楊甜

摘 要：汽車電子技術(shù)不斷發(fā)展，車輛上的用電設(shè)備也越來越多，人們在享受這些新鮮、舒適的高科技產(chǎn)品的同時(shí)，也會(huì)擔(dān)憂在行車過程中使用這些輔助的用電設(shè)備會(huì)不會(huì)使汽車油耗增加，因?yàn)殡S著世界能源的不斷減少，近幾年來汽車燃油的價(jià)格也不斷升高。汽車上的主要電源是發(fā)電機(jī)，因此本論文就針對這一問題從車載交流發(fā)電機(jī)的工作原理以及使用特性兩方面探討汽車油耗與汽車用電設(shè)備之間的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：汽車油耗 交流發(fā)電機(jī) 汽車用電設(shè)備 電磁感應(yīng)

The Relationship between Vehicle Electrical Equipment and Vehicle Fuel Consumption

Yang Tian

Abstract：With the continuous development of automobile electronics technology， there are more and more electrical equipment on vehicles. While people enjoy these fresh and comfortable high-tech products， they are also worried about the use of the auxiliary electrical equipment during driving. It will increase automobile fuel consumption， because with the continuous reduction of world energy， the price of automobile fuel has also been rising in recent years. The main power source in a car is a generator. Therefore， this paper discusses the relationship between car fuel consumption and car electrical equipment from two aspects： the working principle and use characteristics of the on-board alternator.

Key words：automobile fuel consumption， alternator， automobile electrical equipment， electromagnetic induction

隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車不再是單純的代步工具，而是現(xiàn)代人們追求舒適生活與高質(zhì)量生活水平的象征。汽車電子技術(shù)的發(fā)展及電子產(chǎn)品的應(yīng)用大大的促進(jìn)了車輛的更新?lián)Q代速度，提高了駕駛安全性及乘坐舒適性，汽車上的用電設(shè)備也是不斷的發(fā)展、增加，一方面輔助系統(tǒng)用電設(shè)備越來越多，比如提高汽車舒適性、娛樂性的電動(dòng)座椅加熱，汽車空調(diào)強(qiáng)制加熱，車載音響，車載電視、車載導(dǎo)航等;另一方面是提高車輛使用性能及安全性的電控系統(tǒng)逐漸增多，如電控燃油噴射系統(tǒng)、電控點(diǎn)火系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)、ESP系統(tǒng)等，而這些控制電腦、傳感器、及新型執(zhí)行器的工作均需要使用電能。但與汽車電子產(chǎn)品大量使用相矛盾的是汽車燃油資源的匱乏與昂貴。因此廣大的汽車車主就會(huì)產(chǎn)生疑問，這些用電設(shè)備在車輛行駛中肯定需要電能供電，汽車上電能的產(chǎn)生來源于什么呢？行車中大量或長時(shí)間的使用這些用電設(shè)備會(huì)不會(huì)影響車輛的油耗或是降低車輛的動(dòng)力性呢？要想知道用電設(shè)備與汽車油耗之間到底有沒有直接的聯(lián)系，我們需先知道車輛電能的來源及工作過程。

1 車輛電源

汽車上的電源有兩個(gè)，一個(gè)是蓄電池另一個(gè)是發(fā)電機(jī)。現(xiàn)在燃油車輛搭載的蓄電池多為鉛酸型蓄電池，其工作原理是依靠電池內(nèi)部金屬與電解液的化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)釋放電能和吸收電能，它的工作容量是一定的，隨著工作電流變以及工作時(shí)間延長其端電壓都會(huì)降低，因此蓄電池只能作為汽車上的輔助電源使用，主要是在車輛啟動(dòng)時(shí)給點(diǎn)火系統(tǒng)，燃油繼電器和起動(dòng)機(jī)供電，當(dāng)車輛啟動(dòng)后蓄電池即退出工作，也就是說當(dāng)車輛進(jìn)入正常的行駛過程后，車上用電設(shè)備工作所需要的電能基本全靠發(fā)電機(jī)提供，因此在本論文中我們主要討論的是發(fā)電機(jī)的工作機(jī)制以及用電設(shè)備功率的增大與發(fā)電機(jī)運(yùn)行的關(guān)系。在這里需要特別說明的是，夏天使用空調(diào)制冷時(shí)的工作不屬于該論文中所說的用電設(shè)備增多，因?yàn)橹评鋾r(shí)空調(diào)壓縮機(jī)的工作是直接靠曲軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的，必然會(huì)消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，導(dǎo)致油耗增加，但該油耗的增加與用電設(shè)備功率增大無關(guān)。

