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Jun 24, 2023

最新の充電システムの基本をすべてカバー

Per citare una situazione comune: “L'auto del mio cliente è attualmente alimentata dal terzo alternatore.

よくある状況を引用すると、「私の顧客の車は現在、この 6 か月で 3 台目のオルタネーターが作動していますが、私のジョバー店は 4 台目のオルタネーターの保証を拒否しています。」 言い換えれば、部品供給業者は、根本的な問題がこれらのオルタネーターの故障の原因であると信じており、したがって、それ以上のオルタネーターを保証しないことになります。 品質管理の問題が原因で一連の障害が発生することもありますが、繰り返し障害が発生する主な理由は、技術者が最初の診断時にいくつかの重要な手順を見逃した可能性があることです。 高価な間違いを防ぐには、充電システムの診断中に「すべてのベースをカバーする」ことが常に最善です。

最新の車両電気システムでは、エンジン管理、燃料供給、およびアクセサリ システムに電力を供給するために、最大 20 アンペアの電力が必要です。 HVAC、エンジン冷却、屋外照明がこの基本電気負荷に追加されると、合計負荷は 50 アンペアをはるかに超える可能性があります。 バッテリーのセルが不良であるか、過度の寄生電流やアクセサリの使用により放電がひどい場合、オルタネーターは、特に厳しい運転条件下では定格容量近くで充電されます。

最新のオルタネーターの定格は 100 アンペア以上である可能性がありますが、ほとんどのコンパクトな設計は、過熱することなく長期間フル容量で動作するように設計されていません。 充電率が高すぎるため、交換用オルタネーターがすぐに故障する可能性があります。

従来のオルタネーターには、1) ローター、2) カーボン ブラシ、3) ステーター、4) 整流器ブリッジの 4 つの基本的な電気部品が含まれています。 最も基本的なレベルでは、オルタネータのステータに巻かれた銅線がオルタネータのロータによって生成される回転電磁場を「遮断」すると、交流 (AC) が生成されます。 ローターの「フィールド」回路には、ローター シャフトに取り付けられた銅製のスリップ リング上のバッテリー プラス (B+) カーボン ブラシを介して電力が供給されます。 2 番目のカーボン ブラシは界磁回路をオルタネーター ケースに接地し、最終的にはバッテリーのマイナス (B-) に接地します。

オルタネーターの出力アンペア数は、カーボン ブラシを流れる界磁アンペア数を増減することによって制御されます。これにより、回転磁界の強度が増減します。

内部または外部に取り付けられた電圧レギュレータが界磁アンペア数を制御します。 充電電圧を正確に検出するには、電圧レギュレータを B+ に接続し、そのベースをオルタネータ ケースを介して B- に接地する必要があります。

アプリケーションに応じて、電圧レギュレータを外部のパワートレイン制御モジュール (PCM) に統合することもできます。 より現代的なアプリケーションでは、PCM はバス通信システムまたは基準電圧ワイヤを介して内部電圧レギュレータを制御し、運転条件に応じて充電モードを変更します。

上に示したように、電圧レギュレータによって生成される回転磁界は、界磁回転子を囲む固定子アセンブリに巻かれた銅線の 3 つの別々のループによって「切断」されます。 ステーターは AC を生成し、各ステーター ループを流れる AC は 1 つの正のダイオードと 1 つの負のダイオードによって直流 (DC) に整流されます。

結合された 6 つのダイオードは通常、ダイオードを冷却するダイオード「ブリッジ」と呼ばれるヒートシンク アセンブリに取り付けられます。 これらの正および負のダイオードは、AC 電流を DC 電流に整流するだけでなく、エンジンが停止したときにステーターがバッテリーを消耗するのを防ぎます。

バッテリー、照明、車載電子機器の損傷を防ぐために、オルタネーターはバッテリーへの電圧出力を制限する必要があります。 バッテリーは、電気システムで発生する電圧スパイクを抑えるコンデンサーとして機能するため、電圧調整プロセスで重要な役割を果たします。 また、バッテリーは、オルタネーターの電圧レギュレーターが抵抗器として機能することにより、バッテリー電圧をより正確に感知できるようになります。

バッテリー電解液の化学活性はバッテリーの中心温度に直接関係していることに留意してください。 したがって、電圧レギュレータは、非常に寒い天候では充電電圧を約 15.2 ボルト、非常に暑い天候では約 13.8 ボルトに制限するように設計されています。

これらの基本を念頭に置くと、バッテリーが弱るとオルタネーターの耐用年数が短くなるのは明らかです。 たとえば、正常なバッテリーの通常の充電速度には、「バルク」充電モードと呼ばれる高アンペア、低電圧の充電モード (例: 13.2 ボルトで 40 アンペア) が含まれます。 バッテリー端子電圧が 14.0 ボルトに近づくと、充電アンペア数が減少し、電圧が増加します (例: 5 アンペア、14.2 ボルト)。これは「飽和」モードと呼ばれます。

最新のコンピューター制御の充電システムでは、13.4 ボルトで約 2 アンペアの「フロート」充電モードが生成される場合もあります。これは、バッテリーが完全に充電されており、オルタネーターの出力が主に車両のオペレーティング システムに電力を供給していることを示します。 これらのアンペア数と電圧は現場で見られる典型的なものですが、両方の値はバッテリーの使用年数と状態に大きく依存します。

バッテリーが使用されずにひどく硫化した場合でも、完全に放電した状態から完全に充電された状態にすぐに回復します。 バッテリーに欠陥のあるセルがある場合、または全体的に摩耗している場合は、バッテリー端子で完全充電電圧に到達しないため、オルタネーターに過負荷がかかります。

