張宗榮

（福建交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州 350007）

1 豐田銳志轎車3GR-FE發(fā)動(dòng)機(jī)電源系電路

豐田DNA REIZ銳志于2005年10月在國(guó)內(nèi)上市，具有V型6缸雙VVT-i（Variable Valve Timing，智能可變氣門正時(shí)系統(tǒng)）發(fā)動(dòng)機(jī)、手自一體式6檔自動(dòng)變速器。其主力級(jí)別車型具有大型車頂照明系統(tǒng)、HID（High Intensity Discharge，高壓氣體放電燈）氙氣前照燈（自動(dòng)水平調(diào)節(jié)及前照燈清洗裝置）、駕駛席膝部SRS空氣囊、定速巡航控制系統(tǒng)等多種先進(jìn)電氣系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)配置，其配置的3GR-FE發(fā)動(dòng)機(jī)的電源電路也是當(dāng)今技術(shù)最先進(jìn)的電路之一，如圖1所示。

1.1 組成

該電源電路由蓄電池、DENSO電裝的SC整體式交流發(fā)電機(jī) （帶G型單片式集成電路電壓調(diào)節(jié)器）、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、網(wǎng)關(guān)ECU、電流傳感器、蓄電池溫度傳感器、組合儀表、點(diǎn)火開關(guān)、空調(diào)ECU等組成，使用了多路通信和計(jì)算機(jī)控制等新技術(shù)。

值得注意的是，文章中所述的豐田銳志轎車3GR-FE發(fā)動(dòng)機(jī)電源系電路，是根據(jù)豐田汽車公司的TOYOTA REIZ電路圖簡(jiǎn)化的，去除了一些插接器，保留了所有的其它元件。具體豐田銳志轎車的系列不同，電路可能會(huì)有所不同。

1.2 功能及原理

1）SC整體式交流發(fā)電機(jī)的作用是汽車運(yùn)行時(shí)給所有用電設(shè)備供電，同時(shí)給蓄電池充電。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的作用是根據(jù)汽車工作狀態(tài)和電流傳感器、蓄電池溫度傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓。同時(shí)通過網(wǎng)關(guān)ECU和組合儀表控制充電指示燈的亮暗變化。網(wǎng)關(guān)ECU的作用是在高速動(dòng)力控制網(wǎng) （CAN網(wǎng)）和低速豐田車身局域網(wǎng) （BEAN網(wǎng)）這兩種不同總線系統(tǒng)上的控制單元ECU之間進(jìn)行信息交換和通信，實(shí)現(xiàn)汽車數(shù)據(jù)的同步性和共享。

2）電流傳感器和蓄電池溫度傳感器安裝在蓄電池旁 （圖1中為避免電路圖線條交叉、保持圖面清晰，沒有畫在蓄電池旁邊）。電流傳感器的電感線圈環(huán)繞在蓄電池正極電源線上，通過電磁感應(yīng)將蓄電池電流大小的信號(hào)傳給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU；蓄電池溫度傳感器緊貼著蓄電池外殼，通過其半導(dǎo)體負(fù)溫度系數(shù)的可變電阻，將蓄電池溫度大小的信號(hào)傳給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU。

3）空調(diào)ECU、車身ECU和前照燈ECU等串聯(lián)連接在豐田車身局域網(wǎng) (BEAN網(wǎng))上 （與電源電路沒有直接關(guān)系的ECU在圖1中沒有畫出），通過網(wǎng)關(guān)與其它ECU實(shí)現(xiàn)汽車數(shù)據(jù)的同步性和共享。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU在對(duì)電源電壓進(jìn)行控制的同時(shí)，通過網(wǎng)關(guān)和豐田車身局域網(wǎng)將信號(hào)傳給空調(diào)ECU，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的同時(shí)控制。

