Správně fungující zdrojová soustava motorového vozidla je pro jeho provoz životně důležitá a přitom se jí věnuje mnohdy jen malá pozornost a zájem o ni vzroste, až když nastanou potíže se startováním. Teprve pak se hledá příčina a většinou je již pozdě na to aby nepřišla ke slovu výměna akumulátoru.
Proto je bezpochyby dobré seznámit se se základní funkcí dobíjecí soustavy i s jejími nejčastějšími poruchami a možnostmi jak eventuelní závadu zjistit. Odstranění závady je pak již většinou věcí velmi jednoduchou a to proto, že i dobíjecí soustava je velmi jednoduchá. Regulátor napětí je dnes již konstruován výhradně jako polovodičový (zejména proto, že je díky ceně polovodičů mnohem levnější než mechanický – když si jej postavíte sami bude vám na to stačit padesátikoruna). Polovodičový regulátor je obvykle zataven ve svém obalu, což má výhodu v tom, že se do něj nedostane voda, ale nelze ani opravit. Tudíž jej nelze ani seřizovat, ale jen vyměnit.
Také v alternátoru toho k opravě moc není. Výjimečně se může stát, že „odejde“ dioda v usměrňovači a je třeba ji vyměnit a častějším případem jsou opotřebované uhlíky komutátoru budicího vinutí. Aby se v alternátoru spálilo vinutí to také není obvyklé a je to způsobeno většinou jeho nadměrným zatížením, nebo nevhodným používáním (nadměrné množství spotřebičů, velký akumulátor, běžící motor bez sepnutého klíčku spínací skříňky apod.). Časem se vyběhají také dvě ložiska na hřídeli rotoru ale jinak se vlastně alternátoru nemůže nic stát, protože v něm nic jiného není. Samozřejmě také pokud jej utopíte ve vodě můžete ho zničit, ale i nato výrobci pamatují a tak jsou na trhu i provedení vodotěsná.
Poslední možností nefunkční zdrojové soustavy jsou přerušené či zkratované vodiče a tento problém opět nevznikne sám od sebe ale spíše špatnou údržbou či nevhodnou manipulací s vodiči. A poslední a nejtriviálnější poruchu jistě zažil každý, to když praskne klínový řemen pohonu alternátoru. Asi namítnete, že může dojít také k přepálení kontrolní žárovky bez níž není možné řádné nabuzení alternátoru. Může, ale je to také jev velice řídký. Tato žárovka svítí během celého doby chodu motoru jen po krátkou dobu a protože obecně daná životnost žárovek je asi 1000 hodin, měla by svůj stroj bez problému přežít.
Výběr vhodného akumulátoru
V praxi je rozšířen názor, že čím větší kapacita akumulátoru, tím lépe. Něco na tom je, toto tvrzení, ale nemusí být vždycky pravdivé. Výkonnější akumulátor má sice v nabitém stavu lepší startovací schopnosti, (je schopen odevzdat více energie pro spouštěč), ale je otázkou zda jej alternátor dokáže dobře nabít. Proč?
Každý alternátor je schopen vyrobit jen určitý maximální proud a ten musí stačit jak pro bezvadnou funkci všech spotřebičů, tak pro dobíjení akumulátoru. Je samozřejmě celkem jedno, pokud akumulátor s kapacitou 140 Ah nahradíte akumulátorem s kapacitou 160 Ah. Je ale chybou, když se například do traktoru dáte akumulátor s kapacitou 170 místo 100 Ah. Při zimním provozu a nabitém akumulátoru sice nastartujete bezvadně, avšak budete používat mnoho spotřebičů, které budou odebírat mnoho proudu a pro dobíjení akumulátoru se jej již nebude dostávat. Takže při krátkém provozu a zejména pokud se akumulátor neohřeje, nedobijete jej dostatečně, a tím snížíte jeho kapacitu i životnost. Naproti tomu v létě kdy není potřeba spotřebičů velká a traktor jezdí třeba celý den při práci s vývodovým hřídelem, tedy ve vysokých otáčkách, akumulátor se sice dobije bezvadně, ale alternátor může běžet dlouho na plný výkon a maximální zatížení v kombinaci s vysokou teplotou může vést snadno k jeho zničení.
