1.充电系统概述。 当发动机停机时,蓄电池向电气设备供电或向起动机提供能量。当发动机慢速运转或一些电气负载开启时(如照明和车窗除雾)仍然需要蓄电池电流。发动机高速运转时,充电系统会提供汽车所需的所有电流,满足汽车上的这些系统所需后,充电系统会把电流输入到蓄电池进行充电。 汽车充电系统由蓄电池、交流发电机及调节器、点火开关、充电指示灯(在仪表盘内)及线路组成,如图2-1所示。
2.发电机的组成及工作原理。
发电机是汽车充电系统的核心部件,也是汽车的主要电源,它的作用是在发动机正常运转时(怠速以上),向所有用电设备(起动机除外)供电,同时向蓄电池充电。汽车上的发电机大多为三相交流发电机,图2-2所示为2014年款一汽大众宝来发电机实物及安装位置。
现代汽车发电机均采用硅整流交流发电机,它主要由转子、定子、整流器、电压调节器、端盖、风扇、带轮等组成,如图2-3所示。
发动机驱动皮带驱动发电机,当转子旋转时,使定子线圈产生交流电(AC)。交流电通过整流器整流,转换成供车辆电气系统使用的直流电(DC),以维持电气负载和蓄电池充电。电压调节器与发电机控制装置集成一体,控制着发电机的输出。
(1)转子：作用是产生磁场,主要由两块爪极、励磁绕组、铁芯、转子轴和集电环(也称滑环)等组成,如图2-4所示。
转子轴上压装有两块爪极,两块爪极上各有六个鸟嘴形磁极,在两块爪极的空腔内装有导磁用的铁芯,铁芯上绕有励磁绕组(又称磁场绕组或转子线圈)。励磁绕组的两引出线分别焊在与转子轴绝缘的两个集电环上,集电环与装在后端盖上的两个电刷接触。当两电刷与直流电源接通时,励磁绕组中便有磁场电流通过,产生轴向磁通，使一块爪极被磁化为N极,另一块爪极被磁化为S极,从而形成了相互交错的磁极。
硅整流交流发电机按励磁电流的控制形式分为内搭铁型发电机和外搭铁型发电机两种(图2-5)。
内搭铁型发电机是磁场绕组(两电刷)中的负电刷直接搭铁(和壳体直接相连)的发电机。外搭铁型发电机是磁场绕组的两电刷都和壳体绝缘的发电机。外搭铁型发电机磁场绕组的负极接入调节器,通过调节器后再搭铁。
(2)定子：作用是产生交流电,由定子铁芯和定子绕组组成。定子绕组按连接方式分为三角形连接和星形连接两种,如图2-6所示。
(3)整流器：作用是将发电机定子绕组产生的三相交流电变换为直流电。整流器由不同数目的二极管组成,这样整流器的功能也不同,整流器一般由6只硅整流二极管接成三相桥式全波整流电路，这样的整流器称为6管整流器(如一汽大众宝来、捷达及丰田凯美瑞汽车上都有采用)6管整流器如图2-7所示。
有些交流发电机上,为了利用发电机定子线圈中性点的电压,提高发电机的输出功率,在原来6管整流器的基础上又增加了两个专门对中性点进行整流的二极管,组成8管整流器(如金杯海狮、帕萨特B5、天津夏利等汽车上使用)。8管整流器如图2-8所示。
8管整流器特点:电路中采用了8只硅整流二极管,其中6只组成三相全波桥式整流电路,还有2只是中性点二极管,1只正极管接在中性点和正极之间,1只负极管接在中性点和负极之间,对中性点电压进行全波整流。
为了提高发电机电压调节的精度,有些交流发电机在6管整流器的基础上又增加了三个专门用来调节励磁线圈电流的二极管,组成了9管整流器(如在捷达、东风悦达、起亚赛拉图、三菱欧兰德、富康等汽车上使用)。9管整流器如图2-9所示。
9管整流器特点:6只大功率整流极管组成三相全波桥式整流电路，对外负载供电,3只小功率管二极管与三只大功率负极管也组成三相全波桥式整流电路专门为发电机磁场供电,称3只小功率管为励磁二极管。
为了使发电机同时具有8管整流器和9管整流器的优点,有些交流发电机使用了11管整流器(如奥迪、桑塔纳、捷达时代超人等汽车上使用)11管整流器如图2-10所示。
11管整流器特点:由8只大功率整流二极管(其中2只中性点二极管)和3只磁场二极管组成。
(4)调节器：发电机调节器的作用是在发动机转速变化时,自动控制发电机电压,使其保持稳定,防止发电机电压过高而烧坏用电设备和导致蓄电池过量充电,同时也防止发电机电压过低而导致用电设备工作失常和蓄电池充电不足。
调节器按元件性质来分可分为触点式和电子式两种,现在常用的主要是电子式。电子式电压调节器又分为品体管调节器、集成电路调节器和电脑控制调节器。电子式电压调节器按其搭铁形式来分又可分为内搭铁式和外搭铁式两种。
①晶体管调节器：是将三极管作为开关串联在发电机的磁场电路中,根据发电机输出电压的高低,控制三极管的导通和截止,以调节发电机的励磁电流,使发电机输出电压稳定在规定的范围内。
晶体管调节器广泛应用于东风、解放及多种中低档汽车中,且一般采用整体封装形式。晶体管调节器有内搭铁式和外搭铁式两种。
a.内搭铁式晶体管调节器调节器内的功率三极管串联在发电机励磁绕组与点火开关之间,发电机励磁绕组有一端搭铁。
