Układy ładowania bez tajemnic

2011.03.07 Piotr Barszczewski

Współczesne motocykle naszpikowane są elektroniką i wymagają sprawnego zasilania prądem elektrycznym. Dobry akumulator tu nie wystarczy, musimy mieć również sprawny układ ładowania. W motocyklach szosowych nie instaluje się zazwyczaj iskrowników oraz układów zapłonowych typu CDI, dlatego brak ładowania równa się „nieplanowanemu postojowi w trasie”, mówiąc bardziej po ludzku – awarii. To zaś oznacza pasmo problemów i rozczarowań tym większych, jeżeli motocykl odmówi posłuszeństwa w jakimś egzotycznym kraju nieposiadającym infrastruktury serwisowej. W celu uniknięcia kłopotów w drodze, warto poświęcić kilka minut swojego czasu na poszerzenie zakresu wiedzy o diagnostyce i naprawie motocyklowych układów ładowania.

Rodzaje generatorów prądu

Czytelnicy portalu wymagają rzetelnej wiedzy na każdy temat związany z motocyklami, dlatego dokładnie opiszę rodzaje rozwiązań układów ładowania stosowane we współczesnych jednośladach. Pierwszy z nich to prądnica prądu przemiennego stosowana w skuterach małej pojemności i niektórych motocyklach terenowych. Taki układ jest stosowany w pojazdach, które mają niewiele odbiorników prądu z baterii. Światła są tam zasilane prądem przemiennym z innej cewki, również ukrytej pod kołem magnesowym. Zalety takiego rozwiązania to prostota i niezawodność oraz niska masa. Wadą jest mała moc, prądnica ładuje prawidłowo na średnich i dużych obrotach, na niskich wzrost napięcia mierzonego na akumulatorze jest „symboliczny”.

Najpopularniejszym generatorem prądu w motocyklach szosowych jest alternator. Słowo alternator pochodzi od angielskiego „alternating” tzn. przemienny. Jest to prądnica prądu przemiennego najczęściej trójfazowego. To rozwiązanie jest powszechnie stosowane w samochodach osobowych, ciężarowych i innych maszynach. We współczesnych motocyklach praktycznie stosuje się dwa rodzaje alternatorów:

alternatory z uzwojeniem wzbudzenia znajdującym się w wirniku
alternatory, których wirnik składa się z magnesów trwałych

Pierwsze rozwiązanie jest stosowane w niektórych ciężkich motocyklach np. marki BMW, Moto Guzzi, Harley Davidson oraz starszych motocyklach japońskich np. Honda CBX. Często występuje jako niezależny podzespół napędzany paskiem klinowym lub kołem zębatym od wału korbowego czyli tak samo jak w samochodach. Jego zalety to duża sprawność przetwarzania energii mechanicznej na elektryczną objawiająca się między innymi zdolnością oddawania maksymalnego prądu przy niewielkiej prędkości obrotowej wirnika oraz znaczna moc znamionowa, praca w „suchym środowisku” (bez oleju). Wady to duże rozmiary i masa jak na motocykl oraz zużywające się szczotki i pierścienie ślizgowe. Budowa takiego alternatora wygląda następująco. Uzwojenie prądotwórcze jest umieszczone na zewnątrz, co stwarza bardzo korzystne warunki chłodzenia. Uzwojenie wzbudzenia znajduje się natomiast wewnątrz wirującej magneśnicy na końcu której umieszczone są dwa pierścienie ślizgowe, które stykają się z grafitowymi szczotkami dostarczającymi prąd wzbudzenia. Obwód magnetyczny alternatora jest ukształtowany w specjalny sposób, dzięki czemu uzyskuje się automatyczne ograniczenie prądu przy nadmiernym obciążeniu. Prąd przemienny z alternatora trafia do trójfazowego prostownika, najczęściej w postaci dwóch płytek z wciśniętymi diodami. W motocyklach BMW, prostownik znajduje się pod pokrywą osłaniającą alternator i impulsator (element elektronicznego układu zapłonowego).

