Меню

Автомобиль электрооборудование генератор стартер

Интегрированный стартер-генератор. Принцип работы

Компания Ford создала новый интегрированный стартер-генератор (integrated starter-generator — 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-генератор, как подразумевается в названии, совмещает обычный стартер и генератор переменного тока в одном электрическом устройстве. Транспортное средство, оборудованное системой ISG, могло бы считаться умеренным гибридом, потому что способно осуществлять большинство функций гибридного электрического транспортного средства.

Рис. Двигатель, оборудованный интегрированным стартер-генератором (источник: Ford)

Помимо трех функций, общих и для полногибридного электрического автомобиля (HEV), и для умеренного гибрида (ISG), есть еще четыре функции, характерные только для полного HEV:

  • «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 ISG 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 ISG.

Рис. Сравнение систем HEV и ISG (источник: Ford)

Рис. Интегрированный стартер-генератор (ISG) на 42 В (источник: Ford)

Рис. Энергетическая установка ISG с напряжением 42 В в автомобиле с универсальным приводом (источник: Ford)

Помимо 42-вольтовой батареи и интегрированного стартер-генератора, машина снабжена еще тремя главными компонентами:

При возобновлении движении энергия постоянного тока от батареи преобразуется контроллером в энергию переменного тока регулируемой частоты и подается на ISG. 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.

ISG также обеспечивает дополнительную мощность и улучшенное качество работы, помогая двигателю при старте автомобиля. ISG иногда упоминается как интегрированный стартер-генератор-демпфер (integrated starter alternator damper — ISAD.

Источник

Виды, устройство и принцип работы стартера автомобиля

Для успешного запуска двигателя внутреннего сгорания необходимо устройство, которое придаст кривошипно-шатунному механизму начальный импульс, то есть провернет маховик до нужных оборотов. Таким устройством является стартер и именно он отвечает за пуск двигателя. В статье подробно рассмотрим устройство и принцип работы стартера автомобиля, а также его возможные неисправности.

Устройство стартера

Стартер автомобиля представляет собой электродвигатель. Он преобразует электрическую энергию от аккумулятора в механическую работу, которая приводит в движение маховик и коленчатый вал, для начала процесса движения поршней. Стартером оборудованы все двигатели.

Принцип работы устройства основан на законах физики, которые известны со школьной скамьи. Если между двумя полюсами магнита поместить проволочную рамку с двумя концами, а потом пустить через нее ток, то она начнет вращаться. Это и есть самый простой электродвигатель.

Простой автомобильный стартер представляет собой металлический корпус, в котором находятся четыре магнитных сердечника (башмаки). Эти магниты в корпусе и представляют собой статор электродвигателя. Раньше на башмаках наматывалась обмотка возбуждения, на которую подавался электрический ток от аккумулятора. То есть это был классический электромагнит. На современных же устройствах применяются обычные магниты.

Другой важной деталью устройства является якорь. Он представляет собой вал с напрессованным сердечником из электротехнической стали. В пазах сердечника находятся те самые рамки, которые будут вращаться вокруг полюсов магнита. Концы рамок соединены с коллектором, к которому подходят четыре щетки – две положительные от АКБ и две отрицательные, которые будут идти к массе.

В закрывающей задней крышке находятся щеткодержатели с пружинками, которые постоянно поддавливают щетки к коллектору для обеспечения контакта. Также в задней крышке установлена опорная втулка якоря или подшипник.

Устройство обычного стартера

На металлическом корпусе находится входной контакт. К этому контакту подключается плюсовая клемма аккумулятора (+). Ток проходит по рамкам якоря и выходит на отрицательные щетки массы. Масса соединяется с отрицательной клеммой аккумулятора. Таким образом, создается магнитное поле вокруг рамок якоря и он вращается.

Плюсовой провод АКБ, который подходит к стартеру, значительно толще остальных. По этому проводу подается пусковой ток, равный примерно 400А.

