豐田銳志轎車3GR-FE發動機電源系電路和原理

張宗榮

（福建交通職業技術學院，福建 福州 350007）

1 豐田銳志轎車3GR-FE發動機電源系電路

豐田DNA REIZ銳志于2005年10月在國內上市，具有V型6缸雙VVT-i（Variable Valve Timing，智能可變氣門正時系統）發動機、手自一體式6檔自動變速器。其主力級別車型具有大型車頂照明系統、HID（High Intensity Discharge，高壓氣體放電燈）氙氣前照燈（自動水平調節及前照燈清洗裝置）、駕駛席膝部SRS空氣囊、定速巡航控制系統等多種先進電氣系統作為標準配置，其配置的3GR-FE發動機的電源電路也是當今技術最先進的電路之一，如圖1所示。

1.1 組成

該電源電路由蓄電池、DENSO電裝的SC整體式交流發電機 （帶G型單片式集成電路電壓調節器）、發動機ECU、網關ECU、電流傳感器、蓄電池溫度傳感器、組合儀表、點火開關、空調ECU等組成，使用了多路通信和計算機控制等新技術。

值得注意的是，文章中所述的豐田銳志轎車3GR-FE發動機電源系電路，是根據豐田汽車公司的TOYOTA REIZ電路圖簡化的，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，電路可能會有所不同。

1.2 功能及原理

1）SC整體式交流發電機的作用是汽車運行時給所有用電設備供電，同時給蓄電池充電。發動機ECU的作用是根據汽車工作狀態和電流傳感器、蓄電池溫度傳感器信號調節發電機的輸出電壓。同時通過網關ECU和組合儀表控制充電指示燈的亮暗變化。網關ECU的作用是在高速動力控制網 （CAN網）和低速豐田車身局域網 （BEAN網）這兩種不同總線系統上的控制單元ECU之間進行信息交換和通信，實現汽車數據的同步性和共享。

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繞在蓄電池正極電源線上，通過電磁感應將蓄電池電流大小的信號傳給發動機ECU；蓄電池溫度傳感器緊貼著蓄電池外殼，通過其半導體負溫度系數的可變電阻，將蓄電池溫度大小的信號傳給發動機ECU。

3）空調ECU、車身ECU和前照燈ECU等串聯連接在豐田車身局域網 (BEAN網)上 （與電源電路沒有直接關系的ECU在圖1中沒有畫出），通過網關與其它ECU實現汽車數據的同步性和共享。發動機ECU在對電源電壓進行控制的同時，通過網關和豐田車身局域網將信號傳給空調ECU，實現對空調系統的同時控制。

4）組合儀表連接2個電源。來自蓄電池的電源提供給組合儀表的時鐘和儀表ECU中存儲器的記憶電源；來自IG2繼電器的電源給組合儀表提供工作電源。當點火開關斷開后，組合儀表停止工作，但時鐘的工作和儀表ECU的儲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、報警作用。

2 SC整體式交流發電機的組成及原理

豐田銳志轎車3GR-FE發動機使用DENSO（電裝）的SC整體式交流發電機由SC（矩形截面）交流發電機、G型單片式集成電路電壓調節器 （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節器，其具體型號和性能參見《汽車電器》雜志2010年第9期26-29頁）組成。發電機的定子 （電樞）繞組具有兩組獨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，大幅度降低發電機所發出的噪聲和輸出電壓的脈動，同時提高發電機輸出功率。

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。同時增大了導線的橫截面積，減小了導線的長度和電阻，從而減小了發電機的體積、質量，并大大增大了發電機的輸出功率。

2.1 內部G型電壓調節器

SC交流發電機內部的G型電壓調節器 （參見圖1）的場效應管T1用于控制發電機勵磁繞組的電流，從而控制發電機輸出電壓；場效應管T2用于產生控制組合儀表充電指示燈的信號，當電源系電路工作時起指示和報警作用 （實際上，場效應管T2也可直接用于控制充電指示燈的亮暗，當電源系電路工作時起指示和報警作用）；三極管T3用于向發動機ECU提供一個勵磁繞組導通率的信號，即發電機負荷信號；二極管D1用于吸收勵磁繞組電流被切斷瞬間的自感電動勢，保護場效應管T1。

2.2 外部端子

SC交流發電機外部有5個端子 （參見圖1），其中發電機輸出B端子使用D25插接器，經過ALT 150A大電流熔斷器與蓄電池正極連接，并向用電設備供電。該端子還使蓄電池正極與G型電壓調節器的B端子連接，為發電機初始發電提供他勵電流。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型電壓調節器提供工作電流。其電路是:電源→80A LH J/BAM大電流熔斷器→LH-IG1繼電器（繼電器線圈由點火開關控制）→10A LH-IG小電流熔斷器→IG端子。

2）L端子作用 向發動機ECU提供一個控制充電指示燈亮暗的信號。發動機ECU接收到該信號后，通過CAN網絡的雙絞線CANH和CANL，將該信號送入網關ECU。網關ECU又將該信號通過車身局域網的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端子的電壓信號為5 V時，充電指示燈暗；電壓信號為0 V時，充電指示燈亮。

3）RLO端子作用 接收來自發動機ECU的控制信號。發動機ECU根據發動機的工作狀態以及蓄電池電流、蓄電池溫度、發電機負荷信號等，通過RLO端子向G型電壓調節器控制電路發出一個占空比的信號，電壓調節器的控制電路根據這個信號，通過T1管的通斷，控制發電機的輸出電壓。例如:加速時 （踩下油門時）輸出低電壓，降低發電機的輸出電壓，以保證汽車的動力性；減速時 （松開油門時）輸出高電壓，提高發電機的輸出電壓，以利用發動機的運轉慣性，降低燃油消耗，并且保持蓄電池處于良好的工作狀態。

在車身局域網中還串聯著空調ECU。發動機ECU在控制發電機輸出低電壓的同時，通過網關和豐田車身局域網將信號傳給空調ECU，暫時切斷空調壓縮機電磁離合器，使汽車得到更大的動力。

4）M端子作用 給發動機ECU提供一個勵磁繞組導通率的信號 （既是發電機負荷信號，也是RLO端子通過T1管的通斷，控制發電機的輸出電壓的反饋信號），并為發動機ECU控制發動機的噴油和點火提供參考依據。

發動機ECU在控制發電機電壓的同時，如果發現蓄電池電流過大或蓄電池溫度過高，會發出信號，通過網關ECU和儀表ECU，控制儀表總成的充電指示燈閃爍以報警。

在使用中，如果M端子發生脫落，發動機ECU會通過RLO端子保持對發電機電壓的控制。同時使儀表板上發動機故障指示燈閃爍以報警；如果RLO端子發生脫落，發動機ECU對調節電壓控制會停止。此時發電機在G型電壓調節器控制下自行工作，將發電機輸出電壓固定調節為14.5V左右，使發電機正常發電，保證汽車所有用電設備能正常工作。

3 結束語

綜上所述，豐田銳志轎車3GR-FE發動機使用計算機控制和多路通信技術的電源電路不是獨立的系統，它通過多路通信技術與汽車上的其它ECU實現信息共享。電源系統故障可能會影響其它系統正常工作，其它系統故障也可能會影響電源系統正常工作。在進行故障診斷時，要全盤考慮，避免進入死胡同。

［1］日本株式會社電裝(DENSO CORPORATION).交流發電機（說明書*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［Z］.

［4］張宗榮.電裝系列汽車發電機電壓調節器電路和功能［J］. 汽車電器，2010，（9）:26-29.