杨甜

摘 要：汽车电子技术不断发展，车辆上的用电设备也越来越多，人们在享受这些新鲜、舒适的高科技产品的同时，也会担忧在行车过程中使用这些辅助的用电设备会不会使汽车油耗增加，因为随着世界能源的不断减少，近几年来汽车燃油的价格也不断升高。汽车上的主要电源是发电机，因此本论文就针对这一问题从车载交流发电机的工作原理以及使用特性两方面探讨汽车油耗与汽车用电设备之间的关系。

关键词：汽车油耗 交流发电机 汽车用电设备 电磁感应

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

随着汽车技术的不断发展，汽车不再是单纯的代步工具，而是现代人们追求舒适生活与高质量生活水平的象征。汽车电子技术的发展及电子产品的应用大大的促进了车辆的更新换代速度，提高了驾驶安全性及乘坐舒适性，汽车上的用电设备也是不断的发展、增加，一方面辅助系统用电设备越来越多，比如提高汽车舒适性、娱乐性的电动座椅加热，汽车空调强制加热，车载音响，车载电视、车载导航等;另一方面是提高车辆使用性能及安全性的电控系统逐渐增多，如电控燃油喷射系统、电控点火系统、ABS系统、ESP系统等，而这些控制电脑、传感器、及新型执行器的工作均需要使用电能。但与汽车电子产品大量使用相矛盾的是汽车燃油资源的匮乏与昂贵。因此广大的汽车车主就会产生疑问，这些用电设备在车辆行驶中肯定需要电能供电，汽车上电能的产生来源于什么呢？行车中大量或长时间的使用这些用电设备会不会影响车辆的油耗或是降低车辆的动力性呢？要想知道用电设备与汽车油耗之间到底有没有直接的联系，我们需先知道车辆电能的来源及工作过程。

1 车辆电源

汽车上的电源有两个，一个是蓄电池另一个是发电机。现在燃油车辆搭载的蓄电池多为铅酸型蓄电池，其工作原理是依靠电池内部金属与电解液的化学反应来实现释放电能和吸收电能，它的工作容量是一定的，随着工作电流变以及工作时间延长其端电压都会降低，因此蓄电池只能作为汽车上的辅助电源使用，主要是在车辆启动时给点火系统，燃油继电器和起动机供电，当车辆启动后蓄电池即退出工作，也就是说当车辆进入正常的行驶过程后，车上用电设备工作所需要的电能基本全靠发电机提供，因此在本论文中我们主要讨论的是发电机的工作机制以及用电设备功率的增大与发电机运行的关系。在这里需要特别说明的是，夏天使用空调制冷时的工作不属于该论文中所说的用电设备增多，因为制冷时空调压缩机的工作是直接靠曲轴带动旋转的，必然会消耗发动机的输出功率，导致油耗增加，但该油耗的增加与用电设备功率增大无关。

2 发电机的工作原理

目前汽车发电机采用的大多都是三相硅整流式的交流发电机，其工作原理便是法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中做切割磁感线运动时，在导体上就会产生感应电压。其主要结构包括定子绕组、转子（内含有励磁线圈）、转子轴，其中转子轴通过皮带轮与发动机的曲轴相连，发动机运转时，曲軸带动转子轴旋转，转子便产生旋转磁场，定子线圈通过定子铁心套在转子外部，转子旋转时，定子绕组被动的切割磁感线，产生三相感应电压，经过整流器整流后，供车上用电设备使用。

交流发电机发电电压

其中N为励磁绕组砸数，对于一台具体的车辆为固定值，K为常系数（约为1.1-1.25），f为频率.f=pn/60.p为极对数（对于某一辆车而言也是定值），n为转速.Φ为磁通量（与磁力电流的大小成正比）。

通过上述公式可以看出，交流发电机发电电压的大小取决于通入到励磁绕组中的励磁电流的大小及发电机的转速。在车辆运行中，车辆的转速决定着发电机的转速，因此发电机作为一个从动元件，其发电电压其实只与励磁电流的大小有关，因此在车用发电机上都装配有电压调节器来调节输入到励磁线圈的电流的大小，从而调节发电机输出端电压的大小。

励磁电流越大，转子磁场越强，同样转速下定子线圈中的感应电动势就越高;定子线圈上的电流又会产生新的反应磁场，反应磁场和转子磁场形成合成磁场，发电机最终输出电压值就取决于该合成磁场的大小;如果负荷变动，电枢反应磁场变化引起合成磁场的变化，机端电压就会波动，此时电压调节器调节励磁电流来调整转子磁场的大小使合成磁场保持不变，保证发电机输出端电压不变。

