常见车型电源系分析与故障诊断Word格式.docx
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4.4捷达轿车指示灯常亮故障17
4.5捷达轿车充电指示灯稍微发亮17
结束语18
参考文献19
致谢20
第一章绪论
1.1引言
庞大的市场需求仍是保持汽车产销量增长的重要因素。
经济的发展离不开交通，改革开放以来，高速公路的快速发展、快速的经济发展直接带动了汽车保有量的迅猛增长。
汽车从最初的小马力、低速度的“马车”发展到现在的大马力、高速度的超跑，见证了一个多世纪的人类智慧的结晶。
各种各样的不同种类的，不同用途的汽车，都有他的使用期限。
但是有些故障是人为造成的，是可以避免的，同时也是可以维修的。
1.2汽车发展的历史
（1）汽车的诞生
1879年，德国工程师卡尔·
本茨，首次试验成功一台二冲程试验性发动机。
1885年，他在曼海姆制成了第一辆本茨专利机动车，该车为三轮汽车，采用一台两冲程单缸0.9马力的汽油机，此车具备了现代汽车的一些基本特点，如火花点火、水冷循环、钢管车架、钢板弹簧悬架、后轮驱动前轮转向和制动手把等。
（2）汽车快速发展阶段（19世纪末至20世纪30年代）
汽车生产组织形式也由家庭作坊式过渡到大规模、标准化和流水线生产，1913年，福特公司首次采用流水线生产T型汽车，到1920年,实现了每分钟生产1辆汽车的速度,生产量达1546万辆，创下当时汽车单产世界记录。
汽车技术也有很大进步，高速汽油机、柴油机、艾克曼式的转向机构、等速万向节、弧锥齿轮和双曲面齿轮传动、带同步器的变速器、四轮制动、液压减震器、充气轮胎和发电机-蓄电池-起动马达系统都是这个时期发明的。
（3）汽车发展的全盛时期（20世纪30年代至70年代初）
二战结束，欧洲各国大力发展汽车，西欧汽车产量由战前的80万辆猛增到750多万辆，增长了近10倍。
德国大众的甲壳虫牌汽车风靡全球，从1936～1973年共生产2150万辆，创下了单产世界记录。
其高尔夫牌轿车，款式新颖齐全，外壳镀锌板，12年不锈，深受欢迎，已经生产2000多万辆，欧洲几乎每个家庭都有1辆。
日本也迅速崛起，在引进、消化基础上，创造出新车型，产量从1963年的100多万辆迅速增加到1970年的400余万辆。
1980～1993年期间年产量超过美国，跃居世界第一。
这个时期的汽车技术主要是向高速、方便、舒适方面发展，50年代轿车功率已经达到280kW，最高车速达200km/h，流线型车身、前轮独立悬架、液力自动变速器、动力转向、动力制动、全轮驱动、低压轮胎、子午线轮胎都相继出现。
（4）汽车企业兼并改组，汽车产量相对稳定时期（20世纪70年代以后）
这个时期汽车技术的主要发展方向是提高汽车的安全性和降低排气污染。
各种保障安全、减少排气污染的新技术、新车型应运而生，如各种防抱死制动系统、电子控制喷油、电子控制点火、三元催化转化系统、电动汽车等。
1.3汽车电源系研究的意义
目前我国汽车产业的发展环境正在日益完善，国民经济持续快速发展，人民收入和消费水平不断提高，对汽车、住房等10万元级商品的消费能力日趋增强，同时国家也出台了一系列政策，改善汽车消费环境，鼓励居民购买汽车，国际汽车巨头悉数进入中国，带来了先进技术和管理理念，可供消费者选择的车型大幅增加，但同时石油及钢材价格不断上涨，汽车消费环境的制约影响到汽车产业的更快的发展。
汽车行业产业链长、关联度高、消费拉动大，已经成为我国经济的重要支柱产业。
汽车需求增长较快拉动汽车产销量连创新高随着我国经济的快速增长和居民收入水平的持续提高，对汽车等商品的需求不断上升。
电子技术在现代汽车上广泛应用,汽车上电子元器件的数量必将越来越多,车辆在使用过程中不可避免会出现各种故障。