采用内搭铁时,调节器的“F”(磁场)接线柱与发电机的“F”(磁场)接线柱相接,调节器的“-”接线柱与发电机的“”接线柱相接,调节器的“+”接线柱接至点火开关。内搭铁式晶体管调节器如图2-11所示。
b外搭铁式晶体管调节器调：
节器内的功率三极管串联在发电机励磁绕组与搭铁之间,发电机励磁绕组无搭铁端,调节器控制励磁绕组打铁。
采用外搭铁时,调节器的“F”(磁场)接线柱与发电机的“F2”(磁场)接线柱相接,调节器的“-”接线柱搭铁,调节器的“+”接线柱除与点火开关相接外,另加一根导线与发电机磁场绕组的另一端(“F1")相接。外搭铁式晶体管调节器如图2-12所示。
②集成电路调节器：也称IC调节器,装于发电机内部,构成整体式交流发电机,发电机外部有2个或3个接线柱。集成电路调节器工作原理与晶体管调节器相同,都是通过稳压管感应发电机的输出电压信号,利用三极管的开关特性控制发电机的励磁电流,使发电机的输出电压保持恒定。集成电路调节器装在发电机上,根据电压检测点的不同,可分为发电机电压检测型和蓄电池电压检测型两种。
a.发电机电压检测型：直接在发电机上检测发电机的输出电压。图2-13中加在分压器R2、R3上的电压是磁场二极管输出端L的电压UL,CL和发电机B端的电压UB相等,检测点P的电压为Up,由于检测点P加在稳压管VD2两端的反向电压与发电机的端电压UB成正比,所以称为发电机电压检测型。
图2-14所示为夏利发电机电压调节器,该调节器为内装式外搭铁发电机电压检测型。该调节器有6个接线端子,F、P、E三个端子用螺钉直接和发电机连接,B端子用螺母固定在发电机的输出端子B上IG、L两个端子用金属线引到调节器的外部接线插座上。调节器内有一单片集成电路,它的IG端经点火开关SW接到蓄电池正极,用于检测蓄电池和发电机电压,从而控制晶体管VT2的导通和截止。
它的P端接至发电机定子绕组某一相上。单片集成电路调节器从P端检测到硅整流发电机的电压,从而控制晶体管VT1的导通和截止。
b.蓄电池电压检测型：通过连接导线检测蓄电池端电压的变化来调节发电机的输出。图2-15中加到分压器R2和R3上的电压为蓄电池端电压,由于检测点P加在稳压管VD2上的反向电压与蓄电池端电压成正比,所以称为蓄电池电压检测电路(检测点在蓄电池上)。
图2-16所示为丰田发电机电压调节器,该调节器为内装式外搭铁蓄电池电压检测型。交流发电机有以下几个端子:B、IG、S、L和P。当点火开关为开时,通过连接在点火开关和端子IG之间的导线为调节器提供蓄电池电流。当交流发电机充电时,端子B和蓄电池之间的导线有电流流过。同时,单片集成电路调节器通过端子S监视蓄电池电压。调节器根据需要增大或减少转子磁场能量。指示灯电路通过端子L连接起来。如果无输出,转子磁场线圈连接到端子P,通过交流发电机输出信号可以达到测试目的。
③电脑控制调节器这是目前轿车采用的一种新型调节器,由电气负载检测仪测量系统总负载后,向发动机电脑发送信号,然后由发动机电脑控制发电机电压调节器,适时地接通和断开磁场电路,即能可靠地保证电气系统正常工作,使蓄电池充电充足,又能减轻发动机负荷,提高燃料经济性。上海别克、广州本田等轿车发电机上使用了这种调节器。
图2-17所示为本田雅阁汽车发电机电子调节器,该调节器与发动机电脑(ECM)相连接并受发动机电脑(ECM)的控制,除具有电压调节功能外,还具有充电指示灯控制、过电压保护、发电机故障检测和信号传输等功能。该调节器具有8个接线端,其中,B、P、F、E端子用螺钉直接与发电机相连,接线插座内的IG、L、C、FR端子用插接器导线引出,IG端子接点火开关端,L端子接充电指示灯端,C端子接发动机电脑(ECM)控制端,FR端子接发动机电脑(ECM)信号端。
3.充电系统工作状态指示电路。
目前国内外大多数汽车上,均装有充电指示灯(属于报警装置).用来监测充电系统的工作情况。一般情况下,当接通点火开关时,充电指示灯亮,而当发动机启动后,交流发电机正常工作时,充电指示灯熄灭(只有极个别的车型例外)因此,当发动机正常工作时,充电指示灯突然点亮,则表示充电系统有故障,提醒驾驶员注意及时维修。
交流发电机充电指示灯工作原理如图2-18所示,其工作情况如下。
在发动机启动期间,发电机电压UD+低于蓄电池电压时,整流二极管截止,发电机不能对外输出,由蓄电池供给磁场电流。路径为蓄电池正极→点火开关SW→充电指示灯→电压调节器→磁场绕组→搭铁→蓄电池负极。充电指示灯亮。
当发动机转速升高到怠速及其以上时，发电机应能正常发电并对外输出,此时,发电机电压高于蓄电池电压,发电机自励。UB+=UD+，充电指示灯两端压降为零,充电指示灯熄灭,若充电指示灯没有熄灭,说明发电机有故障或充电指示灯电路有搭铁。