4）組合儀表連接2個(gè)電源。來(lái)自蓄電池的電源提供給組合儀表的時(shí)鐘和儀表ECU中存儲(chǔ)器的記憶電源；來(lái)自IG2繼電器的電源給組合儀表提供工作電源。當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)斷開后，組合儀表停止工作，但時(shí)鐘的工作和儀表ECU的儲(chǔ)存信息仍能正常保持。組合儀表 （帶儀表ECU）里面的充電指示燈通過亮暗和閃爍起到指示、報(bào)警作用。

2 SC整體式交流發(fā)電機(jī)的組成及原理

豐田銳志轎車3GR-FE發(fā)動(dòng)機(jī)使用DENSO（電裝）的SC整體式交流發(fā)電機(jī)由SC（矩形截面）交流發(fā)電機(jī)、G型單片式集成電路電壓調(diào)節(jié)器 （豐田REIZ-GRX121.122銳志使用GC1M 或GC2M的G型多功能集成電路電壓調(diào)節(jié)器，其具體型號(hào)和性能參見《汽車電器》雜志2010年第9期26-29頁(yè)）組成。發(fā)電機(jī)的定子 （電樞）繞組具有兩組獨(dú)立的三相線圈和整流器，這兩組三相線圈的電相位角相差30°，可減小定子磁性的變動(dòng)，大幅度降低發(fā)電機(jī)所發(fā)出的噪聲和輸出電壓的脈動(dòng)，同時(shí)提高發(fā)電機(jī)輸出功率。

電樞繞組的線圈使用矩形截面后，使線圈與鐵心的線接觸變成面接觸，如圖2所示，增大了線圈與鐵心的接觸面積，提高了散熱效果。同時(shí)增大了導(dǎo)線的橫截面積，減小了導(dǎo)線的長(zhǎng)度和電阻，從而減小了發(fā)電機(jī)的體積、質(zhì)量，并大大增大了發(fā)電機(jī)的輸出功率。

2.1 內(nèi)部G型電壓調(diào)節(jié)器

SC交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部的G型電壓調(diào)節(jié)器 （參見圖1）的場(chǎng)效應(yīng)管T1用于控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的電流，從而控制發(fā)電機(jī)輸出電壓；場(chǎng)效應(yīng)管T2用于產(chǎn)生控制組合儀表充電指示燈的信號(hào)，當(dāng)電源系電路工作時(shí)起指示和報(bào)警作用 （實(shí)際上，場(chǎng)效應(yīng)管T2也可直接用于控制充電指示燈的亮暗，當(dāng)電源系電路工作時(shí)起指示和報(bào)警作用）；三極管T3用于向發(fā)動(dòng)機(jī)ECU提供一個(gè)勵(lì)磁繞組導(dǎo)通率的信號(hào)，即發(fā)電機(jī)負(fù)荷信號(hào)；二極管D1用于吸收勵(lì)磁繞組電流被切斷瞬間的自感電動(dòng)勢(shì)，保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管T1。

2.2 外部端子

SC交流發(fā)電機(jī)外部有5個(gè)端子 （參見圖1），其中發(fā)電機(jī)輸出B端子使用D25插接器，經(jīng)過ALT 150A大電流熔斷器與蓄電池正極連接，并向用電設(shè)備供電。該端子還使蓄電池正極與G型電壓調(diào)節(jié)器的B端子連接，為發(fā)電機(jī)初始發(fā)電提供他勵(lì)電流。IG、L、M和RLO端子使用D7插接器，其中端子1連接RLO，端子2連接IG，端子3連接M，端子4連接L，如圖3所示。

1）IG端子的作用 向G型電壓調(diào)節(jié)器提供工作電流。其電路是:電源→80A LH J/BAM大電流熔斷器→LH-IG1繼電器（繼電器線圈由點(diǎn)火開關(guān)控制）→10A LH-IG小電流熔斷器→IG端子。

2）L端子作用 向發(fā)動(dòng)機(jī)ECU提供一個(gè)控制充電指示燈亮暗的信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU接收到該信號(hào)后，通過CAN網(wǎng)絡(luò)的雙絞線CANH和CANL，將該信號(hào)送入網(wǎng)關(guān)ECU。網(wǎng)關(guān)ECU又將該信號(hào)通過車身局域網(wǎng)的MPI1和MPI2提供給儀表總成的儀表ECU，最后由儀表總成的儀表ECU控制充電指示燈的亮暗。L端子的電壓信號(hào)為5 V時(shí)，充電指示燈暗；電壓信號(hào)為0 V時(shí)，充電指示燈亮。