Najczęstsze usterki tego typu alternatora to:

zużyte lub zawieszone szczotki grafitowe w szczotkotrzymaczu
wytarte pierścienie ślizgowe wirnika
uszkodzenie uzwojeń stojana lub wirnika
uszkodzony regulator napięcia
przebicie diod prostownika do masy
uszkodzenia mechaniczne np. zużyte łożyska na wirniku

Drugie rozwiązanie to alternator, którego wirnik składa się z magnesów trwałych. Jest to technologia zdecydowanie najbardziej rozpowszechniona we współczesnych motocyklach. Jego największą zaletą jest brak elementów stykowych. Tradycyjne alternatory nie wytrzymywały rosnących prędkości obrotowych silników motocyklowych, szybko zużywały się szczotki grafitowe i pierścienie ślizgowe tych urządzeń. Alternator jest zamontowany na wale korbowym po przeciwnej stronie od sprzęgła. W celu polepszenia odprowadzenia ciepła pracuje zanurzony w oleju silnikowym. Najczęściej stojan jest przykręcony do pokrywy osłaniającej alternator. To rozwiązanie jest o tyle wygodne do naprawy, że w celu demontażu uszkodzonego stojana nie musimy odkręcać koła magnesowego. Druga opcja to uzwojenie ukryte pod kołem magnesowym. Tutaj możliwości demontażu przez przeciętnego użytkownika motocykla kończą się, ponieważ koło należy odkręcić i zdemontować wyłącznie specjalnym ściągaczem. Zasada działania takiego generatora jest następująca: napięcie ze statora trafia do regulatora napięcia, w którym wbudowany mostek diodowy zamienia napięcie przemienne w stałe, następnie odpowiednie układy elektroniczne utrzymują je w zakresie od 13,8 do 14,5 woltów. Nadmiar mocy jest zwierany przez półprzewodniki do masy motocykla. Zasada działania regulatora napięcia wymusza oddawanie ciepła, dlatego obudowy regulatorów są wykonane ze stopu aluminium i użebrowane. Starszym rozwiązaniem były regulatory nieużebrowane przykręcone do ramy motocykla np. Yamaha Virago. Przy wymianie takiego urządzenia należy pamiętać o pokryciu pastą termoprzewodzącą przylegającej do ramy strony. Poprawi to znacznie zdolność oddawania ciepła przez regulator i zmniejszy prawdopodobieństwo uszkodzenia.

Jako ciekawostkę należy uznać fakt, że stojan naszego generatora jest ręcznie nawinięty miedzianym drutem pokrytym specjalną izolacyjną emalią, również w motocyklach pochodzących z Kraju Kwitnącej Wiśni. W państwie które posiada więcej automatów przemysłowych, niż wszystkie inne na świecie razem wzięte, nadal stosuje się tradycyjne metody produkcji (zapewne w małym warsztaciku siedzi stary Japończyk i nawija te stojany).

Najczęstsze usterki układu ładowania z takim alternatorem:

uszkodzenie stojana – zwarcie między zwojami lub do masy
uszkodzenie regulatora napięcia
spadki napięcia na połączeniach w instalacji elektrycznej

Jeżeli mamy uszkodzony stojan alternatora możemy go albo wymienić na nowy, albo przewinąć. Jeżeli cena nowego przerasta nasze możliwości finansowe lub posiadamy bardzo nietypowy model motocykla to czeka nas przewijanie. Nie radzę podejmować prób własnoręcznego naprawiania statora, chyba że mamy bardzo dużo wolnego czasu, anielską cierpliwość i ogromną odwagę. W Polsce warsztaty które przewijają stojany alternatorów i robią to dobrze można policzyć na palcach jednej ręki emerytowanego pracownika tartaku, a takich które udzielają gwarancji na zregenerowany podzespół jest jeszcze mniej. W swojej praktyce widziałem stojany nawinięte drutem aluminiowym lub „zalane” zwykłą farbą olejną zamiast żywicy.

Przyczyny uszkodzeń tego typu alternatorów:

niski poziom oleju w silniku, uzwojenie statora przegrzewa się i następuje przebicie izolacji i zwarcie miedzy fazami lub do masy, dzieje się to zwłaszcza w czasie upałów
przeciąganie silnika na wysokich obrotach, powoduje że regulator nie nadąża z odprowadzaniem nadmiaru mocy do masy, może to spowodować uszkodzenie uzwojeń albo regulatora napięcia
obciążanie alternatora prądem większym od nominalnego przez dodatkowe odbiorniki np. lampy halogenowe dużej mocy mogą spowodować uszkodzenie układu ładowania
korozja połączeń elektrycznych, spowodowana najczęściej przez zawilgocenie instalacji lub wyciek elektrolitu z akumulatora

Kierując się poprzednim artykułem, przeprowadziliśmy kontrolę napięcia ładowania. Co zrobić jeśli okazuje się nieprawidłowe? Pierwszą czynnością będzie ustalanie w jaki typ generatora jest wyposażony nasz motocykl.

