发电机工作原理

汽车的供电系统由汽车发电机（如图1所示）与蓄电池共同构成并联电路。在发动机熄火时，蓄电池为车辆的各种电器提供必要的电能。而当车辆启动时，蓄电池则同时为起动机供电，以助力发动机的启动。一旦发动机启动成功，便会开始驱动发电机进行发电。此时，发电机不仅为蓄电池补充电能，还负责向整车的用电设备提供稳定的电力支持。
汽车发电机为三相交流发电机，其输出的电为三相交流电。那么，发电机究竟是如何进行发电的呢？三相交流电又是如何被转化为直流电的呢？要解答这些问题，我们首先需要了解发电机的关键构成部分，包括定子、转子和整流桥。定子和转子均由线圈缠绕而成，而整流桥则是由硅二极管精心制作。当转子通电后，会形成一个强大的磁场。随着发动机的驱动，转子开始旋转，这个磁场也随之旋转。定子线圈，它们相互错开120°，并按照三角形接法引出三个抽头，这样在转子旋转时，就能感应出相位相差120°的交流电。最后，经过整流桥的桥式整流电路的处理，这个交流电被转化为14V的直流电，为整车提供稳定的电力支持。

随着发动机的驱动，发电机的转子开始旋转。发动机的转速直接影响发电机的输出电压：转速越高，输出电压越高；反之，转速越低，输出电压越低。然而，为了确保稳定的电力供应，我们需要发电机始终输出14V的电压。为了实现这一目标，我们需要一个能够灵活调整输出电压的装置——电压调节器。那么，如何调整电压呢？关键在于调节转子的励磁电流。根据这一原理设计的电压调节器，根据其安装位置的不同，可分为内置式和外置式两种。当前，外置式调节器已较少见于汽车上，因此我们主要关注内置式调节器。这种调节器通常安装在发电机的后部，并通过两个炭刷直接与转子相连，为转子提供必要的励磁电流。其供电方式会因车型电路结构的不同而有所差异，具体细节将在后续各车型的发电机电路控制逻辑中详细阐述。

内置式电压调节器是发电机电路中的重要组成部分，它负责根据发动机转速和负载情况灵活调整输出电压，以确保稳定的电力供应。这种调节器通常安装在发电机的后部，通过两个炭刷与转子直接相连，为转子提供必要的励磁电流。其具体的工作原理和电路控制逻辑将在后续的章节中详细介绍。

5种控制逻辑与常见故障排查

内置式电压调节器在发电机电路中发挥着至关重要的作用，其控制逻辑的复杂性也不言而喻。为了帮助读者更好地理解和应对可能遇到的问题，我们将深入探讨五种常见的控制逻辑，并介绍如何检修常见的故障。

1A控制逻辑

在五菱之光发电机的电路中，我们看到了一个典型的1A控制逻辑。发电机仅包含两根主要线路：B+线和L线。B+线作为发电机的输出线，负责输出电能；而L线，在发动机的定义中，是发电机指示灯线，它与仪表相连。仪表内的指示灯一端接正极，另一端则接在发电机的L端子上。当发电机未发电时，L端子呈现负极状态，这时蓄电池指示灯会点亮；而一旦发电机开始发电，L端子将转变为正极，蓄电池指示灯随即熄灭。这种通过发电机自励来控制电路的方式，被称为自励式控制电路。值得注意的是，转子的励磁线源自发动机的B+端子，这意味着发电机的发电状态与L端子并无直接关联。

图4展示了A控制逻辑的细节。在这一逻辑中，我们可以观察到发电机与仪表之间的紧密联系。当发电机开始发电时，L端子会从负极状态转变为正极，这一变化会直接影响到仪表内的蓄电池指示灯。具体来说，由于L端子与仪表相连，当其呈现正极状态时，蓄电池指示灯会感知到这一变化并相应地熄灭，从而向驾驶员发出发电机正常发电的信号。这种通过发电机自励来控制仪表指示灯的方式，有效地实现了对发电机工作状态的实时监测与反馈。

2B控制逻辑

图5展示了哈弗H6发电机的电路设计。从图中我们可以清晰地看到，发电机的端子配备了三根线：B+线作为发电机的主要输出线，负责传输电能；L线，即指示灯控制线，用于监控发电机的状态并控制仪表内的蓄电池指示灯；而点火开关打开时，IG线（在某些车型中也可能称为F励磁线）会提供必要的电力。采用此类控制方式的发电机通常被称为它励式发电机。

在诊断此类发电机无法发电的故障时，应首要检查IG端子的电压状况。若IG端子无法提供电压，那么发电机将无法获得必要的励磁，进而导致无法发电。

图5展示了哈弗H6发电机的B控制逻辑。在发电机电路中，B控制逻辑起着至关重要的作用。通过合理配置B+线、L线和IG线，发电机能够有效地输出电能、监控状态并接受必要的励磁，从而确保发电机的正常工作。在诊断发电机故障时，对B控制逻辑的检查是必不可少的环节。

