发布于 04-18 16:50:56
发电机作为充电系统的核心部件，经多年充电技术的发展，机械方面的主体结构并没有太大的改变，仍然由转子、定子和整流板三大部分组成，但其充电能力却随着技术的更新得到了极大的提高。
20世纪末期为充电系统的最初阶段，此时车上的用电器只有最基本的灯光、雨刮和启动系统，而灯光、雨刮系统也只是在特定的环境下使用，因此这阶段车辆普遍耗电量极低，当然对车辆充电量的要求也不高了。这一阶段充电系统的唯一目的就是能满足车辆的最基本用电。这个阶段的发电机普遍使用了6个整流二极管。现代技术证明，在其他条件都相同时，整流二极管的数量，也会直接影响发电机充电量的高低，而在二极管数量不改变的情况下，要提高充电量，也只有增加发电机的定子线圈和转子线圈的圈数或线径，这就导致了当时的发电机普遍体积偏大。体积大充电量小是第一阶段充电系统的特点。
第一阶段充电系统普遍使用了电压表，通过观察电压表来确定充电系统是否可以正常发电。该电压表工作原理很简单，点火开关关闭时，由于电压表供电电源被切断，因此电压表指针停在最低位零位刻度处，打开点火开关发动机未启动时候，电压表被通电，表针指向12V电压表刻度处，此时表针指向的刻度数字即电源的实际电压。启动发动机当发电机正常充电时，电压表指针往高电压方向摆动，代表此时的充电电压。用电压表来检测充电，由于不是非常直观（驾驶人很难时刻去注意电压表那个细细的指针），因此对一般的驾驶人来说，完全有可能没有在第一时间知道充电的情况。因此在后来的车型中被逐渐淘汰。而这阶段的充电量的调节，使用的也是最简单的机械式调节器（通过增加电阻方法来降低或提高发电机的励磁电流），而且调节器都是安装在发电机的外部，所以又称之为外部电压调节器。
第一阶段汽车充电系统的特点是能满足车辆的最基本用电，普遍采用6个整流二极管，发电机的体积大，但是充电量相对比较小。
21世纪初，国内电喷发动机被普遍使用。充电系统的电压表也被淘汰，采用了充电指示灯来检测系统充电与否，只要打开点火开关，充电指示灯就被点亮，而启动发动机只要正常充电后，充电指示灯就会熄灭；当发电机不发电时，红色的充电指示灯则会常亮不灭，警告驾驶人系统没有充电。该充电指示灯相比电压表的优点非常明显，观察起来非常直观，一目了然。同时发电机体积被瘦身了，可充电量却得以提高。这主要得益于整流效率的提高，相对之前的6个二极管发电机，现在普遍都采用了8个或9个二极管。第二阶段的电压调节器相对第一阶段电压调节器而言，输出电压更稳定了。这个阶段调节器同样还有机械式调节器，但是这种机械式调节器主要应用在早期的一些进口的车型上（如当时的丰田小货车、尼桑皮卡等车型），均采用了外调节式六线电子调节器，这种调节器体积庞大，结构复杂，价格昂贵，电路控制如图4-13所示，该调节器工作过程如下。
图4-13 发电机调节器电路（一）
①打开点火开关时候，电流经过点火开关→充电指示灯→电压调节器的6号脚→调节器内部电子元件控制→接地回路。若充电指示灯被点亮，说明此时发电机处在未充电状态。
②车辆启动之后，电流经过点火开关→电压调节器5号线→调节器内部电子调节→调节器的2号线→发电机的S端子→发电机励磁线圈通电→搭铁回路，此时发电机励磁线圈若产生磁场，发电机就处在充电状态。
③充电时的充电指示灯控制为，发电机充电后，则发电机N端子输出电压→调节器端子4号脚→调节器内部线圈→线圈产生磁场吸下充电指示灯经过的触点。若充电指示灯搭铁回路被断开，则指示灯熄灭。
④发电机充电电压的稳定和控制，该电压调节器4号线直接连接至蓄电池，其作为基准电压的比较，当4号线电压偏高（一般发电机电压最高不超过14.7V），则通过内部降压电阻，降低2号脚输出电压，使充电电压降低，反之若充电电压偏低，则提高2号脚输出电压，提高进入S端的励磁电压，以提高充电电压，通过如此反复调节，稳定电压在合理的范围内。