也就是说随着车辆用电设备的增加，发电机的输出功率就需要增加，但是这个功率的增加是靠发电机自身来调整的，而不是通过发动机来调整的。但是发电机工作时，转子的转轴是直接与发动机曲轴相连，因此发电机要想发电必须消耗发动机的输出功率，但是随着发电机输出功率的增加，消耗的功率会不会变大，还得看发电机的机械特性。

2.1 交流发电机输出特性

汽车电气的一大特点是恒压工作，车上用电设备的额定电压一般均为12V，所以发电机的输出电压也会通过电压调节器固定在理论电压值附近。发电机的输出特性便是指当发电机的输出电压恒定（汽油车一般为14V）时，交流发电机的输出电流（反映发电机带负载能力）与发动机转速的关系。

经研究发现：当发电机的转速上升到一定值（一般低于怠速转速）时，发电机便可对外输出电流，当发动机正常运转时，发电机便可输出额定的功率，此时发电机输出电功率完全可以满足车上用电设备的使用。此时即便发动机的转速增大，发电机输出电压也不再上升，而是通过电压调节器进行电压控制，

当车上的用电量相对较小时，电压调节器会减少通入到励磁线圈中的励磁电流，使输出电能下降，但是此时发电机依然在跟随曲轴旋转，消耗发动机功率。

当车上用电量比较大时，电压调节器会增大励磁电流，使输出电能增加，此时随着发电机电流的增大，发电机内的磁阻力和扭矩会相对变大，导致发电机旋转所需的动力增大，但是增大的功率对与发动机本身的输出功率而言几乎微乎其微，反应到油耗上几乎看不出来变化，因此在车辆正常行驶时（发动机转速高于怠速转速），车主可放心的使用车上的用电设备且不会增加车辆的油耗。

但是发电机是有最大输出功率值的，如果车上用电设备过多消耗功率超出发电机输出最大功率，此时会消耗蓄电池的电能，长时间使用会导致蓄电池电压降过大。因此车辆在设计时会综合考虑发电机输出特性和车辆最大用电量，车主朋友们不要在购车后随意加装、更改用电设备。

2.2 交流发电机外特性

交流发电机的外特性是指当发电机转速一定时，其端电压与输出电流的关系

也就是说，当转速一定时，随着负载的增加，发电机输出电流增大会不会导致发电机内端电压降过高而使输出电压过低。

在发电机转速一定时，发电机输出的端电压受输出电流也就是负载的影响比较大，发电机转速较低时，如用电设备过多，会使电压过低，从而有增大发电机转速的趋势，消耗发动机的功率大，这也是为什么有些车主朋友会反应，怠速运行时若将鼓风机开到最大，会明显感觉到怠速转速的升高，因此在发动机转速比较低的时候，比如怠速或车辆静止的时候不要长时间的使用大功率的用电设备如：前照灯、雨刷、雾灯以及一些高端车辆上的大功率娱乐设施及通讯设施，否则会使怠速转速升高、增加油耗，或是使蓄电池亏电严重，影响使用寿命。

3 总结

通过上述对交流发电机的工作原理及机械特性的分析我们知道：交流发电机的发电量其实是取决于用电设备的用电量，也就是负载的，而不是转速。发电机通过皮带直接连接发动机，只要发动机转，发电机转轴就必须跟着一起转，即使发电机不需要发电量也必须被动旋转，它不能自己决定转速。

能量守恒定律告诉我们，能量不会无缘无故的出现，也不会凭空消失。当车辆转速很高，而用电量又很小时，发电机励磁电流会调节至最小，发电机自己泄掉一部分能量，输出功率减小，但是此时发电机依然会维持高速旋转，消耗一小部分发动机的能量。

当车辆转速很低，而用电量又很大时，励磁电流调节至最大如果励磁电流调节至最大，仍不能满足用电量时，发动机会有转速增大的趋势，此时也会增大发动机的油耗。

所以，车辆在正常行驶过程中由于发电机转速相对较高，输出电功率高，车上的用电设备均可以正常使用而不用担心会增加车辆的油耗，但是注意不要在怠速或車辆静止时长时间使用大功率用电设备以及私自加装过多的大功率用电设备，这样不仅会导致发动机怠速长期处于高速状态，同时也有损坏发电机的危险。

参考文献：

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