したがって、オルタネーターの充電速度の問題を診断する最初のステップは、バッテリーの充電状態 (SOC) と状態 (SOH) をテストすることです。 バッテリーが SOC テストに合格しなかった場合は、バッテリーが過熱しない速度で再充電する必要があります。 最新の吸収ガラスマット (AGM) バッテリーでは、バッテリーの過熱を防ぐために、より低い充電電圧とアンペア数が必要であることに注意してください。 いずれの場合も、常にメーカーの推奨充電に従うか、バッテリーの種類に合わせて充電速度をプログラムする「スマート」バッテリー充電器を使用してください。

最後に、バッテリーは設置後徐々に劣化し始めます。 多くの場合、バッテリーは保証のために通常の劣化に対応するために 25% も過小評価されています。 バッテリーの劣化を補うために、一部の最近の車両モデルでは、オルタネーターの充電速度をバッテリーの SOH に合わせて調整する適応戦略が充電システムに組み込まれています。 バッテリーが新しいものと交換されると、充電システムは新しいバッテリーの SOH を「再学習」するためにスキャン ツールを必要とします。

最新の充電システムの多くには、ワンウェイ クラッチとして機能する「デカップラー」プーリーが組み込まれており、エンジンが減速してもオルタネーターが回転し続けることができます。 このデカップラー効果により、サーペンタイン ベルトとドライブ プーリーの応力と振動が軽減されます。 場合によっては、デカップラーが固着し、ベルトの振動が発生する可能性があります。 他の場合には、デカップラー機構が完全に故障し、無充電状態が発生する可能性があります。

最新のサーペンタイン ベルトに使用されている EPDM ゴムは通常、経年劣化によって亀裂が入ったりほつれたりすることはありませんが、スチール製ドライブ プーリーのリブがベルトのリブで底に突き当たるまで摩耗する可能性があります。 多くの場合、このタイプの摩耗は、通常のベルト鳴きを伴わない、高い帯電負荷下での滑りを引き起こす可能性があります。 ほとんどのベルト メーカーはシンプルなリブ摩耗ゲージを提供しており、携帯電話のカメラ機能を使用してベルトの摩耗を即座に評価できるスマートフォン アプリを提供しているメーカーもあります。

最近の車両の充電システムはコンピュータで制御されていることが多いため、充電システムの故障の初期診断にはスキャン ツールを接続することをお勧めします。 充電システムが PCM によって制御されている場合、関連するトラブル コードが保存される可能性があります。 車両の PCM 管理充電システムに詳しくない場合は、サービス情報を参照して詳細情報を確認してください。

アクセサリや外部照明を作動させてシステムに負荷をかけて、バッテリーの電圧をテストすることで、示された充電システムの電圧パラメータ データを常に確認してください。 電圧が変化する場合は、充電システムの配線または PCM 自体に欠陥がある可能性があります。

電圧計が手元にあるときに、バッテリー B とオルタネーター ケースまたはエンジン アースの間に取り付けて、アース システムの電圧降下をテストします。 そして、その間に、B-アースとボディ/シャーシアースの間で同じテストを実行してください。 同様に、バッテリー B+ からオルタネーター B+ までの電圧降下を確認します。 どちらのテストでも、0.5 ボルト未満の電圧降下が表示されます。

前述の B+ テストで開回路が示された場合は、フード下のヒューズ ボックスにある充電システムの Maxi ヒューズの導通を確認してください。 このヒューズの容量は少なくとも 100 アンペアになります。 初期のオルタネーターは、回路保護としてヒュージブルリンクを使用してバッテリーに接続されていました。 簡単なテストは、ヒュージブル リンクのシリコン絶縁体を引っ張ることです。 絶縁体が伸びると内部の低融点線が真っ二つに焼けてしまいます。

オルタネーターが充電されていない場合は、オルタネーターの電圧レギュレーターのヒューズをテストすることから始めます。 一部のアプリケーションでは、このヒューズが電圧レギュレータに電力を供給しますが、他のアプリケーションでは、オルタネータの界磁回路に直接電力を供給します。 温度関連の故障を検出するには、照明とアクセサリの負荷を最大にしてエンジンを運転し、オルタネーターを動作温度まで温めてください。 電圧レギュレータのヒューズテストで開回路が発生した場合、電圧レギュレータ、配線、または場合によってはオルタネータ ロータの界磁回路がアースに短絡する可能性があります。 電圧レギュレータの繰り返しの故障は、通常、オルタネータのローター自体の地絡が原因で発生します。

ほとんどのオルタネーターのテストは、エンジン回転数 2,500 rpm の高温で行われます。 このような条件下でオルタネーターが定格負荷を支えられない場合は、ドライブベルトの滑りまたはオルタネーターのダイオードの不良を疑ってください。 オルタネーターが断続的な充電状態を生成する場合は、配線接続不良、またはより一般的にはカーボン ブラシの摩耗または固着を疑います。

コンピュータ制御システムでは、オルタネーターがアプリケーションに対して完全に正しいことを確認してください。 ハーネス コネクタがオルタネータの電圧レギュレータに差し込まれたとしても、PCM のソフトウェアは電圧レギュレータを認識できないか、電圧レギュレータと通信できない可能性があります。

また、車両の定期メンテナンスを行うたびに、バッテリーの SOC と SOH をテストして、バッテリーが良好な状態であることを確認する必要があることを忘れないでください。 状態が悪いバッテリーは、車両の信頼性を回復するためだけでなく、充電システムへのストレスを軽減するためにも交換する必要があります。