2 發(fā)電機(jī)的工作原理

目前汽車發(fā)電機(jī)采用的大多都是三相硅整流式的交流發(fā)電機(jī)，其工作原理便是法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。其主要結(jié)構(gòu)包括定子繞組、轉(zhuǎn)子（內(nèi)含有勵(lì)磁線圈）、轉(zhuǎn)子軸，其中轉(zhuǎn)子軸通過皮帶輪與發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸相連，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，曲軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，定子線圈通過定子鐵心套在轉(zhuǎn)子外部，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子繞組被動(dòng)的切割磁感線，產(chǎn)生三相感應(yīng)電壓，經(jīng)過整流器整流后，供車上用電設(shè)備使用。

交流發(fā)電機(jī)發(fā)電電壓

其中N為勵(lì)磁繞組砸數(shù)，對于一臺具體的車輛為固定值，K為常系數(shù)（約為1.1-1.25），f為頻率.f=pn/60.p為極對數(shù)（對于某一輛車而言也是定值），n為轉(zhuǎn)速.Φ為磁通量（與磁力電流的大小成正比）。

通過上述公式可以看出，交流發(fā)電機(jī)發(fā)電電壓的大小取決于通入到勵(lì)磁繞組中的勵(lì)磁電流的大小及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在車輛運(yùn)行中，車輛的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定著發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此發(fā)電機(jī)作為一個(gè)從動(dòng)元件，其發(fā)電電壓其實(shí)只與勵(lì)磁電流的大小有關(guān)，因此在車用發(fā)電機(jī)上都裝配有電壓調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)輸入到勵(lì)磁線圈的電流的大小，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出端電壓的大小。

勵(lì)磁電流越大，轉(zhuǎn)子磁場越強(qiáng)，同樣轉(zhuǎn)速下定子線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢就越高;定子線圈上的電流又會(huì)產(chǎn)生新的反應(yīng)磁場，反應(yīng)磁場和轉(zhuǎn)子磁場形成合成磁場，發(fā)電機(jī)最終輸出電壓值就取決于該合成磁場的大小;如果負(fù)荷變動(dòng)，電樞反應(yīng)磁場變化引起合成磁場的變化，機(jī)端電壓就會(huì)波動(dòng)，此時(shí)電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來調(diào)整轉(zhuǎn)子磁場的大小使合成磁場保持不變，保證發(fā)電機(jī)輸出端電壓不變。

也就是說隨著車輛用電設(shè)備的增加，發(fā)電機(jī)的輸出功率就需要增加，但是這個(gè)功率的增加是靠發(fā)電機(jī)自身來調(diào)整的，而不是通過發(fā)動(dòng)機(jī)來調(diào)整的。但是發(fā)電機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸是直接與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連，因此發(fā)電機(jī)要想發(fā)電必須消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，但是隨著發(fā)電機(jī)輸出功率的增加，消耗的功率會(huì)不會(huì)變大，還得看發(fā)電機(jī)的機(jī)械特性。

2.1 交流發(fā)電機(jī)輸出特性

汽車電氣的一大特點(diǎn)是恒壓工作，車上用電設(shè)備的額定電壓一般均為12V，所以發(fā)電機(jī)的輸出電壓也會(huì)通過電壓調(diào)節(jié)器固定在理論電壓值附近。發(fā)電機(jī)的輸出特性便是指當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出電壓恒定（汽油車一般為14V）時(shí)，交流發(fā)電機(jī)的輸出電流（反映發(fā)電機(jī)帶負(fù)載能力）與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速上升到一定值（一般低于怠速轉(zhuǎn)速）時(shí)，發(fā)電機(jī)便可對外輸出電流，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)便可輸出額定的功率，此時(shí)發(fā)電機(jī)輸出電功率完全可以滿足車上用電設(shè)備的使用。此時(shí)即便發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增大，發(fā)電機(jī)輸出電壓也不再上升，而是通過電壓調(diào)節(jié)器進(jìn)行電壓控制，