这种机械电压调节器在早期一些低端的进口车型上面使用比较普遍，优点是输出电压比较稳定，缺点是价格昂贵（相对于国产车而言），因此在国产汽车上并没有采用该型号的调节器，而是使用了最简单的内置一体式电子调节器，内置式整体电子调节器安装在发电机内部，结构紧凑，成本较低，维修方便，外部线路少，因此直到现在依然被绝大多数国产轿车继续使用，其线路如图4-14所示。
图4-14 发电机调节器电路（二）
图4-14中充电系统工作过程如下。
①点火开关闭合后，电流经过点火开关→充电指示灯→发电机的L端→发电机内部调节器→碳刷→转子线圈→搭铁，此时充电指示灯电流经过励磁线圈搭铁后，指示灯被点亮。
②发动机启动后，经过充电指示灯的电流流经转子线圈→转子线圈产生磁场→定子绕组产生感应电动势→整流后输出电压→发电机开始充电。
③发电机开始发电后，其内部电子调节器端电压升高，于是电压经过发电机内部输出→发电机L端→充电指示灯，此时充电指示灯两端同时有12V电压，没有电位差，则充电灯就被熄灭。表明发电机开始充电。
④发电机充电后，转子线圈由点火开关供电产生磁场，转变为由发电机充电电压供电产生磁场，即从外部供电励磁，转为内部本身供电励磁，此时，即使断开充电指示灯电路，只要发动机继续转动，发电机依旧会继续发电。
该整体式发电机极大地简化了充电系统的外围线路，结构紧凑，系统稳定，降低了充电系统的故障产生的概率，因此若不考虑整车的其他因素，而仅就充电系统的本身性能来说，这个阶段的充电系统属于非常的完善了。
第二阶段的电压调节器相对第一阶段电压调节器而言，输出电压更稳定，电压调节器较多地采用外装。
随着汽车技术不断更新，电子控制方面愈加精密，同时为了符合日趋严格的排放要求，充电系统也逐渐融合了整车电子控制，让车载电脑控制充电系统成为一种趋势。
以大众全新桑塔纳的充电系统为例（图4-15），该充电系统的发电机上的线路和第二阶段类似，发电机上面共有三根线，至蓄电池的一根最粗的常火线，为发电机向蓄电池的充电线A，而另外两根线则完全不同于传统的充电系统，分别是：一根连接至车身控制模块J519的充电信号L线；另一根连接至发动机控制单元的DFM线。
图4-15 充电系统控制电路
充电的信号L线，L线在打开点火开关时，J519通过L线在发电机内部搭铁，正常情况下此时该线电压为1V左右，当L线电压正常，则J519通过CAN线发送信号给仪表，仪表控制充电指示灯点亮（但实际情况证明，若L线断路，充电指示灯仍然能够点亮）。若发电机正常充电后，L线电压则为充电电压，J519接收该信号电压后，再次发出指令，通过CAN线让仪表关闭充电指示灯。此时的L线电压数据也是J519执行负载管理模式一的参考信号线，而负载管理的目的是确保蓄电池有足够的电能，在保证安全的前提下，适当的关闭舒适功能的一种管理。该管理有三种模式，模式一的前提条件是：15号线接通并且发电机处于工作状态，此时如果L线电压低于12.7V，则控制单元要求发动机提高怠速，而如果蓄电池电压低于12.2V，下面这些用电器将会被依次关闭；座椅加热、后风窗加热、后视镜加热、转向盘加热、脚坑照明、门内把手照明、空调系统、信息娱乐系统。模式二的条件则是15号线接通并且发电机未工作，如果J519监测到电源电压低于12.2V，则空调耗能降低或关闭，脚坑照明、门内把手照明、上下车灯、离家功能关闭，信息娱乐系统关闭。模式三的条件是：15号线断开并且发电机未工作，如果J519监测蓄电池电压低于11.8V，此时车内照明灯、脚坑照明、门内把手照明、上下车灯、离家功能、信息娱乐系统都会被关闭。