Breve descrição com disposição dos componentes, motor de partida alternador integrado

Estrutura e componentes

A rede de bordo e 48 V é constituída de diversos componentes de 48 V e condutores de 48 V.

Os componentes principais da rede de bordo de 48 V são o motor de partida e alternador integrado e a bateria da rede de bordo de 48 V. Por intermédio do conversor DC/DC, a rede de bordo de 48 V alimenta com energia a rede de bordo de 12 V durante a marcha e, se necessário, também no estado parado.

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A topologia da rede de bordo de 48 V

O Powerpack e a bateria de 12 V estão localizados na traseira. O motor de partida e alternador integrado e os consumidores de 48 V - compressor elétrico do agente refrigerante, compressor elétrico adicional, bomba elétrica do líquido de arrefecimento e o aquecedor do para-brisa - estão dispostos na dianteira no sentido de deslocamento. Os condutores dos consumidores e do ISG são reunidos através de uma caixa de pré-fusíveis e ligados, por intermédio de um condutor do lado do motorista do veículo, com o Powerpack de 48 V.

Motor de partida e alternador integrado (ISG)

O motor de partida e alternador integrado é aparafusado de modo fixo com a árvore de manivelas em uma assim denominada "configuração P1" e está localizado entre o motor e a transmissão automática 9G-TRONIC. A eletrônica de potência está localizada no espaço do não mais necessário motor de partida de pinhão.

O motor de partida e alternador integrado gera, em conjunto com a parte de 48 V da rede de bordo, uma potência máxima de 16 kW e um torque de 220 Nm. A energia é fornecida por uma bateria da rede de bordo de 48 V em separado.

Descrição do ISG

O motor de partida e alternador integrado é acoplado de modo rígido com a árvore de manivelas do motor de combustão interna. Através das alterações de parâmetros do motor de combustão interna, o ISG pode transmitir um torque para a árvore de manivelas ou absorver um torque proveniente da árvore de manivelas, de modo que a taxa de alteração do torque de saída da árvore de manivelas permanece dentro de limites predefinidos.

O ISG pode realizar também outras intervenções de toque sobre a árvore de manivelas, por  exemplo, todas as intervenções de torque que, sem o ISG, são realizadas através do deslocamento do ângulo de ignição. Além disto, não são possíveis somente intervenções negativas no torque – como ocorre no ajuste do ângulo de ignição – mas também podem ser ajustadas intervenções positivas. Isto amplia imensamente as possibilidades de implementação das estratégias de comutação.

Assim, em particular, as comutações entre os diferentes tipos de operação dos motores de combustão interna podem ser executadas neutras em relação ao torque.

As comutações se realizam sem os impactos de torque originados pelos saltos de torque dentro do motor. Os momentos de desiquilíbrio e forças de cisalhamento sobre a árvore de manivelas podem ser reduzidos de maneira significativa.

As vibrações no motor de combustão interna, originadas em razão dos ciclos de carga, modificações no ponto de operação e variações no número de rotações, são reduzidas ou evitadas. Isto permite aumentar significativamente o conforto de condução.

Outro benefício e o fato de que, em razão da supressão dos atrasos de ignição, o motor de combustão interna pode ser operado sempre com rendimento ideal. Isto se reflete de maneira positiva sobre o consumo de combustível.

Em função de suas características como máquina elétrica, o motor de partida e alternador integrado é particularmente adequado para a transmissão e absorção de torques, pois por meio de uma máquina elétrica como esta é possível gerar e absorver torque de maneira precisa e muito rápida com uma ativação muito simples.

Além disto, os saltos de torque em rápida sucessão podem ser compensados ou reduzidos ao mínimo.

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O esquema funcional representa o motor de partida e alternador integrado (1) acoplado no motor de combustão interna (2). Neste exemplo de execução, o motor de combustão interna apresenta seis câmaras de combustão (2.1 até 2.6) e uma árvore de manivelas (2.7). O motorista predefine um desejo de torque através do pedal do acelerador (3) e este é interpretado pelo módulo de comando ME (4). O ISG é operado de maneira totalmente independente em relação ao motor de combustão interna e é comandado de módulo de comando do motor de partida-alternador (5). Isto torna necessária uma comunicação entre o comando do motor e a unidade de comando, que é executada através de uma ligação de comunicação, por exemplo, um CAN-Bus (6).