Ток от аккумулятора на стартер не может подаваться постоянно. Он нужен только в момент запуска двигателя. Поэтому между плюсовым проводом аккумулятора и контактом стартера есть так называемый медный пятак, который замыкает контакты.

На валу якоря также выполнено шлицевое соединение, на котором находится направляющая втулка и бендикс с шестерней с возможностью осевого перемещения. Это движение обеспечивает контакт шестерни непосредственно с зубчатым венцом маховика. Простыми словами можно сказать, что бендикс подходит к маховику, проворачивает его, сколько это необходимо, а потом отходит обратно.

Но бендикс не перемещается по валу самостоятельно. Это делает другой электромагнит меньшего размера – втягивающее реле. От реле к шестерне подходит вилка, которая и толкает бендикс. К катушке втягивающего подается управляющий ток от аккумулятора через замок зажигания. При включении зажигания катушка намагничивается и втягивает сердечник. Этот сердечник, с одной стороны, связан с вилкой бендикса, с другой – с пятаками, замыкающими контакты электродвигателя. Когда напряжение с катушки втягивающего реле снимается, то вилка вновь втягивается обратно на место, а электродвигатель прекращает свою работу.

Якорь начинает вращение только тогда, когда шестерня уже вошла в зацепление с маховиком.

Основные компоненты

Таким образом, основными составляющими стартера можно назвать:

  • магнитный статор;
  • вал с якорем;
  • втягивающее реле с компонентами (электромагнит, сердечник, контакты);
  • щеткодержатель с щетками;
  • бендикс с шестерней;
  • вилка;
  • элементы корпуса.

Принцип работы

Учитывая устройство стартера, рассмотрим его работу пошагово:

  1. Водитель включает зажигание и на втягивающее реле подается управляющее напряжение. Катушка реле намагничивается и перемещает сердечник.
  2. Сердечник подводит бендикс и шестерню к маховику при помощи вилки и в конце своего хода замыкает контактные пятаки на электродвигатель.
  3. Пусковой ток подается на обмотку якоря, который начинает вращаться в магнитном поле статора. Стартер начал работать.
  4. Двигатель запустился, водитель повернул ключ из положения пуска. Управляющий ток перестал подаваться на втягивающее реле, пятаки разомкнулись, а бендикс с шестерней вернулся в исходное положение под действием возвратной пружины. Стартер прекратил свою работу.

Устройство бендикса

Бендикс представляет собой довольно интересное устройство. Иногда его называют муфтой свободного хода или обгонной муфтой.

Для запуска двигателя нужно, чтобы маховик вращался не медленнее, чем 100 об/мин. Так как шестерня стартера намного меньше зубчатого венца маховика, ей нужно вращаться в 10 раз быстрее, чтобы придать маховику необходимое ускорение. Это 1000 об/мин.

Когда двигатель заводится, маховик начинает вращаться очень быстро. Он передает это быстрое вращение на шестерню. Нетрудно посчитать, что скорость вращения шестерни при этом будет уже 10 000 об/мин. Если на вал стартера передалось такое ускорение, то он бы не выдержал. Именно для этого и нужен бендикс. Он передает вращение от шестерни на маховик, но не передает его обратно от маховика на шестерню.

Сам бендикс состоит из двух частей: шестерни и корпуса. Внутренняя обойма шестерни входит в корпус с внешней обоймой. Внутри этой обоймы находятся четыре ролика с пружинками. Корпус бендикса вращается через вал стартера. При вращении внутренняя обойма шестерни как бы заклинивает в корпусе и вращается, а при вращении шестерни от маховика эти ролики расходятся и не передают вращение на вал. Сам вал стартера при этом вращается с прежней скоростью.

Виды стартеров

Как было описано выше в современных стартерах применяются не башмаки с обмоткой возбуждения, а магниты. Магниты в качестве статора позволяют значительно уменьшить габариты устройства. При этом частота вращения якоря повышается. Поэтому иногда применяется редуктор.