汽车电源系统是汽车电气系统的基本组成之一，使用频率很高，它的稳定运行也是汽车正常工作的条件之一。
汽车电源系统工作情况好坏,将对整车的方方面面的性能产生巨大影响。
所以及时发现并排除电源系统的故障就显得尤为重要。
汽车电源系统是汽车的一个重要组成部分。
汽车电源系统的故障，严重的威胁到车上人员的安全，所以了解有关汽车电源系统的知识，及时的排除故障是非常有必要的。
第二章蓄电池
蓄电池是将化学能直接转化成电能的一种装置，是按可再充电设计的电池，通过可逆的化学反应实现再充电，通常是指铅酸蓄电池，它是电池中的一种，属于二次电池。
蓄电池的主要功用是当发动机起动时，向起动机和点火系统供电；
在发电机不发电或电压较低的情况下向用电设备供电，当用电设备同时接入较多，发电机超载时，协助发电机供电；
蓄电池存电不足，而发电机负载又较少时，它可将发电机的电能转变为化学能存储起来（即充电）。
此外，蓄电池还相当于一个容量很大的电容器，在发电机转速和用电负载发生较大变化时，可保持汽车电网电压的相对稳定。
同时，还可吸收电路中随时出现的瞬时电压，以保护用电设备尤其是电子元器件不被损坏[1]。
2.1蓄电池的构造
图2.1蓄电池的构造
1-蓄电池外壳；
2-盖；
3-加液孔螺塞；
4-连接条；
5-极桩；
6-极板组
铅蓄电池由正极板、负极板、隔板、电解液、外壳、连接条和接线柱等主要部件构成，如图2.1。
（1）正、负极板
分类及构成：
极板分正极板和负极板两种，均由栅架和填充在其上的活性物质构成。
作用：
蓄电池充、放电过程中，电能和化学能的相互转换，就是依靠极板上活性物质和电解液中硫酸的化学反应来实现的。
颜色区分：
正极板上的活性物质是二氧化铅（PbO2），呈深棕色；
负极板上的活性物质是海绵状纯铅（Pb），呈青灰色。
栅架的作用：
容纳活性物质并使极板成形。
极板组：
为增大蓄电池的容量，将多片正、负极板分别并联焊接，组成正、负极板组。
安装的特别要求：
安装时正负极板相互嵌合，中间插入隔板。
在每个单体电池中，负极板的数量总比正极板多一片，这样正极板都处于负极板之间，使正极板两侧放电均匀，否则，由于正极板的机械强度差，单面工作会使其两侧活性物质受热不均匀，造成极板拱曲而导致活性物质大量脱落。
（2）隔板
为了减小蓄电池的内阻和尺寸，蓄电池内部正负极板应尽可能地靠近；
为了避免彼此接触而短路，正负极板之间要用隔板隔开。
材料要求：
隔板材料应具有多孔性和渗透性，且化学性能要稳定，即具有良好的耐酸性和抗氧化性。
材料：
常用的隔板材料有木质隔板、微孔橡胶、微孔塑料、玻璃纤维和纸板等。
安装要求：
安装时隔板上带沟槽的一面应面向正极板，这是因为正极板在充放电过程中化学反应激烈，沟槽能使电解液较为顺利地上下流通。
（3）电解液
电解液在电能和化学能的转换过程即充电和放电的电化学反应中起离子间的导电作用并参与化学反应。
成分：
它由纯硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成，而其密度一般为1.24～1.30g/ml。
特别注意点：
电解液的纯度是影响蓄电池的性能和使用寿命的重要因素。
配制电解液时，必须使用耐热的器皿，并且切记只能将硫酸徐徐倒入蒸馏水中并不断搅拌。
（4）壳体
用来盛放电解液和极板组。
由耐酸、耐热、耐震、绝缘性好并且有一定力学性能的材料制成。
结构特点：
壳体为整体式结构，壳体内部由间壁分隔成3个或6个互不相通的单格，底部有突起的肋条以搁置极板组。
肋条之间的空间用来积存脱落下来的活性物质，以防止在极板间造成短路，极板装入壳体后，上部用与壳体相同材料制成的电池盖密封。
