Integrovaný startalternátor, krátký popis s rozmístěním součástí

Montáž a součásti

48V palubní síť tvoří různé 48V komponenty a 48V vedení.

Rozhodujícími komponenty 48V palubní sítě jsou přitom integrovaný startalternátor a 48V akumulátor elektrické sítě. Prostřednictvím měniče DC/DC napájí 48V palubní síť 12V palubní síť během jízdy a v případě potřeby i během stání energií.

P54.10-4601-79

Topologie 48V palubní sítě

Síťový akumulátor i 12V akumulátor jsou umístěny v zádi vozidla. Integrovaný startalternátor a 48V spotřebiče - elektrický kompresor chladiva, elektrický přídavný kompresor, elektrické čerpadlo chladicí kapaliny a vyhřívání čelního skla - jsou vřazeny ve směru jízdy vpředu. Vedení spotřebičů a ISG jsou spojena skříňkou předjištění a připojena s vedením na straně řidiče vozidla na 48V síťový akumulátor.

Integrovaný startalternátor (ISG)

Integrovaný startalternátor je napevno sešroubován s klikovou skříní v tzv. „konfiguraciP1“ a je vřazen mezi motor a automatickou převodovku 9G-TRONIC. Výkonová elektronika se nachází v místě instalace již nepotřebného pastorkového startéru.

Integrovaný startalternátor generuje ve spojení s 48V částí palubní sítě max. výkon 16  kW a točivý moment 220  Nm. Energii dodává samostatný 48V akumulátor elektrické sítě.

Popis ISG

Integrovaný startalternátor je napevno spojen s klikovým hřídelem spalovacího motoru. Při parametrických změnách spalovacího motoru může ISG přenášet točivý moment na klikový hřídel nebo točivý moment může být absorbován klikovým hřídelem tak, aby míra změny točivého momentu dodávaného klikovým hřídelem byla v definovaných mezích.

ISG může rovněž poskytnout další momentové zásahy na klikovém hřídeli, na př. všechny momentové zásahy, které probíhají bez ISG posunem předstihu zážehu. Kromě toho jsou možné nejen negativní momentové zásahy – jako při nastavení předstihu – ale lze nastavovat i pozitivní momentové zásahy. To výrazně zvyšuje možnosti implementace přepínacích strategií.

Tímto způsobem může být zvláště přepínání mezi různými provozními režimy spalovacího motoru prováděno s neutrálním točivým momentem.

Spínání probíhá bez rázů točivého momentu způsobených uvnitř motoru. Momenty nerovnováhy a střihových sil na klikovém hřídeli jsou výrazně sníženy.

Oscilace ve spalovacím motoru způsobené změnami zatížení, změnami provozních bodů a změnami otáček se snižují nebo eliminují. To výrazně zvyšuje komfort jízdy.

Další výhodou je, že díky eliminaci zpětného posunu úhlu zážehu může být spalovací motor trvale provozován s optimální účinností. To se projevuje pozitivně na spotřebě paliva.

Integrovaný startalternátor je díky svým vlastnostem elektrického stroje zvláště vhodný k přenosu a absorpci točivých momentů, protože točivé momenty mohou být přesně a velmi rychle generovány a absorbovány prostřednictvím takovéhoto elektrického stroje s velmi jednoduchým ovládáním.

Přitom jsou i v rychlém sledu vznikající rázy točivého momentu kompenzované nebo alespoň snížené.

P54.10-4593-81

P08.00-2162-01

Funkční schéma znázorňuje do spalovacího motoru (2) zapojený integrovaný startalternátor (1). Spalovací motor v tomto provedení zahrnuje šest spalovacích prostorů (2.1 až 2.6) a jeden klikový hřídel (2.7). Řidičem bude přes akcelerátor (3) udán požadovaný točivý moment, který bude interpretován řídicí jednotkou ME (4). ISG je provozován převážně nezávisle na spalovacím motoru a řízen řídicí jednotkou startalternátoru (5). Proto je potřebná komunikace mezi rozvodem motoru a regulační jednotkou, která probíhá přes komunikační spojení jako je například sběrnice CAN (6).