Исходя из этого, стартеры делятся на:

  • редукторные;
  • простые (безредукторные).

С устройством и работой простого стартера мы уже познакомились. Работа редукторного основана на тех же принципах, что и простого, но имеет немного другое устройство. Крутящий момент от якоря вначале поступает в планетарный редуктор, который его преобразует, и далее на вал бендикса. Вращение от якоря на шестерню передается через водило планетарного механизма.

Этот вид стартера имеет следующие преимущества:

  • более высокий КПД;
  • меньшее потребления тока;
  • небольшие размеры;
  • запуск двигателя даже при низком заряде аккумулятора.

Но такая конструкция сказывается на сложности ремонта.

Основные неисправности

Все возможные виды неисправностей стартера можно разделить на механические и электрические.

С механическими узлами может быть связано:

  1. Залипание контактных пятаков.
  2. Износ подшипников и удерживающих втулок.
  3. Износ роликов бендикса.
  4. Заклинивание вилки или сердечника втягивающего реле.
  1. Выработка щеток и пластин коллектора.
  2. Обрыв цепи в обмотке башмаков (статора) или втягивающего реле.
  3. Замыкание и перегорание обмоток.

Щетки и втягивающее реле не ремонтируются. Эти детали меняются на новые. Ремонт обмотки лучше доверить квалифицированному автоэлектрику. Однако необходимо понимать, что зачастую выходит из строя не сам стартер, а сопутствующие элементы. В таком случае необходимо провести диагностику для более детального выявления причины неисправности. Проще всего это сделать персональным диагностическим сканером, к примеру, с помощью недорогого мультимарочного устройства Rokodil ScanX.

Мультибрендовый сканер Rokodil ScanX

После диагностики сканер укажет на точную причину неисправности, будь то перегоревший предохранитель, неисправность выключателя зажигания или неисправность электрической цепи. Rokodil ScanX подойдет практически для любых автомобилей с ODB-II разъемом и поможет сэкономить деньги на ремонте.

Стартер – это довольно сложный механизм, который требует внимания от водителя. Любые шумы и скрежет лучше оперативно устранять. Но несмотря на общую сложностью устройства, принцип его работы очень простой. Поняв его, можно самостоятельно устранить многие неисправности.

Источник

Стартер-генератор

Генератор стартера сочетает в себе функции стартера и генератора переменного тока в одной электрической машине . Это может как ускорить в двигатель внутреннего сгорания в двигатель транспортного средства (режим пуска) и выработки электроэнергии , когда двигатель работает (режим генератора). В настоящее время стартер-генераторы в основном используются в автомобилях с умеренным гибридным двигателем с 48-вольтовой электрической системой.

Современные высокопроизводительные стартер-генераторы могут экономить энергию в гибридных электромобилях , подавая электрическую энергию обратно в аккумулятор транспортного средства, когда транспортное средство затормаживается, и используя эту энергию позже для поддержки двигателя внутреннего сгорания, когда, например, требуется особенно большое количество энергии. при ускорении. Машины с электроприводом многих подключаемых гибридов также могут запускать двигатель внутреннего сгорания, но поскольку запуск для них является лишь второстепенной функцией, термин стартер-генератор не используется.

Поскольку стартер-генераторы постоянно подключены к двигателю внутреннего сгорания, отсутствует громкий шум, характерный для обычных стартеров, который возникает при включении шестерни стартера и при повороте шестерни в маховике двигателя внутреннего сгорания.

