Интегрированный стартер – генератор

Компания Ford создала новый интегрированный стартер-генератор ( ISG ) и электрическую систему с рабочим напряжением 42 В, которая будет использоваться в автомобиле

Explorer в последующие несколько лет. Автомобиль обещает достичь потрясающего уровня экономии топлива и предоставит больше комфорта на основе высоких технологий и разработок. На

нем предполагается использовать новую электрическую систему с повышенным напряжением, которая позволяет реализовать несколько сберегающих топливо функций, в том числе способность

отключать двигатель, когда транспортное средство останавливается, и мгновенно запускать по малейшему требованию.

Интегрированный стартер-генерятор, как подразумевается

в названии, совмещает обычный стартер и генератор переменного тока в одном электрическом устройстве. Транспортное средство, оборудованное системой 1SG, могло бы считаться умеренным гибридом, потому что способно осуществлять большинство функций гибридного электрического транспортного средства (рис. 7.32).

Помимо трех функций, общих и для полногибридного электрического автомобиля (H EV), и для умеренного гибрида (ISG), есть саде четыре функции, характерные только для полного HEV (рис. 7.33, 7.34, 7.35):

♦ «старт/стопный» режим. Когда двигатель бездействует, например, перед светофором, он автоматически выключается, и немедленно запускается, как только необходимо начать движение. Эта функция «старт/стопа» обеспечивает экономию топлива и снижение выбросов;

♦ рекуперативное торможение. Эта функция позволяет использовать энергию, возникающую при торможении, для подзарядки батареи транспортного средства. Такая функция позволяет компонентам оборудования (фары, аудиосистема, климат-контроль) продолжать работу, когда двигатель отключается. Уменьшая в значительной степени количество

электроэнергии, которая должна была быть произведена двигателем, рекуперативное торможение сокращает и потребление топлива;

♦ электрическая помощь. Двигатели внутреннего сгорания в системах обоих типов получают помощь от электрического мотора, но весьма различными способами. Система 1SG помогает двигателю при запуске и во время разгона, обеспечивая кратковременную подачу дополнительной мощности. Поскольку система ISG использует 42-вольтовую батарею, a HEV использует 300-вольтовую батарею с громадной энергетической емкостью, то последняя способна обеспечить намного большую мощность, более часто и на более продолжительный период;

♦ электропривод. Только полные гибриды имеют способность двигаться в режиме электромобиля. В автомобиле Escape HEV это означает, что электрический мотор может везти транспортное средство при низких скоростях (до 30 миль/ч (около 48 км/ч)), когда двигатель выключен Способность функционировать в режиме электромобиля четко отделяет полногибридный электрический автомобиль от умеренно-гибридного транспортного средства, использующего систему JSG.

Помимо 42-вольтсвой батареи и интегрированного стартер -генератора, машина снабжена еще тремя главными компонентами: модифицированным двигателем V-6, новой ароматической коробкой передач и контроллером «инвертор/мотор».

При возобновлении движении энергия постоянного тока от батареи преобразуется контроллером в энергию переменного тока регулируемой частоты и подается на 1SG. Управление частотой

мощного источника переменного тока позволяет запустить двигатель за доли секунды.

Рекуперативное торможение сохраняет энергию, обычно теряемую во время торможения в виде тепла. ISG во время замедления транспортного средства поглощает энергию, преобразуя ее в постоянный ток, и подзаряжает батарею. Электро-

гидравлические тормоза заменяют тормоза с вакуумным гидроусилителем, а микропроцессоры управляют действием передних и задних тормозов так, чтобы сохранять устойчивость транспортного средства при торможении. Механические

тормоза автомобиля действуют совместно с ISG, так что разница между механическим и рекуперативным торможением будет незаметна водителю.

ISO также обеспечивает дополнительную мощность и улучшенное качество работы, помогая двигателю при старте автомобиля. 1SG иногда упоминается как интегрированный ISAD.

Диагностирование ошибок системы запуска

Введение

Как обычно, нужно пройти шесть стадий поиска ошибок:

1. Проверить наличие ошибки.

2. Собрать дальнейшую информацию.

3. Оценить полученные сведения.

4. Выполнить далее испытания в логической последовательности.

5. Устранить проблему.

6. Проверить лее системы.

Процедура, описанная в следующем разделе, связана, прежде всего, с четвертой стадией процесса. В табл. 7.2 приведен список некоторых общих признаков неисправности системы запуска и возможных причин.

Процедура проверки электрических цепей

Процесс проверки системы запуска с питанием 12 В состоит из следующих этапов (испытания 3-8 выполняются при попытке провернуть двигатель):

1. Проверка батареи (заряжена, по крайней мере, на 70%).

2. Визуальная и тактильная проверка узлов.

3. Проверка напряжения батареи (минимум 10 В).

4. Визуальная проверка провода соленоида пускового реле (как и про вола питания от батареи).