Intervenções do ângulo de ignição

A variável de referência essencial para o comando do motor baseado em modelo é o torque desejado pelo motorista, a partir do qual é calculada a carga nominal - volume de ar por cilindro e ciclo de trabalho - por meio do modelo de torque. Com esta base, são determinados os demais parâmetros para a operação do motor de combustão interna de modo a ajustar o torque desejado. Estes outros parâmetros incluem, por exemplo, o ângulo da borboleta, a posição da árvore de comando das válvulas, o ângulo de ignição, o volume e tempos de injeção.

Assim, em algumas condições de funcionamento do veículo ou comutações de tipo de operação, como um comando CAMTRONIC, pode ocorrer que o motor em tipo de operação ideal transmita mais torque do que o solicitado pelo motorista, a estratégia de operação etc. No motor convencional, a compensação do torque excedente é realizada através do deslocamento do ângulo de ignição e a assim originada piora do rendimento.

Intervenções síncronas por segmento

Nas intervenções síncronas por segmento – um segmento designa um ciclo de trabalho de um cilindro – o ISG realiza a compensação do torque excedente. Isto é possível devido ao fato do ISG possuir um acoplamento fixo com a árvore de manivelas do motor e, desta forma, girar de maneira síncrona com o motor.

Para a determinação do torque nominal para o ISG, primeiro é definida uma carga prevista, a partir da qual resulta um torque ideal previsto em ângulo de ignição ideal. A diferença entre o torque previsto e o desejo do motorista resulta, então, o torque nominal síncrono por segmento para o ISG. A previsão é necessária para superar o tempo de propagação de sinal do motor para o ISG para que o ISG possa fornecer o torque desejado simultaneamente com a combustão correspondente.

Os torques mínimo e máximo ajustáveis do ISG é limitado conforme o ponto de operação do ISG e o estado de carga da bateria. Quando o torque a ser compensado for maior do que esta faixa de ajuste, o torque remanescente é compensado com base nas intervenções descritas no ângulo de ignição.

Enquanto que o motor só pode realizar piora do grau de eficácia e, portanto, redução do torque síncrono por ciclo de trabalho, o ISG também pode ajustar o torque de maneira positiva. Além disto, as transmissões de torque do motor são baseadas em valores modelo no comando do motor, que estão sujeitos da divergências de modelo e tolerâncias de série. No ISG, o torque desejado podem ser ajustado de maneira significativamente mais precisa, o que deve contribuir para ganhos de conforto. Por último, este recurso apresenta a vantagem de que o motor pode continuar a operar em condições quase que ideais durante a intervenção e o torque excedente é recuperado, o que resulta em economia de dióxido de carbono (CO2).

Ajuste da rotação de marcha lenta

O ajuste da rotação de marcha lenta nos motores com ISG também é implementado otimizado em relação ao consumo em razão da aplicação do ISG.

A regulagem convencional do número de rotações através do ajuste da rotação de marcha lenta não deixa de existir, mas esta assume a regulagem sempre que nem todas as condições para o modo de trabalho correto do ISG estejam presentes.

A rotação de marcha lenta é ajustada em um valor especificado definido conforme o tipo de operação. A demanda de energia da rede de bordo é abrangida pela propriedade de alternador do ISG. É predefinido um torque a ser fornecido para o motor, o ISG toma a parte necessária e alimenta a rede de bordo e a bateria da rede de bordo com energia.

Assim é possível gerar mais energia através do ISG e cobrir a necessidade da rede de bordo.

Caso ocorra um aumento do consumo, por  exemplo, através da ligação do ar-condicionado, a bateria da rede de bordo de 48 V supre este consumo. Quando a rede de bordo de 48 V fica sobrecarregada na rotação atual, a rotação especificada do motor é aumentada. Em razão das características positivas do ISG, este aumento da rotação só é percebido pelo cliente no tacômetro.

As condições nas quais o ISG assume o ajuste da rotação de marcha lenta estão listadas na tabela ao final do documento. Quando uma das condições não é atendida, o ajuste da rotação de marcha lenta é realizado pelo clássico regulador de rotação de marcha lenta. A transição da regulagem por parte do ISG para o clássico regulador de rotação de marcha lenta não é percebida pelo motorista.