оглавление

Исторические стартер-генераторы

Стартер-генераторы постоянного тока Dynastart

Стартер-генераторы на базе двигателей постоянного тока серийно производились компанией Siba с 1935 года под торговой маркой Dynastart, а после 1959 года (после того, как Siba была поглощена Bosch) — компанией Bosch. В то время, генераторы стартеры были также известны как легкие закуски (от генератора и стартера). Машины Dynastart сидели прямо на коленчатом валу двигателей без каких-либо дополнительных передач. Машины Dynastart изначально были доступны у DKW, а позже, среди прочего, в BMW 700 , BMW 600 , BMW Isetta , Heinkel Cab , NSU Prinz , Goggomobil , Messerschmitt Kabinenroller , AWZ P 70 , Steyr-Puch 500 и 650, Steyr-Puch. Хафлингера и Vespa 50 Elestart с 1969 года . Двухтактные двигатели , которые
часто устанавливаются в небольших транспортных средствах, также могут работать задним ходом, если они запускаются в соответствующем направлении вращения. Путем простого изменения полярности стартер-генератора удалось сохранить передачу заднего хода на коробке передач.

Сегодня торговая марка DynaStart используется компанией ZF Friedrichshafen для современных генераторов стартера коленчатого вала, основанных на принципе синхронной машины с постоянными магнитами .

Современные стартер-генераторы

В современных гибридных электромобилях различают два типа стартер-генераторов: стартер-генераторы с ременным приводом и встроенные стартер-генераторы . Обычно это синхронные или асинхронные машины , работающие с трехфазным током и подключенные к бортовой сети постоянного тока и аккумулятору через преобразователь .

Стартер-генераторы с ременным приводом

Стартер-генераторы с ременным приводом или стартер-генераторы с ременным приводом ( RSG , стартер-генератор с ременным приводом ( BSG ) или интегрированный стартер-генератор с ременным приводом ( B-ISG )), как и обычный генератор переменного тока, связаны с двигателем внутреннего сгорания через ременную передачу. . Для этого требуются небольшие механические изменения в системе натяжения ременного привода, так как холостой и нагрузочная прядь во время работы чередуются. В качестве электрических машин могут использоваться синхронные машины с воздушным или водяным охлаждением , асинхронные машины или реактивные реактивные машины . Однако мощность, которая может передаваться ремнем с разумными затратами и механическими потерями, невелика, поэтому стартер-генераторы с ременным приводом можно использовать только для микро- и мягких гибридов.

Примерами автомобилей с ременным стартер-генератором в 12-вольтовой электрической системе являются автомобили группы PSA с двигателями e-HDi (например, Citroën C4 , Citroën C5 или Peugeot 308 с 2010 года ). Эти автомобили оснащены стартер-генераторами от французского поставщика Valeo с номинальной мощностью 2,2 кВт. Модели mhd Smart (серия 451) также имеют 12-вольтовый ременный стартер-генератор от Valeo.

Автомобили с ленточным стартером-генераторами с рабочим напряжением 48 В ( мягкий гибрид ) производятся серийно с 2016 года . Благодаря более высокому напряжению достигается электрическая мощность до 10 или 15 кВт. Такие системы в сочетании с небольшой литий-ионной батареей могут помочь снизить расход топлива за счет более длительных фаз остановки-старта, плавания по автобану и большей рекуперации на испытательном стенде на 13 процентов и в условиях городского движения более чем на 20 процентов.

Ниже представлены 48-вольтные RSG, доступные на рынке в 2018 году.

поставщик Макс. Мощность (электрическая, с рекуперацией) Макс. Мощность (механическая, наддув)
Роберт Бош GMBH 11,5 кВт 9,7 кВт
Continental AG 16 кВт 14 кВт
Валео 12 кВт

Встроенные стартер-генераторы

В более мощных легкогибридных автомобилях используются встроенные стартер-генераторы ( ISG , также стартер-генератор коленчатого вала ( KSG ), англ. Crankshaft-Mounted Integrated Starter Generator ( C-ISG )). Они располагаются непосредственно на коленчатом валу между двигателем внутреннего сгорания и трансмиссией. Таким образом, передаваемая мощность по существу ограничена только характеристиками стартер-генератора или преобразователя. Недостатком является то, что требуются значительные механические изменения существующих систем, а установка на коленчатый вал (коаксиальная) приводит к удлинению трансмиссии . Для сохранения общей длины ISG также может быть установлен параллельно в осевом направлении рядом с двигателем за счет ширины и интегрирован через ступень уменьшения. Из-за редукции электродвигатель может быть рассчитан на более высокую скорость и, следовательно, легче.

