申博真人网汽车电源电压不稳定的原因及对电控

原创 2020-02-24 13:31  阅读

  汽车电源电压不稳定的原因及对电控汽油发动机油耗和转速稳定性的影响_电子/电路_工程科技_专业资料。阐述引起汽车电源电压不稳定的原因,电压不稳定对电控汽油发动机油耗的影响,提出防止电源电压不稳定的建议。

  汽车电源电压不稳定的原因及对电控汽油发动机油耗和转速稳定性的影响 1 前言 当前, 汽车一般利用充电指示灯指示发电机是否发电——充电指示灯点亮表明发电机不发电, 充电指示灯熄 (1) 灭表明发电机发电。但发电机发电不表示电源电压正常,也不表示蓄电池在充电 。车辆投入使用后,可能出现 电压异常问题,包括电压偏低、电压偏高、电压不稳定。其中,电压偏低和电压偏高问题容易被驾驶员发现,可 以得到及时检修;电压不稳定,特别是蓄电池老化或线路压降偏大导致的电压不稳定问题比较常见,而且比较隐 秘,在出现这类问题后的一段时间内,不会影响车辆的使用,但是,对采用电控汽油发动机的汽车而言,电压不 稳定会导致发动机油耗增加、发动机转速不稳定,值得用户关注。本文探讨电控汽油发动机汽车出现电压不稳定 问题的原因、电压不稳定对油耗和转速稳定性的影响,并就如何防止电压不稳定提出建议。 2 汽车电源的构成与用途 汽车电源由蓄电池和发电机构成,两者以并联形式向汽车用电设备提供电能。在发动机起动前,蓄电池作为 唯一电源,用于向连续工作的电子设备(如电子控制单元、防盗器、时钟等) 、短时工作的电器设备(如起动机、 紧急时使用的灯具) 提供电能。 在发动机起动后, 发电机与蓄电池并联工作, 用电设备的电能主要由发电机提供, 蓄电池则起滤波、功率补充、储能等作用。在蓄电池的上述作用中,滤波是指吸收发电机输出的纹波、抑制感性 负载(如点火线圈、直流电机、电磁阀等)工作而引起的干扰;功率补充是指当发电机输出功率不足以支持用电 设备时,蓄电池向用电设备提供部分电能(也称放电) ;储能是指发电机输出功率充足时,发电机向蓄电池充电, 以补充发电机输出功率不足时用电设备所消耗的蓄电池电能。 (1) 电源系统的能量平衡关系为:IG=IW+IB 式中,IG 为发电机输出电流,IW 为用电设备电流,IB 为蓄电池电流。蓄电池电流可正可负,充电时为正,放 电时为负;发电机在中高转速时,具备向蓄电池充电的能力,蓄电池可以充电;而发电机在低转速时,若用电负 荷较重,则蓄电池可以放电。 3 汽车电压的正常状态 (2) 电控汽油发动机汽车电源的标称电压为 12V,额定电压为 14V,根据行业标准 ,发动机起动后,发电机输 出电压的正常范围为 14.25V 至 14.75V。发电机的输出电压由发电机调节器决定,对于一台具体的发电机而言, 在一定的温度、 转速和负载条件下, 其输出电压是基本稳定的, 一般波动幅度不超过 0.1V, 比如为 14.4V 至 14.5V。 (3) 由于发电机输出端至蓄电池接线柱的引线存在电阻,会产生一定的压降,但正常情况下压降不应超过 0.5V , 也就是说,发动机起动后在蓄电池接线柱上测量,正常电压值不应低于 13.75V。然而,汽车发动机的转速变化 范围很大,负载大小也可能随时变化,实际的电源电压并不能维持不变,而是在一定范围内变化。如果在怠速下 接通的电器过多,以致发电机的输出功率低于额定功率,则电压可能低于正常范围;通常,发动机与发电机的速 (2) 比在 2.5 以上,因此,发动机转速升至 2400 转/分以上时,大部分车辆的发电机转速可以达到额定转速 (6000 转/分)以上,这时发电机具有满负荷输出能力,即使全部电器负载开启,电源电压应可维持在正常范围内。 图 1 上方(通道 1)的波形是一台微型面包车(电控汽油发动机汽车)在发动机转速为 2000 转/分时于蓄电 池接线柱上测得的电压波形,其电压波动是由点火线圈初级间歇导通而引起的,波动幅度约为 0.15V,属于正常 波动范围,表明蓄电池和发电机处于完好状态。 图1 电源系统正常时的电压波形 4 引起汽车电源电压波动的原因 引起汽车电源电压波动的原因主要有以下五个方面。 1) 发电机调节器调节电压不稳定 发电机调节器分两种,一是内装式调节器,安装于发电机内部,其调压性能较好,可以满足电控汽油发 动机对电源电压稳定性的要求;二是外装式电压调节器,独立安装在发电机以外的位置,其调压性能相对于 内装式调节器较差。当前电控汽油发动机一般采用带内装式调节器的发电机。