由于L线是负载模式一的参考信号线，因此当L线出现断路的时候，J519就会报出由于电压过低造成功能受限的故障码，同时会出现负载管理模式一的结果。而发电机上的DFM线连接至发动机控制单元，由发动机控制单元通过输出至DFM的占空比信号大小，来控制发电机的输出电压。当车上大功率用电器被打开，发电机负荷增大时，发动机控制单元一方面提高DFM线占空比，提高输出电压，同时适量增大节气门开度，提高发动机输出功率，避免发动机出现转速不稳等症状。而若该线出现断路等故障，则发动机控制单元会记忆故障码，同时报发电机端子DFM负荷信号不可信的故障。
第三阶段的充电系统仍然采用了充电指示灯来监测充电系统是否正常，但是该充电指示灯的控制和第二阶段充电灯的控制是完全不同的，该充电指示灯由仪表控制单元来独立控制。当打开点火开关后，哪怕断开发电机上的插头，此时充电指示灯同样会正常点亮，而启动后不管是否充电，仪表检测到转速信号后，会主动熄灭充电指示灯。仍以全新桑塔纳为例说明充电指示灯延时打开或关闭功能。先拔掉该发电机上的充电信号L线和DFM线，启动发动机，此时的发电机是没有发电的，但启动后充电指示灯也会熄灭不会马上点亮，这可能让大多数技师都无法理解，可事实就是这样。那么这个充电灯到底在什么情况下才会点亮呢？此时让发动机继续运转，打开大灯等较大负荷，以便快速降低电源的电压，当车辆整车的电压低于11V时，充电指示灯才开始点亮。接着再接回L线和DFM线，让发电机恢复充电，按照常规思维，接回两根线的瞬间，发电机马上充电，那么充电指示灯也会马上熄灭，但事实证明又不是这样，充电灯在恢复充电十几秒之后才熄灭。由此说明该车充电灯不亮，不能说明发电机一定在发电，同样充电灯点亮，发电机不一定就没有发电，而若充电灯点亮，则说明整车电压已经低于警戒值，此时驾驶人不要轻易熄火，否则有可能导致无法再次启动了。
该类车型另一个特点，即DFM线损坏后的高转速恢复充电功能。按照常规理解，当发电机上的DFM线损坏断路时，针对传统的发电机，此时无论如何发电机都不可能再充电了，可是针对该类型发电机而言，却超出我们的想象。此时若发动机转速不高，发电机确实不会发电，可当发动机转速超过2000r/min以后，发电机竟又神奇的正常发电了。一开始认为是励磁线圈的剩磁发电，但当断开发电机至蓄电池充电A线时，另外再接一个负载，不管发动机转速如何升高，发电机始终无法再发电。
这个足以证明DFM线损坏后的充电和发电机的剩磁无关，而是由发电机上的充电线A直接通过发电机的内部调节器，来为励磁线圈提供电压恢复充电。但是充电A线为励磁线圈提供电源的前提是发电机的转速要达到2000r/min，并且发电机的充电信号线断开。这两者若任一个缺失，则A线永远也不会为励磁线圈提供电源了。
第三阶段的充电系统中，充电系统已经融入了整车电子控制部分，发电机与车身控制单元和发动机控制单元都密切相连，结合严格的排放要求，能量回收系统的使用就顺理成章了。而能量回收系统，就是利用发电机将多余的能量以电的形式输送给电池，避免了燃料的消耗。该系统中，即使是发电机在满负荷充电时，也可能不会增加消耗多余的燃料。当驾驶人释放加速踏板或者施加制动时，车辆减速，能量回收系统就将机械能通过发电机以电能的形式回收，在发动机控制单元的调节和控制下，升高发电机的充电电压，给电池系统进行充电。而当车辆加速或匀速时，则可能降低发电机的输出电压，甚至完全停止发电机的充电，从而降低发动机的负荷，提高了燃油经济性。
随着未来技术的进步，以后的充电系统可能还会有一些改变，但是不论未来如何变化，也只是在第三阶段的充电系统基础上，来做一些完善和补充。因为第三阶段的充电系统，已经和车身控制系统实现了完美统一和相互兼容。