Если двигатель внутреннего сгорания отключается через дополнительную муфту, потерь из-за тормозящего момента двигателя не возникает. Таким образом, встроенный стартер-генератор может рекуперировать более высокую электрическую мощность, чем стартер-генератор с ременным приводом. Также возможно вождение на электричестве.

Первым автомобилем с 48-вольтовым двигателем ISG в 2017 году стал Mercedes-Benz S-Class (максимальная мощность механического наддува: 16 кВт).

Преимущества стартер-генераторов

Стартер-генераторы, которые сегодня обычно строятся как синхронные машины с постоянными магнитами , намного эффективнее генераторов переменного тока и имеют высокую удельную мощность.

Процесс запуска

При запуске стартер-генераторы имеют много преимуществ перед обычными системами со стартерами. Обычный стартер после зацепления разгоняет коленчатый вал до определенной скорости (около 250 об / мин). Затем он впрыскивается впервые, и двигатель внутреннего сгорания самостоятельно разгоняется до скорости более 1000 об / мин. С одной стороны, этот процесс занимает относительно много времени и сопровождается множеством надоедливых вибраций и шумов. Стартер-генератор на 48 В благодаря более высокой выходной мощности и постоянному соединению с коленчатым валом может разгонять коленчатый вал непосредственно до 500 об / мин или 1000 об / мин (ISG), только после этого осуществляется впрыск топлива (высокоскоростной запуск). Таким образом, запуск стартер-генератора практически незаметен для водителя, что улучшает принятие систем старт-стоп .

Старт также занимает значительно меньше времени. В то время как обычному стартеру требуется около 0,8 с, стартер-генераторы на 48 В, подключенные в настоящее время, могут сделать это примерно за 0,5 с. Из-за процесса зацепления стартер может запускать двигатель только при остановленном коленчатом валу. Поэтому запуск двигателя во время движения является проблематичным и особенно медленным в ситуациях, когда вы меняете мнение . По этой причине старт / стоп активируется только на очень низких скоростях. Это отличается от стартер-генераторов, они постоянно подключены к коленчатому валу и, следовательно, также могут запускать двигатель, который набирает обороты. Поэтому серийные автомобили со стартер-генераторами активируют функцию старт / стоп на скорости 20 км / ч, что положительно сказывается на расходе топлива. Двигатель также можно выключить в определенных дорожных ситуациях, если это не требуется для движения ( плавание ).

Прочие преимущества

Помимо запуска двигателя стартер-генераторы также предлагают следующие возможности:

  • Функция наддува ; улучшенный трогание с места и ускорение благодаря дополнительному крутящему моменту.
  • Выздоровление ; По сравнению с обычными генераторами, повышенная рекуперация энергии и повышенная эффективность.
  • Гашение вибрации в трансмиссии.
  • Пуск / остановка ускорителя ; Двигатель внутреннего сгорания можно запустить при ускорении и выключить при снятии акселератора.
  • Оптимизация точки нагрузки ; Двигатель внутреннего сгорания работает близко к точке наилучшего КПД, когда стартер-генератор вырабатывает энергию в качестве дополнительной нагрузки двигателя и подает ее в аккумуляторную батарею или принимает ее в качестве опоры двигателя.
  • Оптимизация выхлопных газов ; холодной продувки доочистки выхлопных газов относительно холодными выхлопными газами холостого хода можно избежать, часто выключая двигатель внутреннего сгорания.

Стартер-генераторы, особенно 48-вольтовые системы, могут с минимальными затратами сократить разрыв между простыми системами старт-стоп и полными гибридами.

Источник

Adblock
detector