3）RLO端子作用 接收來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的控制信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)以及蓄電池電流、蓄電池溫度、發(fā)電機(jī)負(fù)荷信號(hào)等，通過RLO端子向G型電壓調(diào)節(jié)器控制電路發(fā)出一個(gè)占空比的信號(hào)，電壓調(diào)節(jié)器的控制電路根據(jù)這個(gè)信號(hào)，通過T1管的通斷，控制發(fā)電機(jī)的輸出電壓。例如:加速時(shí) （踩下油門時(shí)）輸出低電壓，降低發(fā)電機(jī)的輸出電壓，以保證汽車的動(dòng)力性；減速時(shí) （松開油門時(shí)）輸出高電壓，提高發(fā)電機(jī)的輸出電壓，以利用發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)慣性，降低燃油消耗，并且保持蓄電池處于良好的工作狀態(tài)。

在車身局域網(wǎng)中還串聯(lián)著空調(diào)ECU。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU在控制發(fā)電機(jī)輸出低電壓的同時(shí)，通過網(wǎng)關(guān)和豐田車身局域網(wǎng)將信號(hào)傳給空調(diào)ECU，暫時(shí)切斷空調(diào)壓縮機(jī)電磁離合器，使汽車得到更大的動(dòng)力。

4）M端子作用 給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU提供一個(gè)勵(lì)磁繞組導(dǎo)通率的信號(hào) （既是發(fā)電機(jī)負(fù)荷信號(hào)，也是RLO端子通過T1管的通斷，控制發(fā)電機(jī)的輸出電壓的反饋信號(hào)），并為發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油和點(diǎn)火提供參考依據(jù)。

發(fā)動(dòng)機(jī)ECU在控制發(fā)電機(jī)電壓的同時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)蓄電池電流過大或蓄電池溫度過高，會(huì)發(fā)出信號(hào)，通過網(wǎng)關(guān)ECU和儀表ECU，控制儀表總成的充電指示燈閃爍以報(bào)警。

在使用中，如果M端子發(fā)生脫落，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU會(huì)通過RLO端子保持對(duì)發(fā)電機(jī)電壓的控制。同時(shí)使儀表板上發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈閃爍以報(bào)警；如果RLO端子發(fā)生脫落，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU對(duì)調(diào)節(jié)電壓控制會(huì)停止。此時(shí)發(fā)電機(jī)在G型電壓調(diào)節(jié)器控制下自行工作，將發(fā)電機(jī)輸出電壓固定調(diào)節(jié)為14.5V左右，使發(fā)電機(jī)正常發(fā)電，保證汽車所有用電設(shè)備能正常工作。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，豐田銳志轎車3GR-FE發(fā)動(dòng)機(jī)使用計(jì)算機(jī)控制和多路通信技術(shù)的電源電路不是獨(dú)立的系統(tǒng)，它通過多路通信技術(shù)與汽車上的其它ECU實(shí)現(xiàn)信息共享。電源系統(tǒng)故障可能會(huì)影響其它系統(tǒng)正常工作，其它系統(tǒng)故障也可能會(huì)影響電源系統(tǒng)正常工作。在進(jìn)行故障診斷時(shí)，要全盤考慮，避免進(jìn)入死胡同。

［1］日本株式會(huì)社電裝(DENSO CORPORATION).交流發(fā)電機(jī)（說(shuō)明書*修理書）［Z］.

［2］豐田汽車公司.TOYOTA REIZ電路圖［Z］.

［3］豐田汽車公司.TOYOTA REIZ修理手冊(cè)［Z］.

［4］張宗榮.電裝系列汽車發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器電路和功能［J］. 汽車電器，2010，（9）:26-29.