當(dāng)車上的用電量相對較小時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器會(huì)減少通入到勵(lì)磁線圈中的勵(lì)磁電流，使輸出電能下降，但是此時(shí)發(fā)電機(jī)依然在跟隨曲軸旋轉(zhuǎn)，消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率。

當(dāng)車上用電量比較大時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器會(huì)增大勵(lì)磁電流，使輸出電能增加，此時(shí)隨著發(fā)電機(jī)電流的增大，發(fā)電機(jī)內(nèi)的磁阻力和扭矩會(huì)相對變大，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)所需的動(dòng)力增大，但是增大的功率對與發(fā)動(dòng)機(jī)本身的輸出功率而言幾乎微乎其微，反應(yīng)到油耗上幾乎看不出來變化，因此在車輛正常行駛時(shí)（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于怠速轉(zhuǎn)速），車主可放心的使用車上的用電設(shè)備且不會(huì)增加車輛的油耗。

但是發(fā)電機(jī)是有最大輸出功率值的，如果車上用電設(shè)備過多消耗功率超出發(fā)電機(jī)輸出最大功率，此時(shí)會(huì)消耗蓄電池的電能，長時(shí)間使用會(huì)導(dǎo)致蓄電池電壓降過大。因此車輛在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)綜合考慮發(fā)電機(jī)輸出特性和車輛最大用電量，車主朋友們不要在購車后隨意加裝、更改用電設(shè)備。

2.2 交流發(fā)電機(jī)外特性

交流發(fā)電機(jī)的外特性是指當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，其端電壓與輸出電流的關(guān)系

也就是說，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，隨著負(fù)載的增加，發(fā)電機(jī)輸出電流增大會(huì)不會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)端電壓降過高而使輸出電壓過低。

在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的端電壓受輸出電流也就是負(fù)載的影響比較大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，如用電設(shè)備過多，會(huì)使電壓過低，從而有增大發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的趨勢，消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的功率大，這也是為什么有些車主朋友會(huì)反應(yīng)，怠速運(yùn)行時(shí)若將鼓風(fēng)機(jī)開到最大，會(huì)明顯感覺到怠速轉(zhuǎn)速的升高，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速比較低的時(shí)候，比如怠速或車輛靜止的時(shí)候不要長時(shí)間的使用大功率的用電設(shè)備如：前照燈、雨刷、霧燈以及一些高端車輛上的大功率娛樂設(shè)施及通訊設(shè)施，否則會(huì)使怠速轉(zhuǎn)速升高、增加油耗，或是使蓄電池虧電嚴(yán)重，影響使用壽命。

3 總結(jié)

通過上述對交流發(fā)電機(jī)的工作原理及機(jī)械特性的分析我們知道：交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電量其實(shí)是取決于用電設(shè)備的用電量，也就是負(fù)載的，而不是轉(zhuǎn)速。發(fā)電機(jī)通過皮帶直接連接發(fā)動(dòng)機(jī)，只要發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸就必須跟著一起轉(zhuǎn)，即使發(fā)電機(jī)不需要發(fā)電量也必須被動(dòng)旋轉(zhuǎn)，它不能自己決定轉(zhuǎn)速。

能量守恒定律告訴我們，能量不會(huì)無緣無故的出現(xiàn)，也不會(huì)憑空消失。當(dāng)車輛轉(zhuǎn)速很高，而用電量又很小時(shí)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流會(huì)調(diào)節(jié)至最小，發(fā)電機(jī)自己泄掉一部分能量，輸出功率減小，但是此時(shí)發(fā)電機(jī)依然會(huì)維持高速旋轉(zhuǎn)，消耗一小部分發(fā)動(dòng)機(jī)的能量。

當(dāng)車輛轉(zhuǎn)速很低，而用電量又很大時(shí)，勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)至最大如果勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)至最大，仍不能滿足用電量時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)有轉(zhuǎn)速增大的趨勢，此時(shí)也會(huì)增大發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗。

所以，車輛在正常行駛過程中由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相對較高，輸出電功率高，車上的用電設(shè)備均可以正常使用而不用擔(dān)心會(huì)增加車輛的油耗，但是注意不要在怠速或車輛靜止時(shí)長時(shí)間使用大功率用電設(shè)備以及私自加裝過多的大功率用電設(shè)備，這樣不僅會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)怠速長期處于高速狀態(tài)，同時(shí)也有損壞發(fā)電機(jī)的危險(xiǎn)。

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