充电系统作为汽车正常工作中不可缺少的一个重要的部分,随着现代汽车整体技术的不断提高,也在不停的完善。而发电机作为充电系统的核心部件,其机械方面虽然经历了这么多年汽车充电技术的发展,但主体结构并没有太大的改变。机械方面主要的部件依旧是:转子、定子和整流板这三大部分,可是其充电能力随着技术的更新却得到了极大的提高。这得益于发电机的二极管数量,由最初的六个,增加至八个,再到后来的十一个二极管同时使用,让发电机的充电量较最初提高到了1.5倍以上。而充电系统最大的改变则是控制部分愈来愈完善,由最初的为满足基本的用电需求而充电,到后来充电系统的智能化控制,使充电系统由被动充电变为现在的按需充电,同时还增加了充电系统和整车系统的兼容性。笔者归纳了一下,汽车充电系统按照控制方式的发展应该分成三个阶段。
第一个阶段:为充电系统的最初阶段。时间节点至上世纪末期。此时国产车辆清一色的都是化油器车型,车辆上面根本不存在什么电子控制系统,这个阶段的汽车控制非常简单,只要车子能正常行驶就ok,而驾乘人员对车辆的舒适性要求基本是空白。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,而在当时的年代,汽车拥有量的稀少,再加上技术因素的制约,也导致当时法规对燃油的消耗量以及废气排放要求极其宽松。所以那时的充电系统的唯一目的就是能满足车辆的最基本用电,而不用考虑其他的因素。那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,也会直接影响了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。大体积小的充电量是第一阶段充电系统的特点。同时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(驾驶员很难时刻去注意电压表那个细细的指针),因此对一般的驾驶员来说,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。这种时候调节器早就在市场上绝迹,本文就不继续探讨。
第二个阶段,时间节点大约是上世纪末期至本世纪初的几年。这个阶段和第一阶段的变化是,化油器车辆被彻底淘汰,电喷发动机被普遍使用。而充电系统最明显的变化是,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;而当发电机不充电时,红色的充电指示灯则会常亮不灭,警告驾驶员系统没有充电。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。第二阶段充电系统还有一个显著的特点是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。另外一个提高是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。虽然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1所示,该调节器工作过程如下:
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。则充电指示灯被点亮,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,则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号脚输出龟压,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,其线路图如图2所示。
图2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激磁线圈搭铁后,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,即从外部供电激磁,转为内部本身供电激磁,此时,即使断开充电指示灯电路,但是只要发动机继续转动,则发电机依旧会继续发电。
该整体式发电机极大的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。