Zásahy do úhlu zážehu

Základní referenční proměnná pro řízení motoru založené na modelu je požadovaný točivý moment řidiče, ze kterého se vypočítá požadované množství plnicího vzduchu na válec a pracovní cyklus pomocí modelu točivého momentu. Na základě toho jsou pro stanovení požadovaného točivého momentu určeny další parametry pro provoz spalovacího motoru. Mezi tyto další parametry patří například úhel škrticí klapky, poloha vačkového hřídele, úhel zážehu, množství a časy vstřikování.

Proto se může v určitých jízdních podmínkách nebo změnách režimu, jako je proměnné časování CAMTRONIC, stát, že motor dosáhne vyššího točivého momentu při optimálním provozu, než je vyžadováno řidičem, provozní strategií apod. U konvenčního motoru dochází ke kompenzaci přebytečného točivého momentu posunem úhlu zážehu a souběžným zhoršením účinnosti.

Segmentové synchronní zásahy

U segmentových synchronních zásahů – segment zde označuje pracovní cyklus válce – přebírá ISG kompenzace přebytečného točivého momentu. To je možné, protože ISG má pevnou spojku s klikovým hřídelem motoru a tím se synchronně otáčí s motorem.

Pro určení požadovaného točivého momentu pro ISG je nejprve určeno předem definované plnění, z čehož vyplývá předpokládaný optimální točivý moment s optimálním úhlem zážehu. Rozdíl mezi predikovaným momentem a požadavkem řidiče pak vede k segmentovému synchronnímu cílovému momentu pro ISG. Predikce je nutná k překonání doby přechodu signálu z motoru do ISG, takže ISG pak může nastavit požadovaný moment ve stejnou dobu jako příslušné spalování.

V závislosti na provozním bodě ISG a stavu nabití akumulátoru je minimální a maximální nastavitelný točivý moment ISG omezený. Pokud je moment, který má být kompenzován, větší než tento rozsah nastavení, zbývající moment je kompenzován popsanými zásahy do úhlu zážehu.

Zatímco motor může provádět pouze degradaci účinnosti a tím synchronizací pracovního cyklu snižování točivého momentu, ISG může také poskytnout pozitivní moment. Kromě toho je momentový výkon motoru založen na modelových hodnotách v řízení motoru, které jsou vystaveny určitým odchylkám modelů a tolerancím sérií. Pomocí systému ISG lze požadovaný moment nastavit mnohem přesněji, čímž je dosaženo přínosu z hlediska komfortu. A konečně tato funkce má tu výhodu, že umožňuje motoru pokračovat v činnosti v téměř optimálních podmínkách během procesu a rekuperovat přebytečný točivý moment, což vede k úspoře produkce oxidu uhličitého (CO2).

Regulace otáček volnoběhu

Regulace otáček volnoběhu motorů s ISG byla také optimalizována pro úsporu paliva pomocí ISG.

Konvenční regulace otáček pomocí regulace volnoběžných otáček zde není eliminována, ale regulaci přebírá, pokud nejsou poskytnuty všechny podmínky správné činnosti ISG.

V závislosti na provozním režimu jsou otáčky volnoběhu nastaveny na konkrétní žádanou hodnotu. Požadavek energie elektrického systému vozidla je pokryt alternátorovou charakteristikou ISG. Motor má k dispozici točivý moment, z něhož ISG převezme potřebný podíl a zásobuje elektrický systém a akumulátor elektrického systému vozidla energií.

Díky tomu může být v ISG generováno více energie a mohou být splněny potřeby elektrického systému.

Pokud dojde ke zvýšení spotřeby na př. zapnutím klimatizace, vyrovnává spotřebu 48V akumulátor elektrické sítě. Pokud je 48V palubní síť při aktuálních otáčkách přetížena, budou požadované otáčky motoru zvýšeny. Díky pozitivním vlastnostem ISG toto zvýšení počtu otáček zákazník pozná pouze na otáčkoměru.

Podmínky, za kterých ISG přebírá regulaci otáček volnoběhu, jsou uvedeny v tabulce na konci dokumentu. Pokud jedna z podmínek nebude splněna, převezme regulaci otáček volnoběhu klasický regulátor volnoběžných otáček. Přechod od řízení ISG ke kontrole klasickým regulátorem volnoběžných otáček není pro řidiče patrný.