Jeśli mamy do czynienia z prostą prądnicą prądu przemiennego wtedy:

ustalamy przewody biegnące od silnika do regulatora napięcia, z tej wiązki wybieramy przewód lub przewody połączone z cewką zasilającą
ustawiamy pokrętło miernika na pomiar napięcia przemiennego (VAC), zakres 200 woltów
uruchamiamy silnik, zmieniając obroty silnika mierzymy napięcie wytwarzane przez cewkę ładowana - powinno oscylować w zakresie od 15 do 30 woltów.
jeżeli napięcie jest prawidłowe, dokładnie sprawdzamy stan połączeń elektrycznych układu ładowania
jeżeli połączenia są prawidłowe oznacza to, że mamy uszkodzony prostownik i należy go wymienić

Kiedy mamy do czynienia z alternatorem, w którym wirnik jest wyposażony w magnesy stałe:

sprawdzamy stojan alternatora, znajdujemy wiązkę biegnącą z silnika, są to trzy przewody koloru białego lub żółtego (zależy od marki motocykla), które schodzą się do jednej kostki połączeniowej
pokrętło multimetru ustawiamy na pomiar napięcia przemiennego zakres 200 woltów
uruchamiamy silnik, wypinamy kostkę, miernikiem mierzymy napięcie między uzwojeniami alternatora, powinno ono wynosić od 20 do 50 woltów
jeśli wszystko jest w porządku sprawdzamy, czy uzwojenia stojana nie mają zwarcia do masy. Jeden przewód miernika podłączamy do masy motocykla, drugi po kolei do każdego przewodu z alternatora, napięcie mierzone nie powinno być większe niż 0,5 V, jeśli znacznie przekracza tą wartość, mamy uszkodzony stojan alternatora i musimy go zdemontować z silnika.

W przypadku alternatora „typu samochodowego”:

jeżeli alternator jest „zabudowany” - demontujemy osłony
wzrokowo oceniamy stan szczotek i pierścieni ślizgowych, delikatnie sprawdzamy czy prawidłowo przesuwają się w szczotkotrzymaczu
Sprawdzamy napięcie „wychodzące” bezpośrednio z alternatora
pokrętło miernika ustawiamy na zakres 20 woltów DC,
uruchamiamy silnik, czarny przewód podłączamy do masy motocykla, czerwony z miernika do przewodu przy prostowniku połączonym bezpośrednio z plusem akumulatora (bywa oznaczony B+), jeżeli napięcia jest tam wyższe niż na akumulatorze, wtedy szukamy spadku napięcia na połączeniach.

Sprawdzamy uzwojenie wirnika:

odłączany zacisk dodatni akumulatora
demontujemy szczotki (w niektórych motocyklach szczotki są zintegrowane z regulatorem napięcia)
ustawiamy pokrętło miernika na omomierz, zakres 200 omów
przewody miernika podłączmy do pierścieni ślizgowych w wirniku, przyrząd powinien wskazać od 2 do 5 omów, nieskończona oporność świadczy o przerwaniu uzwojeń wirnika
omomierzem sprawdzamy, czy wirnik nie ma przejścia do masy, jeden przewód miernika podłączamy do pierścienia ślizgowego, drugi do masy motocykla. Sprawny wirnik nie powinien mieć uzwojenia zwartego z masą

Sprawdzamy uzwojenie statora:

odłączany zacisk dodatni akumulatora
odłączamy przewody statora od mostka
omomierzem sprawdzamy oporność uzwojenia statora, powinno wynosić od kilku do kilkunastu omów, sprawdzamy czy stator nie ma przebicia do masy

Podstawowa wiedza o układach ładowania, może nam dosłownie uratować życie, tym bardziej, jeżeli podróżujemy motocyklem samotnie i musimy liczyć tylko na siebie. Uzbrojeni w multimetr za 15 złotych i podstawowy zestaw narzędzi możemy naprawić układ ładowania w drodze. Praktyka serwisanta pokazuje, że zdecydowana większość usterek to drobnostki np. wypalone gniazdko czy przerwany przewód. Zamiast wzywać pomocy, posiadając odpowiednią wiedzę jesteśmy w stanie pomóc sobie sami.