3C控制逻辑

图6描绘了大众朗逸车型的发电机电路，其中发电机具备三个关键端子，包括B+端子以及T2ax插头上的另外两个端子。与哈弗H6相似，B+线在此同样作为发电机输出线，负责输出电能。此外，还有一根线连接至发动机电脑，被称为DFM线，它承载着发电机通过占空比信号向发动机电脑报告自身负荷状况的重要任务。当发动机电脑检测到必要时，会相应提升发动机转速以应对负荷需求。同时，一根通往车身电脑的控制线负责监测蓄电池状态，通过其上的电压信号判断发电机是否正常运行。一旦电压过低，车身电脑会智能地切断部分大负荷用电器，以确保车辆稳定运行。

图6展示了3C控制逻辑。在这个逻辑中，发电机通过B+线输出电能，同时，DFM线负责向发动机电脑报告发电机的负荷状况。当发动机电脑感知到需要增加负荷时，会相应提升发动机转速以应对。此外，车身电脑通过监测蓄电池状态来确保发电机的正常运行。一旦电压信号显示电压过低，车身电脑会智能地关闭部分大负荷用电器，从而保障车辆的稳定运行。

4D控制逻辑

图7描绘了科鲁兹车型的充电系统电路，该系统由蓄电池电流传感器、车身电脑（即车身控制模块）、发动机电脑（即发动机控制模块）以及发电机共同组成了一个精妙的电源管理系统。这一系统能够依据车载电网的即时负荷状况，对发电机的输出电压进行灵活调整。此外，电源管理系统还肩负着三项重要职能：持续监测蓄电池电压并对其状态进行估算；在必要时通过提升怠速转速和稳定电压输出进行校正操作；以及对系统进行诊断并提醒驾驶员注意相关事项。

充电系统各部件功能详解：

发电机：
发电机是可维修的部件。一旦诊断出发电机故障，必须将其作为总成进行更换。发动机传动带驱动发电机旋转。在转子转动时，定子绕组会产生交流电（AC）。此交流电经过二极管整流后，转换为直流电（DC），供车辆电气系统使用，从而维持电气负载的供电和蓄电池的充电。发电机输出由电压调节器控制，该调节器与发电机控制装置集成，负责调节供给转子的电流量。如发电机磁场控制电路出现故障，其默认输出电压将为13.8V。

车身控制模块（BCM）：
BCM是一个GMLAN装置，负责与发动机控制模块（ECM）和仪表板组合仪表（IPC）进行通信，以执行电源管理（EPM）操作。BCM确定发电机输出，并向ECM发送信息以控制发电机接通信号电路。它监测来自ECM的发电机磁场占空比信号电路信息，从而实现对发电机的精确控制。此外，BCM还监测蓄电池电流传感器、蓄电池正极电压电路，并通过估计蓄电池温度来确定蓄电池充电状态（SOC）。在怠速提升方面，BCM发挥着关键作用。

蓄电池电流传感器：
这是一个三线制霍尔式电流传感器，与蓄电池负极电缆在蓄电池处相连。它实时监测蓄电池电流，并将监测结果直接输入到BCM中。传感器产生一个128Hz、占空比为0～100%的5V脉冲宽度调制（PWM）信号。正常的占空比范围在5%～95%之间，而0～5%和95%～100%的占空比则用于诊断目的。
发动机运行时，发动机控制模块会向发电机发送接通信号，以启动电压调节器。调节器通过控制转子电流来调节输出电压，而转子电流与调节器提供的电脉冲宽度直接相关。在发动机启动后，调节器会监测定子上的交流电压来感知发电机的转动。一旦发动机开始运行，调节器会通过调整脉冲宽度来改变励磁电流，从而控制发电机输出电压，确保蓄电池得到正常充电，同时电气系统也能稳定运行。发电机磁场占空比端子连接着电压调节器和发动机控制模块。当电压调节器检测到充电系统出现问题时，它会将此电路接地，以通知发动机控制模块存在故障。发动机控制模块则负责监测发电机磁场占空比信号电路，并接收来自车身控制模块的指令来作出相应控制。这种控制逻辑在许多车型中都有所应用，旨在根据车辆的用电需求来动态调节发电机的发电电压。

5E控制逻辑

图8展示了宝马3系车型的发电机电路设计，这种控制方法在众多高端汽车品牌中颇为常见。其控制逻辑与科鲁兹车型的相似，主要区别在于实际控制发动机的线路采用了LIN总线技术，而在宝马车型中，它被称为BSD总线，本质上仍为LIN总线控制。一旦这种电路中的发电机与发动机电脑失去通信连接，发电机将无法根据车辆用电负荷的变化来调整输出电压，而只能以一个固定的电压水平进行发电。若遇到此类发电机故障，可按照通信类故障的检修方法进行处理。