在电池盖上对应于每个单格的顶部都有一个加液孔，用于添加电解液和蒸馏水，也可用于检查电解液液面高度和测量电解液相对密度[2]。
2.2蓄电池的工作原理
铅蓄电池由正极板群、负极板群、电解液和容器等组成。
充电后的正极板是棕褐色的二氧化铅（PbO2），负极板是灰色的绒状铅（Pb），当两极板放置在浓度为27%～37%的硫酸（H2SO4）水溶液中时，极板的铅和硫酸发生化学反应，二价的铅正离子（Pb2+）转移到电解液中，在负极板上留下两个电子（2e-）。
由于正负电荷的引力，铅正离子聚集在负极板的周围，而正极板在电解液中水分子作用下有少量的二氧化铅（PbO2）渗入电解液，其中两价的氧离子和水化合，使二氧化铅分子变成可离解的一种不稳定的物质——氢氧化铅〔Pb（OH）4）。
氢氧化铅由4价的铅正离子（Pb4+）和4个氢氧根〔4（OH）-〕组成。
4价的铅正离子（Pb4+）留在正极板上，使正极板带正电。
由于负极板带负电，因而两极板间就产生了一定的电位差，这就是电池的电动势。
当接通外电路，电流即由正极流向负极。
在放电过程中，负极板上的电子不断经外电路流向正极板，这时在电解液内部因硫酸分子电离成氢正离子（H+）和硫酸根负离子（SO42-），在离子电场力作用下，两种离子分别向正负极移动，硫酸根负离子到达负极板后与铅正离子结合成硫酸铅（PbSO4）。
在正极板上，由于电子自外电路流入，而与4价的铅正离子（Pb4+）化合成2价的铅正离子（Pb2+），并立即与正极板附近的硫酸根负离子结合成硫酸铅附着在正极上。
铅酸蓄电池用填满海绵状铅的铅板作负极，填满二氧化铅的铅板作正极，并用1.28%的稀硫酸作电解质。
在充电时，电能转化为化学能，放电时化学能又转化为电能。
电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，被氧化为硫酸铅；
二氧化铅是正极，发生还原反应，被还原为硫酸铅。
电池在用直流电充电时，两极分别生成铅和二氧化铅。
移去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学电池。
铅蓄电池是能反复充电、放电的电池，叫做二次电池。
它的电压是2V，通常把三个铅蓄电池串联起来使用，电压是6V。
汽车上用的是6个铅蓄电池串联成12V的电池组。
铅蓄电池在使用一段时间后要补充蒸馏水，使电解质保持含有22～28%的稀硫酸[3]。
放电时,电极反应为:
PbO2+4H++SO42-+2e-PbSO4+2H2O
负极反应:
Pb+SO42--2e-PbSO4
总反应:
PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O（向右反应是放电,向左反应是充电）
2.3蓄电池的充电方法
图2.2定流充电
定流充电是指充电全过程中，保持充电电流基本恒定的充电方法。
如图2.2。
图2.3定压充电
定压充电是指充电过程中，电源电压始终保持不变的充电方法。
如图2.3。
脉冲快速充电的特点是先用0.8到1倍额定容量的大电流进行定流充电，使蓄电池在短时间内充至额定容量的50%到60%。
当蓄电池单格电压升到2.4V开始冒气泡时，由控制电路控制开始进行脉冲充电[4]。
2.4蓄电池常见故障
2.4.1极板的硫化
蓄电池长期处于放电状态或充电状态时，在极板上会逐渐生成一层白色的粗晶料的硫酸铅，在正常充电时，不能转化为PbO2和Pb，称为硫酸铅硬化，简称硫化。
这种粗晶粒的PbSO4堵塞极板孔隙，使电解液渗入困难，导致蓄电池容量降低、内阻增大、充电性能和起动性能下降。
产生极板硫化的主要原因
