合二為一的起動-發(fā)電機

m.bomingjun.com 來源：互聯(lián)網(wǎng) 作者：jiaer.qx 類別：汽車構(gòu)造維修時間：2008-06-11

耗能設備數(shù)量的增多和新技術(shù)的應用--電動助力轉(zhuǎn)向一直到電控機械配氣機構(gòu)--要求在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)發(fā)電機功率達到4-10kW，這一要求遠使得傳統(tǒng)發(fā)電機組越來越力不從心了，12V的車用電源根本無法傳輸這么大的功率。但是，如果使用42V的車用電源則完全可以滿足電功率日益增加的需求。作為總體的解決辦法，新世紀新推出的全新動力裝置--起動-發(fā)電機(如圖1)，即將裝到發(fā)動機艙蓋下面。這種新型的起動-發(fā)電機組合了交流異步電動機、交流發(fā)電機和場控調(diào)節(jié)系統(tǒng)，估計2002年將批量上市。

    必備的條件

    為使發(fā)電機功率達到4-10kW，最好是將起動機和發(fā)電機共同組合成一個全新的系統(tǒng)。但是出于經(jīng)濟方面的考慮，如果只是用現(xiàn)在已有的技術(shù)組合起來的起動-發(fā)電機去換取相對較小的1.5kW功率發(fā)電機，顯然有些不值得了。一個有希望將來獲得成效的驅(qū)動方案首先必須滿足下列要求：

    --起動過程中蓄電池電流小而輸出扭矩大；

    --在發(fā)動機整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)發(fā)出的電機功率較大，而且效率較高；

    --結(jié)構(gòu)體積盡可能小且符合汽車現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)。

    能夠進行能量轉(zhuǎn)換的既有異步電機、同步電機和磁阻電機，也有軸流式電機�？紤]到對全系統(tǒng)有各式各樣的影響量，異步電機采用鼠籠式轉(zhuǎn)子和場控調(diào)節(jié)系統(tǒng)已經(jīng)被證明是最佳方案。

    高效率的起動-發(fā)電機

    由位于雷根斯堡的西門子汽車技術(shù)開發(fā)部研制的這臺靜候批量生產(chǎn)的起動-發(fā)電機，其發(fā)電機峰值功率已經(jīng)達到了8kW，在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)效率大于80%。相比之下，傳統(tǒng)的發(fā)電機功率只有1.5kW，最大效率為70%，而在最高轉(zhuǎn)速時效率降低到不足30%。

    西門子的工程技術(shù)人員用這種起動-發(fā)電機取代了起動機、發(fā)電機和飛輪。值得注意的還有，這一技術(shù)將一系列有益的應用結(jié)合起來，比如自動起-停裝置或脈沖起動裝置。這種協(xié)同作用必然會使電能得以更好的利用，從而降低了油耗和有害物的排放。但是，新開發(fā)的這種裝置用12V車用電源是行不通的，因為還要重新考慮傳輸?shù)墓β省⒑哪茉O備各部件的技術(shù)可行性和允許的接觸電壓總和為42V，該值遠大于折中值。

    由于尺寸極為緊湊，這臺起動-發(fā)電機被直接裝到了發(fā)動機和變速器之間的曲軸上。這種新技術(shù)使原有外部的電子式動力控制系統(tǒng)成了多余。由于即使在低轉(zhuǎn)速時也有很高的電功率，所以也就沒有必要暫時關(guān)閉諸如座椅和后玻璃暖風等的舒適性耗電器了。它的另一個優(yōu)點是：電力傳輸采用無刷方式；因此這種起動-發(fā)電機工作起來無磨損，依靠扭矩控制系統(tǒng)可以使扭矩理論值進行適當?shù)姆峙�。在該扭矩控制系統(tǒng)內(nèi)還可以添加蓄電池控制系統(tǒng)，因為在加速和減速階段恰恰是標準的充電狀態(tài)，如果再加上回熱式制動，那么要包容進整個系統(tǒng)內(nèi)的還有制動控制系統(tǒng)。為使扭矩協(xié)調(diào)一致，起動-發(fā)電機通過控制器局域網(wǎng)總線(CAN-Bus)將扭矩控制系統(tǒng)連到一起，起動-發(fā)電機就可通過CAN-Bus接收理論扭矩并通過CAN-Bus送回計算好的實際扭矩。

    輔助功能

    西門子研制的這臺起動-發(fā)電機具有的主要輔助功能是提供了更加舒適的自動起動-停機裝置，由于采用無刷結(jié)構(gòu)所以也就不會受到磨損，可以使其功能永遠不會發(fā)生改變。該系統(tǒng)在零負荷時--如在十字路口遇到紅燈時--將動關(guān)掉發(fā)動機，重新踩動油門踏板在小于300ms內(nèi)即可自動起動直至恢復到原有的怠速轉(zhuǎn)數(shù)。如果尚嫌不夠，利用被稱之為脈沖起動的技術(shù)可以使發(fā)動機提前達到所需的點火轉(zhuǎn)數(shù)(例如怠速轉(zhuǎn)數(shù))，然后再進入燃燒過程。這樣做不但節(jié)省了燃油而且減小了尾氣排放。

    像全能運動員一樣，起動-發(fā)電機在其他項目上也頗有競爭力。在起動或從低轉(zhuǎn)數(shù)加速時，處于助推工況的發(fā)電機被暫時當作“第二發(fā)動機” 來工作，根據(jù)起動-發(fā)電機的配置，短時間內(nèi)其輔助功率可以高達15kW。

    在減速功能上，起動-發(fā)電機同樣扮演強者的角色，在這里利用發(fā)動機制動將動能轉(zhuǎn)換成了電能而且能夠被儲存起來。

    利用起動-發(fā)電機構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)式減震器明顯改善了行駛狀況和行駛舒適性，因為沒有主動減震便有可能在負荷稍有變化或突然加速時驅(qū)動系內(nèi)的低頻震動激勵造成整車顫抖。

    在雷根斯堡與起動-發(fā)電機同時進行批量化開發(fā)工作的還有42V車用電源。只有在有了新電源這個先決條件之后，才能給未來汽車提供足夠的能量，以滿足功率更大、功能更加強大的用電需求。譬如電控機械式配氣機構(gòu)和電控的空調(diào)機一樣，將會從中獲得3kW的電功率。除了這些之外，還有最重要的一條：其電纜橫截面比12V時成倍地減小、成本更低且裝車重量進一步得到減輕。

    建立在場控調(diào)節(jié)式異步電機和與之相關(guān)聯(lián)的42V電源基礎之上的起動-發(fā)電機明年將會完全符合各項技術(shù)要求。這里介紹的這一系統(tǒng)要比目前所用的單一被撤換的起動裝置和發(fā)電機大得多，因為它不但要支持發(fā)動機而且還要支持電源工作。伴隨著新技術(shù)的前進步伐，汽車界決定在未來5年內(nèi)采用它們。在5年過渡期內(nèi)，車上的設備可以采用兩種電壓供電，42V電源可以使新設備用起來更安全更舒適或者是更快。