテリーを完全に充電するのに十分な長さではありません。

オルタネーターは、クランクシャフト速度の約 2 ～ 3 倍で回転するように設計されています。 オルタネーターの合計出力は、一般に 6,000 オルタネーター rpm と評価されます。 したがって、2:1 のオルタネータ駆動比は、通常、平均エンジン速度が約 3,000 rpm である高性能エンジンや定速の路線バス用エンジンで見られます。 ほとんどの乗用車では、オルタネーターとクランクシャフト速度の 3:1 の比率は、オルタネーターの最大出力 2,000 エンジン rpm に相当します。これは、ほとんどのオルタネーターがテストされるエンジン速度です。

自動オーバードライブ トランスミッションはエンジン速度を大幅に低下させるため、多くの最新のエンジンは高速道路の速度が時速 60 ～ 70 マイルに達するまで 2,000 rpm 未満で動作します。 したがって、エンジン速度が低いときにオルタネーターが定格充電電圧を維持できない場合、アクセサリ負荷が大きいとバッテリーが放電してしまいます。 充電不足のほとんどの場合、オルタネーターに誤った直径のプーリーが取り付けられているか、駆動ベルトが滑っているか、オルタネーター自体が車両の用途に対して容量を下回っている可能性があります。

バッテリーは温度が低くなると化学的活性が低下するため、バッテリープレートの化学的活性を刺激するにはより高い充電電圧が必要になります。 その結果、オルタネーターの電圧レギュレーターは、周囲温度が低い場合には電圧を増加させるように設計されていますが、バッテリーは高温になると化学的に非常に活性になります。 電圧レギュレータは充電電圧を下げ、バッテリーの電解液から水を沸騰させてプレートを空気にさらすことで最終的にバッテリーが故障するのを防ぎます。

周囲温度に応じて、充電電圧は通常 14.8 ～ 13.5 ボルトの間で変化します。 電圧レギュレータに組み込まれる実際の充電電圧は、オルタネータがバッテリからどれだけ離れているか、バッテリの周囲の気温などの要因によって決まります。 通常の動作条件下では、オルタネーターは周囲温度 70°F で約 14.2 ボルトを維持する必要があります。

電圧レギュレータは周囲の気温とバッテリー端子電圧に応じてオルタネーターの出力を常に調整しているため、欠陥のあるバッテリーが完全に正常なオルタネーターにどのような損傷を与える可能性があるかを理解することが重要です。 完全に充電され、「表面電荷」が除去された良好な状態のバッテリーは、端子で 12.6 の開回路ボルト (OCV) を生成するはずです。 不良セルが 1 つだけあるバッテリーでは、OCV が約 10.5 しか発生しない可能性があり、そのためオルタネーターがバッテリー端子間の定格充電電圧を維持しようとして過剰に動作することになります。 ほとんどの場合、オルタネーターは残りのセルを過充電し、過熱、過剰なガスの発生、バッテリーの外面への酸の蓄積を引き起こします。

高負荷条件下でのドライブベルトの滑りは、オルタネーターが必要な速度で動作していないため、明らかにバッテリー低下の苦情を引き起こす可能性があります。 一部のメーカーは、オルタネーター プーリーの周りのベルトの「巻き付け」またはカバー範囲を増やすことで、滑りの問題を軽減しようとしています。 明らかに、ベルトとの接触が最も少ないプーリーが最も滑りやすくなります。

ベルトとプーリーの摩耗に対処するために、多くのメーカーはベルトの自動スプリング テンショナーに摩耗インジケーターを組み込んでいます。 場合によっては、通常、冷間始動時にエンジンからベルトの鳴きが発生するまで、ベルトとプーリーが摩耗します。 プーリーが磨耗している場合、通常、プーリーの溝に沿ってよく磨かれた外観が見られます。

多くの場合、技術者は、寄生電流をテストする代わりに、バッテリ充電量の低下をオルタネータのせいにします。 ほとんどの車載コンピュータおよびモジュールは、車のモジュールおよびコンピュータに存在する電子メモリを維持するために約 20 ～ 30 ミリアンペア (mA) の電流を消費します。 対照的に、1 つの #194 豆電球 (グローブ ボックスの照明に使用) は 200 ～ 300 mA の電流を消費します。これは車両の通常の寄生電流の 10 倍です。

残念ながら、特に車両が短距離しか走行しない場合、過度の寄生電力によりバッテリーが一定の放電状態に保たれます。 時間の経過とともに、継続的な放電状態によって引き起こされる極板の硫酸化により、バッテリーの利用可能なコールド クランキング アンペア数 (CCA) が減少し、バッテリーの充電に対する耐性が高まります。

オルタネーターのテストについて説明する前に、メーカーがオルタネーターとエンジンの電子管理システムの統合を進めていることを覚えておいてください。 これにより、エンジン管理システムが車両のバッテリーを再充電するための最適な条件を選択できるようになります。 さらに、車両の電子機器や照明の寿命を延ばすために、充電電圧はより慎重に制御されるようになってきています。 運用戦略はアプリケーションによって大きく異なる可能性があるため、最新の車両でオルタネーターをテストする前に適切な技術データを参照し、高額な診断ミスを避けることがこれまで以上に重要です。

オルタネーターをテストする前に、比重計または電子バッテリーテスターを使用してバッテリーセルの状態を必ずテストする必要があります。 バッテリーの充電状態とセルの状態を確認したら、カーボンパイルテスターを使用して車両のオルタネーター出力をテストする必要があります。 誘導アンププローブが装備されている場合、カーボンパイルテスターはプローブをオルタネーターの B+ ワイヤに接続することで総アンペア数出力を測定でき、プローブをプラスに接続することで正味出力 (オルタネーター出力からエンジン点火と燃料ポンプ負荷を引いたもの) を測定できます。バッテリーケーブル。

ベンチテストに関しては、オルタネーターを取り外して輸送するという行為自体が、スリップリングブラシの固着や内部電圧レギュレーターの回路基板のひび割れなどによって引き起こされる断続的な状態を一時的に改善することができます。 逆に、設置前または保証目的で新しいオルタネーターのベンチ テストを行うことは常に適切な手順ですが、ベンチ テストはオルタネーターの状態の最終的なテストと見なされるべきではありません。

最新の電気システムの要求により、オルタネーターの正確なテストが必要であることは明らかです。 たとえば、オルタネーターのダイオードが故障の初期段階にあると、オルタネーターの充電容量が 30% も低下する可能性があります。 したがって、充電回路に交流または交流電流が存在するかどうかを常にテストすることが非常に重要です。 最後に、車両用途向けに書かれた仕様に従ってオルタネーターをテストすることが不可欠です。 今日の車両に搭載されているコンピューター制御の最新の充電システムの世界では、推測や経験則はもはや通用しません。