（1）蓄电池长期充电不足，或放电后未及时充电，当温度变化时，PbSO4发生再结晶，形成大晶粒PbSO4附在极板上使之硫化。
在正常情况下蓄电池放电时，极板上生成的PbSO4晶粒比较小，导电性能较好，充电时能够完全转化而消失。
但若长期处于放电状态，极板上的PbSO4将有一部分溶解于电解液中，温度越高，溶解度越大。
而温度降低时，溶解度减少，出现过饱和现象，这时有部分PbSO4就会从电解液中析出，再次结晶生成大晶粒PbSO4附着在极板表面上。
（2）电池内液面太低，极板上部与空气接触而氧化（主要是负极板）。
汽车在行驶过程中，电解液的上下波动与极板氧化部分接触，也会生成粗晶粒的PbSO4硬层，使这硫化。
（3）电解液不纯，密度过高，气温变化大也能促进硫化。
因为电解液相对密度过度时，电池内部放电加快，同时浓硫酸侵袭极板而使变为PbSO4的作用加强，使极板容易硫化。
极板硫化的故障判断
硫化的极板表面上有较厚的白霜，充、放电时会有异常现象，如放电时电池容量明显下降，用高率放电计检查时，单格电压急剧降低；
充电时单格电压上升快，电解液温度迅速升高，但比重却增加很慢，且过早出现“沸腾”现象。
因此，为了避免极板硫化，蓄电池应经常处于充足电状态，放完电的蓄电池应及时送去充电，电解液相对密度要恰当，液面高度应符合规定。
对于已硫化的蓄电池，较轻者可按充电方法进行处理；
较严重者可用去硫化充电法消除硫化[5]。
2.4.2自行放电
充足电的蓄电池因放置不用而逐渐失去电量，称为自行放电。
如果每昼夜容量下降小于2%，可视为正常的自行放电，超过2%就有故障了。
产生自行放电和原因有如下几种：
（1）电解液不纯，杂质与极板间以及沉附于极板上的不同杂质之间形成电位差，引起局部放电。
（2）蓄电池盖上有电解液，使正负极板形成通路。
（3）蓄电池长期不用，硫酸下沉，下部密度大于上部密度，极板上下发生电位差而引起自行放电。
（4）活性物质脱落，沉淀在下部过多而使极板短路。
发生自行放电故障后，应倒出电解液，取出极板组和隔板，用蒸馏水冲
洗干净，重新组装加入新的电解液即可。
2.4.3极板短路
极板短路的故障现象:
为端电压较低，大电流放电时端电压讯速下降，甚至到零；
充电过程中，电压与电解液相对密度上升缓慢，甚至保持很低的数值就不再上升了；
充电末期气泡很少，但电解液温度却讯速升高。
极板短路的原因主要有：
（1）隔板质量不高或损坏使正负极板相接触而短路；
活性物质在蓄电池底部沉积过多，金属导电物落入正负极板之间造成蓄电池内部极板短路。
（2）对于短路的蓄电池必需拆开，查明原因而排除之。
（3）极板活性物质大量脱落
（4）活性物质脱落一般多发生在正极板上，其特征为电解液中有沉淀物，充电时电解液有褐色物质自底部上升，但电压上升快，电解液沸腾现象比正常蓄电池出现得早，充电时间大大缩短，放电容量却明显下降。
故障产生的原因是:
极板本身质量太差，充、放电时活性物质的体积总在不断膨胀和收缩；
充足电后极板孔隙中逸出大量气泡，在极板内部造成压力，从而使活性物质容易脱落。
因此，若使用不当，如充、放电电流过大，使电解液温度太高，或经常过充电，都将导致极板过早损坏。
另外，蓄电池受到剧烈震动时，也会引起活性物质脱落。
2.5蓄电池的使用
（1）每次起动时间不得超过5s；
如果一次未能起动发动机，应休息15s以上再进行第二次起动。
（2）蓄电池定期补充充电，必须固定可靠。
（3）检查蓄电池外壳表面有无电解液漏出或渗出，擦去电池盖上的电解液。
（4）检查蓄电池在车上安装是否牢固，导线接头与极柱的连接是否坚固。
（5）经常清除蓄电池盖上的灰尘、泥土和酸垢，清除极柱和导线接头上的氧化物。
（6）检查加液孔盖或螺塞上的通气孔是否畅通。
第三章交流发电机