若发电机损坏后,用户为降低 维修成本,改用了采用外装式调节器的发电机,则发电机输出电压的稳定性会变差。 2)发电机个别绕组或整流二极管损坏 发电机的三相绕组或整流二极管损坏时,电源电压会出现规律性的大幅波动,图 2 上方(通道 2)是发 电机有一个正极二极管断路时输出电压的波形图,试验条件为:发电机规格 28V 750W,激磁电压 13V,发 电机输出端未与蓄电池并联, 发电机利用手摇皮带轮拖动 (尽管该试验条件与电控汽油发动机的电源系统并 不一致, 但工作原理相似) 。 从图 2 可以看出, 在试验条件下, 发电机在正常二极管导通时的输出电压为 3.4V, 而在断路二极管本应导通时的输出电压跌至 0V。也就是说,有 1 个二极管断路时,发电机的输出电压会从 正常输出电压到 0V 之间波动。在实际工作条件下,由于发电机与蓄电池处于并联状态,若有个别二极管出 现断路问题,则电源电压在蓄电池电压与发电机正常输出电压之间波动,比如,对于标称电压为 12V 的电 源而言,电压可能在 12.8V 至 14.5V 之间波动;绕组断路、二极管短路等故障形式引起的电压波动与前述二 极管断路引起的波动相似;实际的电压波动范围与发电机的正常输出电压、发动机转速、蓄电池的充电和完 好程度、用电负荷有关;在同样的发动机转速下,用电负荷越重,电压波动范围越大。 图 2 试验条件下发电机有一个正极二极管断路时的电压波形 3) 蓄电池的性能变差 性能优良的蓄电池充满电后,内阻小,滤波能力强,对维持汽车电源电压的稳定起到至关重要的作用。 但是,蓄电池在使用过程中,由于下述原因可能引起性能劣化,以致滤波能力显著下降:一,对于充放电频 繁的蓄电池,即使维护得当,若使用时间超过两年,其极板可能出现硫化、活性物质脱落等问题,以致性能 明显下降;二,一些蓄电池因质量原因,在投入使用后不久电解液沿接线柱渗出,以致接线柱周围形成白色 硫酸盐,接线柱与导线的接线端子接触不良,进而引起蓄电池充电不足,蓄电池极板硫化,内阻增加;三, 汽车经常在拥堵的路段行驶,发动机处于怠速状态的时间很长,若开启空调或大灯,则发电机输出功率不能 满足电器负荷的要求,以致蓄电池长期充电不足,进而造成蓄电池极板硫化,内阻增加;四,发电机局部损 坏,输出电压下降,以致蓄电池长期充电不足,进而造成蓄电池极板硫化,内阻增加;五,发电机的调节器 损坏,以致发电机输出电压过高,蓄电池过充电,极板变形,活性物质脱落。 4) 用电设备的瞬态干扰 一些大功率用电设备,如电动风扇、大灯等,接通时的瞬态电流很大,可引起较大的电压波动,不过, 这类设备并不频繁起动和关闭,对电源电压的影响时短时的;而另外一些用电设备虽然工作电流较小,但处 于间歇性工作状态,比如点火线圈、喷油器、刮水电机等,这些设备可对电源系统产生长期干扰,如果蓄电 池滤波性能不佳,则干扰导致的电压波动不可忽视。 5) 导线电阻或触点接触电阻偏大 导线均存在电阻,对于原装导线而言,由于车辆设计时考虑了各导线载流量要求,导线电阻引起的电压 降不会影响电器的正常工作。但是,一些车辆经过改装或维修后,个别导线的电阻值可能不符合要求,电器 工作时会出现较大的电压降。另外,汽车的线束和电器设备包含许多连接器、保险器、开关,一些连接器或 保险器可能因受潮、氧化及过载,引起接触不良;而开关因反复闭合或断开造成触点磨损,以致接触不良。 如果触点接触不良,则间歇工作的电器会引起电压出现较大幅度的波动。 5 汽车电源电压稳定性对电控汽油发动机油耗和转速稳定性的影响 对于采用电控汽油发动机的汽车而言, 喷油量控制和点火线圈初级断开电流控制的合理性, 会显响发动机油 耗和工作的稳定性; 为使喷油器在不同电压下满足各种工况的喷油量要求, 以及点火线圈次级在不同电压和转速 下产生的电压达到点火的正常要求,申博真人网 需要根据电源电压的高低, 分别对电磁喷油器线圈的导通时间和点火线) 级的导通时间进行修正,这种修正称为电压修正 ,见图 3,修正要求是:当电源电压较低时,增加喷油器线圈 和点火线圈初级的通电时间,而当电源电压较高时,缩短喷油器线圈和点火线圈初级的通电时间。修正由车辆电 脑(ECU)来完成的。由于电压采样的时间和电磁喷油器线圈或点火线圈初级导通的时间不可能重合,而且引起 电压变化的因素很多,电压波动具有随机性,因此,电压采样时的电压与电磁喷油器线圈或点火线圈初级导通时 的电压是不一致的。