Použití akumulátoru s jmenovitou kapacitou nižší než doporučuje výrobce, zřejmě nikoho nenapadne a pokud ano jde o nouzové řešení. Je to totiž situace ještě horší než výše uvedený příklad. Akumulátor nebude dostačovat svou startovací kapacitou a pokud se start podaří začne alternátor akumulátor nabíjet ihned vysokým proudem (maximem svého výkonu) a to akumulátoru nesvědčí. Výsledkem bude opět snížená životnost.
Proto je třeba volit akumulátor vždy s obdobnou kapacitou jako doporučuje výrobce. Anebo zvýšeným požadavkům na výkon uzpůsobit celou zdrojovou soustavu, tedy akumulátor, alternátor a případně i spouštěč. Obecný návod jak dimenzovat soupravu alternátor/akumulátor/spouštěč dát nelze. Dá se říci, že kapacita akumulátoru v ampérhodinách by měla být o něco větší, něž maximální výkon alternátoru v ampérech. Jenže tuto otázku si výrobci řeší po svém. A tak například Same má ve svých dvěstěkoňových traktorech Rubin akumulátor 180 Ah a alternátor 120 Ah, ve stokoňových manipulátorech Manitou je akumulátor 120 Ah a alternátor 65 A.
S ohledem na vazbu akumulátor/spouštěč se někdy udává, že kapacita akumulátoru v Ah by měla být devítinou maximálního proudu spouštěče, nebo, že zkratový proud akumulátoru by měl být o 50 až 100 % vyšší než maximální proud spouštěče. Jako příklad můžeme použít elektrickou soustavu stokoňového traktoru Valtra 6750. Startér má výkon 3 kW, takže při napětí 10 V (při startu) odebírá proud asi 300 A. Ovšem jen teoreticky, protože jde o odběr při chodu na prázdno a skutečný odběr při zatížení je podle podmínek třikrát i čtyřikrát vyšší. Takže 900 až 1200 A. 900 děleno devíti je 100 Ah, 1200 děleno devíti je 130 Ah. Teoreticky by tedy traktor vystačil s akumulátorem o kapacitě 130 Ah, výrobce je však ze severských podmínek a tak jej pro jistotu vybavuje akumulátorem s kapacitou 160 Ah.
Jak zjistit správnou funkci zdrojové soustavy?
Nejlepší kontrolou je ampérmetr indikující nabíjení či vybíjení akumulátoru. Tyto měřící přístroje byly dříve běžnou součástí traktorů a například u Zetorů skončily tuším s modelem 69 11. Použití ampérmetru sice výborně monitoruje dobíjecí proces, ale jeho instalace je díky velkým proudům celkem náročná (vyžaduje bočník, pro měření úbytku napětí atd.).
Druhou a také poměrně dobrou možností kontroly je voltmetr ať již analogový (například traktory Same, či Fendt) nebo lépe digitální (například New Holland TM). Digitální ukazatel totiž může být snadno napojen na zvukovou indikaci, což u analogového přístroje nelze. Instalace voltmetru je v porovnání s ampérmetrem velice jednoduchá, jeden vývod se připojí na plus pól, druhý se ukostří a je to.
Většina moderních traktorů je dnes již vybavena diagnostikou, která do své paměti ukládá chybové hodnoty, mezi které patří například i nízké či vysoké napětí při určitých otáčkách. Kupříkladu u traktorů John Deere řady 6020 je možné vyvolat tři chybové kódy související s nesprávným napětím v palubní síti. První signalizuje nízké napětí při otáčkách motoru do 1500 n/min, druhý stav indikuje nízké napětí při otáčkách nad 1500 n/min a třetí vysoké napětí a to při jakýchkoliv otáčkách motoru. Chybnou funkci dobíjecí soustavy však v tomto případě zjistíme až při výpisu chybových hodnot což je úkon, který dělá jen servisní technik.