交流发电机是发电机的一种，它可将机械能转换成交流电流形式的电能。
3.1交流发电机的构造
图3.1交流发电机的结构
1-后端盖；
2-电刷架；
3-电刷；
4-电刷弹簧压盖；
5-硅二极管；
6-散热板；
7-转子；
8-定子总成；
9-前端盖；
10-风扇；
11-皮带轮
硅整流交流发电机主要由定子、转子、硅整流器和端盖等组成。
转子用来建立磁场，定子中产生的交变电动势，经过硅二极管整流后输出直流电。
交流发电机的构造如图3.1。
（1）
转子
图3.2交流发电机转子
1-滑环；
2-轴；
3-爪级；
4-磁轭；
5-磁场绕组
汽车交流发电机的转子是发电的磁极部分，其功用是产生磁场。
转子由爪极、磁场绕组、铁芯和滑环组成，如图2.2所示。
两块爪极上制有6个鸟嘴形磁极，压装在转子轴上，爪极间的空腔内装有铁芯，铁芯压装在转子轴上，磁场绕组绕在铁芯上。
（2）定子
交流发电机的定子是发电机的电枢部分，其功用是产生交流电。
由定子铁芯与对称的三相电枢定子绕组组成。
定子铁芯由相互绝缘的厚度为0.5mm硅钢片叠成环状，环的内圆表面开有线槽，电枢三相绕组按一定规则对称嵌放在槽内。
（3）整流器
交流发电机整流器的作用是将发电机定子绕组产生的三相交流电变换为直流电。
一般由6只硅整流二极管和安装二极管的散热板等组成。
（4）端盖和电刷总成
交流发电机的前后端盖均由铝合金压铸或用砂模铸造而成，这是因为铝合金为非导磁性材料，可减少漏磁并具有轻便、散热性能良好的优点。
为提高轴承孔的机械强度，增加其耐磨性，在发电机端盖的轴承座孔内镶有钢套[6]。
3.2交流发电机的工作原理
图3.3九管交流发电机的原理图
1-激磁绕组；
2-激磁二极管；
3-充电指示灯；
4-调节器；
5-负载电阻
三相交流电发电机工作的原理如图3.3。
交流发电机的转子为一旋转磁场，当转子由发动机皮带轮带动旋转时，磁力线和定子绕组之间做相对切割磁力线运动，在三相绕组中产生交流电动势。
硅二极管具有单向导电特性。
当二极管处于正向电压时，二极管呈低电阻，处于导通状态；
而加反向电压时，二极管呈高电阻，处于截止状态。
利用硅二极客的这种单向导电性组成整流电路，把交流电变成直流电。
3.3交流发电机的调节器
交流发电机调节器是把交流发电机的输出电压控制在规定范围内的控制装置。
触点式振动式电压调节器
图3.4FT61型双极电磁震动式调节器线路图
触点式振动式电压调节器其基本原理都是通过改变触点闭合或断开时间的长短，来改变激磁电流的大小，从而将发电机的端电压控制在一定范围内。
但由于交流发电机的转速过高，磁场电流大，采用普通单级触点式电压调节器，触点间极易产生火花，使触点烧蚀严重。
因此，一般在普通单级触点式调节线路上采用灭弧系统或采用两对触点的调节器来解决上述矛盾，从而提高触点的使用寿命。
电子式调节器
电子式调节器是利用晶体管的开关特性，通过改变晶体管饱和导通和截止的相对时间来调节发电机的励磁电流，其电压调节的基本电路如图3.4。
晶体管式电压调节器
图3.5晶体管调节器的基本电路
晶体管式电压调节器是由分立电子元件焊接于印制电路板上而制成的电子调节器。
如图3.5。
集成电路电压调节器
集成电路，是指在一块微小基片上，组装着许多半导体元件和其他电路元件所构成的电子电路。
它是自分立元件型晶体管调节器取代触点式调节器以来，对晶体管调节的改进或更新换代产品[7]。
3.4交流发电机与调节器的正确使用
（1）汽车交流发电机均为负极搭铁，蓄电池搭铁极性必须与发电机一致。
否则，蓄电池正向加在整流二极管上会烧坏二极管。
（2）发电机运转时，不能短接交流发电机的“B”和“E”子来检查发电机是否发电。
否则，容易烧坏整流二极管。