5. Проверка падения напряжения на участке «стартер-батарея» (максимум 0,5 В).

6. Проверка падении напряжения на отдельном проводнике (максимум 0,25 В).

7. Проверка падения напряжения на контактах соленоида.

8. Проверка падения напряжения на проводе заземлении (максимум 0,25 В).

Смысл этих испытаний заключается в том, чтобы понять, обеспечивает ли схема питания все необходимые напряжения стартеру. Если это так, то стартер неисправен, если нет— тогда неисправны цепи схемы.

Если стартер окажется дефектным, тогда основная рекомендация - его замета. На рис. 7.36 приведена процедура, используемая фирмой Bosch, чтобы гарантировать качество запчастей. Ремонт возможен, но только если общее состояние стартера хорошее.

Современная технология систем запуска

Скорость, крутящий момент и мощность

Для описания сил действующих на мотор стартера, давайте сначала рассмотрим поведение. Одного проводника в магнитном поле. Сила, действующая на проводник в магнитном поле, может быть рассчитана по формуле:

F = ВН

где F — сила, Н; l- длина проводника в магнитном поле, м; В—сила магнитного поля (индукция), Вб/ ; I — ток в проводнике, А.

В данном случае справедливо правило Флеминга левой руки, указывающее направление действующей на проводник силы (проводник расположен под углом 90° к линиям поля).

Чтобы вычислить начальный крутящий момент мотора с несколькими проводниками в арматуре якоря, эта формула далее может быть модифицирована следующим образом:

Т = BIlrZ,

гае Т — крутящий момент, Нм; г— радиус якоря, м; Z — число активных проводников якоря.

Эта формула даст результат только для начального момента или блокированного стартера. Когда якорь вращается, в его обмотках возникает противо-э.д.с. Она действует против приложенного к мотору напряжения и, следовательно, уменьшает ток в обмотке якоря. В случае стартера с сериесным включением обмоток она также уменьшит силу магнитного поля В. Ток я кори в двигателе описывается уравнением:

/ = ( V - е)/R

где I — ток якоря. А: V— приложенное напряжение, В;

R - сопротивление якоря. Ом; e- полная величина противо-э.д.с., В.

Нужно отмстить, что в момент приложения напряжения к клеммам мотора, ток якоря будет максимален, так как противо-э.д.с. равна нулю. Как только скорость увеличится, возникнет противо- э.д.с., и. следовательно, ток якоря уменьшится. Вот почему мотор стартера создает максимальный крутящий момент при нулевых оборотах. Для любой машины постоянного тока противо-э.д.с. задается формулой:

е = 2pфnZ/c,

где е - противо-э.д.с., В; р — число пар полюсов; Ф - магнитный поток через полюса. Вб;n – частота вращения, об/с; Z— число проводников якоря; с = 2р для обмотки типа «петля» и 2 для обмотки тина «волна».

Для того чтобы вычислить скорость вращения мотора, формулу можно преобразовать:

n= ce/2pфZ.

Из формулы зависимость между магнитным потоком скоростью вращения и противо-э.д.с. выглядит следующим образом:

п  εф

При определении магнитного потока (ф) необходимо делать различие между стартерами е постоянными магнитами и стартерами, которые используют возбуждение через обмотку якоря. Постоянное магнитное поле остается постоянным о разумных

пределах. Конструкция магнита определяет его силу. Плотность потока может быть рассчитана следующим образом:

В = Ф/А,

где В - плотность потока, Т (тесла) или Вб/м2,

А - площадь полюсного башмака, перпендикулярная потоку, м3.

Полюсные башмаки с обмотками - более сложный элемент, поскольку плотность тока зависит от материала полюсного башмака, а также от конструкции катушки и от текущего по ней тока.

MMF - магнитодвижущая катушки определяется как:

MMF = NI,

где MMF измеряется в ампер-витках, N – число витков катушки и I— ток, текущий в катушке, А.

Напряженность магнитного поля Н требует учесть активную длину катушки:

И = NI/L

где L— активная длина катушки.

Чтобы перейти к плотности потока В, нужно ввести магнитную проницаемость материала полюсных башмаков:

Вычислить потребляемую мощность можно с

помощью простой формулы:

Р=Тω,

где Р — мощность, Вт; Т— крутящий момент, Нм;

и ω — угловая скорость, рад/с.

Вот простой пример использования этой формулы. Двигатель требует минимальной скорости проворачивания 100 об/мин, необходимый крутящий момент, чтобы достигнуть такой скорости,

равен 9,6 Нм.

При отношении передачи 10:1 между кольцевым венцом маховика и шестерней стартера это потребует скорости стартера

n = 1000 об/мин. Преобразовав это к угловой скорости (рал/е),

ω= 2πn / 6 0 ,

получим крутящий момент при работе на скорости 105 рад/с:

Р=Тω,

или

9,6 х 105 = 1000 Вт или 1 кВт.