Poslední a nejméně přesnou možností jak zjistit správnou funkci zdrojové soustavy je klasická kontrolka dobíjení akumulátoru. Její funkce je zřejmá z obvyklého schématu zapojení soustavy akumulátor, alternátor a regulátor napětí. Jakmile se sepne spínací skříňka prochází proud přes kontrolní žárovku do regulátoru napětí a odtud do budicího vinutí alternátoru (červená šipka). Jakmile se zvýší otáčky motoru, zvýší se i otáčky alternátoru a tím vzroste napětí na jeho obou vývodech. V okamžiku kdy je vyšší než napětí akumulátoru kontrolní žárovka zhasne a proud prochází ve směru zelené šipky.
Udržování konstantního napětí přebírá regulátor napětí, který funguje velmi jednoduše. Jakmile se zvýší napětí na jeho přívodu nad nastavenou mez (typicky 14 V), přeruší přívod proudu do budicího vinutí. Tím napětí na výstupu alternátoru rychle poklesne, takže regulátor opět sepne a to se děje neustále několikrát za sekundu.
Pokud zdrojová soustava nefunguje správně mohou nastat prakticky tři chybné stavy.
1. Alternátor nevyrábí žádný proud – tento stav kontrolka dobíjení zachytí a dojde k tomu, že nezhasíná ať jsou otáčky motoru jakékoliv. V tomto případě je chyba způsobena nefunkčním alternátorem, nebo prasklým řemenem jeho pohonu. Pokud kontrolka nesvítí po zapnutí spínací skříňky (pomineme-li stav kdy je vadná žárovka) a nerozsvítí se ani při běhu motoru je vadný regulátor napětí, který je trvale rozpojen bez ohledu na to jaké je na něm napětí
2. Dobíjení je nedostatečné – tento stav kontrolka dobíjení nezachytí a funguje normálně, tedy svítí po zapnutí spínací skříňky a po nastartování a zvýšení otáček motoru zhasne. Přesto může být například vadná dioda v usměrňovači alternátoru a jeho výkon tak může být omezen. Napětí na akumulátoru je pak i při zvýšených otáčkách ne 14 ale třeba jen 13 V což stačí ke zhasnutí kontrolní žárovky, dobíjení je ale nedostatečné. Kdo by se domníval, že se mu pak bude při nízkých otáčkách motoru dříve rozsvěcovat kontrolka dobíjení je na omylu, protože i když bude napětí v palubní síti jen 11 V a bude stejné na akumulátoru i na výstupu z alternátoru, žárovka svítit nebude. Závada může být mimo vadné diody v alternátoru, klouzajícího řemenu, způsobena také špatně fungujícím regulátorem napětí, zejména pokud jde o mechanické provedení, které není správně seřízeno. Chyba může být i v polámaných vodičích, či svorkách na akumulátoru a alternátoru vykazujících vysoký přechodový odpor.
3. Přebíjení akumulátoru – tento stav kontrolka dobíjení samozřejmě také nezachytí, po zvýšení otáček motoru normálně zhasne. Přebíjení je vždy způsobeno chybně fungujícím regulátorem napětí, který je buďto špatně seřízen (mechanické provedení), nebo má zkratovaný výstup (polovodičové i mechanické provedení). Výsledkem je to, že proud tekoucí do budícího vinutí alternátoru není nijak omezován. Alternátor pak pracuje stále na plný výkon naprázdno se jeho napětí zvýší až přes hodnotu 18 V.
Jak zjistit funkci dobíjení bez voltmetru ampérmetru?