尽管如此,从图 3 所示的修正曲线可知,小幅度的电压波动对喷油器线圈通电时间和点火线 圈初级通电时间的修正影响不大,几乎可以忽略不计。 图3 电压修正曲线 当电源电压波动较大时,波动的影响就会显现,而且电压波动越大,对前述电压修正产生的影响越大,例如 (5) 发动机喷油持续时间的范围为 2ms—10ms ,当实际工况只需喷油 2ms 时,若电源电压变化范围是 13V—14V, 则电压修正引起的最大时间增量约为 0.2ms,即增幅为 10%。电压波动对电压修正影响最大的两种情形是:一, 电脑采集电压处于电源电压的低谷阶段,而喷油器线圈或点火线圈初级导通处于电源电压的高峰阶段,这样,电 压修正会引起导通时间偏长,从而导致过多的喷油量,以致增加油耗;二,电脑采集电压处于电源电压的高峰阶 段,而喷油器线圈或点火线圈初级导通处于电源电压的低谷阶段,这样,电压修正会引起导通时间偏短,从而导 致喷油量偏少、点火能量不足,以致发动机转速不稳定。 6 防止电源电压不稳定的建议 为避免电压不稳定影响发动机的正常工作,对于使用频度较高的汽车,建议加装一个数字式电压表(应以蓄 电池接线柱作为电压采样点,因此该仪表需要三根引线,其中两根电压采样线接蓄电池正负极接线柱,一根显示 控制线接点火开关的 ACC 引出线) ,并根据电压表显示的电压数值对电源系统进行以下方面的维护。 1)蓄电池的静态电压(发动机静止且未接通用电设备时蓄电池的电压,应在发动机熄火 30 分钟后 15 小时 (6) (7) 内测量,采用前述电压表测量时,点火开关处于 ACC 挡位)正常值为 12.4V —12.8V ;若在 12.4V 以下但在 11.7V 以上,为电压偏低;若在 11.7V 以下,为电压过低。对于静态电压偶然低于 12.4V 的,如果车辆不能每天 行驶,建议起动发动机,断开大功率电器,给蓄电池充电 10 分钟左右后再熄火。对于静态电压长期低于 12.4V 的,应按照下面的第 3)项要求进行检查。 2)每间隔一个月,检查一次蓄电池接线柱是否出现白色硫酸盐,若有硫酸盐,用 80 度左右的热水冲洗接线 柱,必要时再紧固接线端子上的螺钉,然后给接线柱处涂抹一些凡士林。 3)若静态电压长期低于 12.4V,先检查蓄电池接线柱上是否有硫酸盐,若有,按照第 2)项要求清除,然后, 起动发动机,断开大功率电器,给蓄电池充电 10 分钟左右,再熄火,让点火开关处于 ACC 挡位,过 60 秒至 70 秒观察电压,若这时电压下降至 12.8V 以下,则接通大灯,若电压又下降 0.3V 以上,说明蓄电池已趋于老化, 建议更换蓄电池。 4)发动机起动后,若仪表显示的电压波动超过 0.5V 以上,可能是发电机存在故障,请到维修站检查发电机 及相关线路,经检查证实发电机有问题的,立即更换发电机。 5)定期检查电路的保险器、插接件、接线端子是否接触良好,必要时更换出现问题的零件;为防止插接件 进水导致接触不良,请不要冲洗插接件,若遇车辆被水浸泡,应更换受损的线)在夏季,若夜间行车并开启空调,行驶中尽量让发动机转速维持在 2000 转/分以上,以便发电机转速接 近或超过额定转速,从而使发电机输出功率大于用电负荷功率,给蓄电池充电,让蓄电池在大部分时间处于充足 状态,可以降低间歇工作的电器给电源电压带来的波动。 参考文献 魏春源 等译, 《BOSCH 汽车电气与电子》 ,北京:北京理工大学出版社 ,2004 年 7 月第 1 版。 中华人民共和国汽车行业标准,QC/T 774-2006, 《汽车交流发电机用电子电压调节器技术条件》 。 车德宝、车兴辰主编, 《别克凯越全车电路分析》 ,北京:机械工业出版社,2013 年 1 月第 1 版。 张金女、储江伟、朴永守编著, 《汽车电子装置与控制技术》 ,哈尔滨:黑龙江科学技术出版社, 2000 年 2 月第 1 版。 [5] 尉庆国、苏铁熊、董小瑞主编, 《汽车发动机构造及原理》 ,北京:国防工业出版社,2012 年 6 月第 1 版。 [6] 刘春晖主编, 《汽车电源系统故障检修与案例精解》 ,北京:机械工业出版社,2011 年 9 月第 1 版。 [7] 董辉编, 《汽车电子技术与应用》 ,北京:北京理工大学出版社,1998 年 6 月第 1 版。 [1] [2] [3] [4]

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