（3）一旦发现发电机不发电或充电电流很小时，就应该及时找出原因并排除故障。
3.5充电系统常见故障及其诊断
3.5.1不充电（充电指示灯不亮）
故障现象：
接通点火开关时，充电指示灯不亮，并且蓄电池会很快亏电。
故障原因：
充电电路的故障。
点火开关至发电机“F”接线柱线路有断路，熔丝烧断。
发电机的故障：
磁场绕组有断路，电刷与滑环严重接触不良。
调节器的故障：
电子式调节器开关晶体管断路或内部电路故障而使开关晶体管不能导通。
充电指示灯已烧坏了。
故障诊断：
检查连接发电机励磁回路的熔丝，如果已烧断则予以更换。
接通点火开关后，测量调节器“D”接线柱对地电压。
若电压为0V，则应检查调节器“D”接线柱至点火开关的线路有无断路及充电指示灯是否烧坏，若为蓄电池电压，则进行下一步。
在接通点火开关时，测量调节器“F”接线柱对地电压。
若为电压为0V或很低，则需要检修或更换调节器；
若为蓄电池电压，则进行下一步。
在接通点火开关时，测量发电机“F”接线柱对地电压。
若为0V，则需检修发电机至调节器之间的电路；
若为蓄电池电压，则需检修发电机。
3.5.2不充电（充电指示灯不熄灭）
发电机以怠速以上的转速运转时，充电指示灯不熄灭，并且蓄电池会很快亏电。
发电机“D”或“F”接线柱搭铁，发电机“D”、“F”至调节器“D”、“F”之间线路有搭铁。
故障分析：
（1）电枢绕组有短路、断路或搭铁，磁场绕组在短路或搭铁，整流二极管有断路或短路等。
（2）调节器内部电路搭铁。
（3）发电机安装松动或传动带磨损打滑。
（1）检查发电机传动带是否松动打滑，如果是，予以排除；
如果不是，则进行下一步。
（2）检查有关线路有无搭铁，直观检查有关线路线束无破损搭铁后，还需用万用表进行检查，拆下发电机“D”和“F”接线柱上的接线，测量“D”和“F”导线端子与接地之间的电阻，应为∞。
如果电阻为0或很小，则为线路搭铁可有漏电故障，应予以修理或更换。
如果无搭铁，则进行下一步。
（3）检查发电机是否正常发电，方法是：
拆下调节器“F”上的导线，并与“D”相接，然后使发电机在怠速以上的转速下运转，看充电指示灯是否熄灭。
如果能熄灭，说明发电机能正常发电，需检查或更换调节器。
如果充电指示灯仍不熄灭，则为发电机有故障，应对其进行检修或更换。
3.5.3充电电流过小
发动机中速及中速以上运转时。
充电指示灯方能熄灭。
打开前照灯,灯光暗淡。
按喇叭声音很小。
（1）发电机传动带过松或严重打滑。
充电线路接触不良。
（2）电刷磨损过甚,电刷与集电环接触不良个别二极管断路;
定子绕组某相连接不良、断路或短路;
转子绕组短路等。
电压调节器工作不良。
故障的诊断与排除：
（1）检查并调整发电机传动带松紧度,带磨损严重时应予以更换。
（2）查充电线路,保证其连接可靠。
（3）检查电刷磨损是否过甚,弹筑弹力是否过小。
并视情况更换新件;
集电环脏污应清理干净。
（4）用万用表检查定子、转子绕组及整流元件。
损坏应予更换。
（5）检查并视情况更换电压调节器。
3.5.4充电电流过大
车辆使用过程中,车灯特别亮,易烧坏灯泡,蓄电池电解液消耗过快,发电机及点火线圈容易过热。
电压调节器损坏。
发电机转子线圈搭铁。
用万用表检查发电机翰出电压,电压过高时。
应检查磁场线圈是否搭铁。
线圈良好时,应更换电压调节器。
3.5.5充电电流不稳定
发动机在怠速以上转速运转时,充电指示灯时亮时灭。
故障原因:
（1）发电机传动带打滑。
（2）充电线路或磁场接线柱松动。
（3）发电机内部故障。
集电环脏污;
电刷磨损过甚与集电环接触不良电刷弹簧弹力过弱;
发电机内部接线接触
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