Jistě jen orientačně, ale můžeme využít několika pomůcek. Výše popsaný první chybový stav nám spolehlivě odhalí kontrolka dobíjení a zjistíme jej také tak, že se baterie rychle vybije a brzy nenastartujeme. Ti pozornější si pak mhou všimnout toho, že osvětlení má menší intenzitu než jsme zvyklí a také elektromotorky se točí pomaleji. Zvláště patrné je to u motorku stěrače.
Druhý chybový stav lze zjistit jen obtížně a až po delší době provozu, kdy jsou problémy s akumulátorem, který má najednou malou kapacitu a starty jsou obtížné. Pro přesnou kontrolu je nejjednodušší použít voltmetr, který připojíme nejlépe na svorky akumulátoru. Nabitý akumulátor má v nezatíženém stavu napětí 12,5 až 13 V a za provozu se napětí ve zdrojové soustavě musí udržovat mezi hodnotami 13,5 až 14,5 V a to bez ohledu na to kolik je zapnuto spotřebičů a jaké jsou otáčky motoru. Výjimkou jsou malé traktory s nízkými volnoběžnými otáčkami (příklad Zetor I. UŘ s 500 n/min), kde alternátor nestačí na volnoběžné otáčky vyrobit dostatečné množství proudu. Výkonné traktory již mají volnoběžné otáčky posazeny na vyšší hodnotě (okolo 800 n/min protože již na volnoběh pohánějí řadu přídavných zařízení nezbytných pro provoz – hydraulická čerpadla, servořízení, klimatizace apod.) a zdrojové soustava u nich pracuje naplno většinou už při těchto otáčkách.
Třetí stav – přebíjení nemusíme zjistit také okamžitě. Pozná se především, velkým úbytkem elektrolytu z akumulátoru a tím, že osvětlení bude mnohem intenzivnější než obvykle a také všechny motorky se budou točit nezvykle rychle. Kdo si toho nevšimne může nejezdit mnoho hodin a akumulátor zcela „vyvařit“. Pokud závadu zjistíme včas, nic se většinou nestane, protože de facto jen nabijeme akumulátor do plného napětí. Má to však řadu ale. Nesmí být namontován akumulátor 100 % bezúdržbový, u nějž jsou omezené možnosti jak odvětrat vařící se elektrolyt, u klasického akumulátoru nesmí dojít o obnažení horní části olověných desek a mimoto, když se elektrolyt vaří uvolňuje se nejen výbušný vodík a hoření podporující kyslík, ale také aerosol kyseliny sírové, který má silně korozivní účinky.
Choulostivá polovodičová technika má naštěstí většinou ochranu proti přepětí (procesory pracují obvykle s napětím 5 V), takže se přebíjením nezničí, ale ohrožen je již zmíněný akumulátor i spotřebiče elektrického proudu jako žárovky či motorky, kterými při vyšším napětí prochází větší proudy a snižuje se tak jejich životnost. Také alternátor pracující trvale s napětím přes 18 V se může snadno zničit.
Doporučení pro praxi
Jakmile se vám zdá, že akumulátor či alternátor nepracují správně, vezměte voltmetr a změřte dobíjecí napětí. Nejlépe přímo na svorkách akumulátoru. Jakmile naměříte pod 13,5 a nad 14,5 V, hned víte že je někde chyba. Nejlevnější voltmetr lze koupit i za dvě stovky, což je v porovnání s tisícovými položkami za akumulátor či alternátor zanedbatelná suma. Nejlépe pak na tom bude ten jehož traktor má ukazatel napětí již přímo na přístrojové desce.
V současné době jsou sice všechny moderní alternátory vybavovány polovodičovými regulátory napětí, kde se předpokládá vysoká životnost a stálost nastavených hodnot. Nenechte se ale mýlit ,i tyto regulátory se mohou zničit, což jsem poznal na vlastní kůži u svého auta, kdy jsme jednou několik kilometrů pokašlávali (vdechujíce H2SO4) až jsem zjistil, že akumulátor se přebíjí. V polovodičovém regulátoru se totiž přepálil koncový stupeň a proud do budícího vinutí nebyl nijak omezován.
Luboš Stehno
