新型汽車起動發(fā)電合二為一

林麗

摘 要：進入二十一世紀之后，汽車產(chǎn)業(yè)突飛猛進，不僅汽車的整體質(zhì)量得到了大幅提升，而且汽車的配件越來越齊全，尤其是電器產(chǎn)品的使用。當然，隨之而來也產(chǎn)生了不少的問題，尤為突出的就是42V的車載電源不能滿足整車電器設(shè)備的功率需求，也就是說汽車很可能在滿載的狀況下不能起動。目前，很多汽車制造商都在研發(fā)新型的起動器或者是發(fā)電機，以尋求本企業(yè)汽車的領(lǐng)先優(yōu)勢。前不久，寶馬公司和雪鐵龍公司接連宣布研發(fā)成功起動和發(fā)電二合一的新型引擎，成功的解決了這一問題。

關(guān)鍵詞：新型；起動；發(fā)電；合二為一

中圖分類號： U472.4 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）17-183-2

0 引言

隨著經(jīng)濟水平的不斷提高，人民對生活質(zhì)量的要求也不斷提高，就發(fā)電機功率不足的問題從技術(shù)上來講是可以通過使用起動機和發(fā)電機集成工作來解決，但是，從經(jīng)濟效益上來講，兩臺機器的就需要擴展空間和升級配套設(shè)備，顯然這就不能收回其經(jīng)濟價值了。從實際應(yīng)用上來講，想要設(shè)計一套完整的驅(qū)動方案必須要綜合考慮其他配套設(shè)備的結(jié)構(gòu)，例如需要考慮發(fā)動機體積是否符合汽車設(shè)計結(jié)構(gòu)、發(fā)動機在轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)發(fā)電的最大功率能否滿足車載電器的需求等等。

1 新型汽車起動發(fā)電合二為一概述

稍微熟悉一點汽車構(gòu)造的朋友都知道，汽車引擎蓋底下除了發(fā)動機之外，還必須有發(fā)電機和起動馬達。發(fā)電機在汽車引擎運轉(zhuǎn)的時候向電瓶充電，而在發(fā)動汽車的時候要依靠電瓶的電讓起動馬達通過專門的傳動裝置起動汽車的發(fā)動機。幾家汽車公司，正在研究把電機和起動馬達合二為一的技術(shù)，用一臺安裝在汽車發(fā)動機內(nèi)的單感應(yīng)電動機，代替起動馬達以及它跟發(fā)動機之間的專門傳動裝置和靠皮帶驅(qū)動的發(fā)電機。這個啟動發(fā)電機的定子裝在曲軸箱上，轉(zhuǎn)子則安裝在曲軸上，整個發(fā)電起動機跟汽車的引擎成為一個整體。由于新型起動機要直接帶動引擎，而一般的21伏特汽車電瓶沒有這么大的力量，汽車還要增加一個63伏特的電瓶，它能夠以每分鐘50轉(zhuǎn)的速度起動引擎，比普通起動機的速度高出8倍以上。這樣，汽車引擎幾乎在起動機轉(zhuǎn)動的同時發(fā)動，減少了起動時的廢氣排放。相關(guān)人士認為，由于新型起動機起動速度快，這種汽車在城市內(nèi)行駛遇到交通信號的時候可以隨時熄火，而不給駕車者造成不便，從而進一步減少空氣污染。下面針對西門子的高效起動發(fā)電機進行分析和研究。

2 西門子的高效起動發(fā)電機

德國西門子公司是世界公認電器產(chǎn)品行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，不久前，位于雷根斯堡的汽車技術(shù)研發(fā)部發(fā)布了一臺性能較優(yōu)的起動發(fā)電機，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)報告，此次發(fā)布的這臺機器的峰值功率已經(jīng)達到8000W，而且可以保證正常運轉(zhuǎn)功率超過百分之八十。相比之下，傳統(tǒng)機器的1500W最大功率和百分之七十的工作效率實在是不值一提。設(shè)計人員表示，在設(shè)計過程中進行的技術(shù)革新和新技術(shù)的組合使用是提高機器功率的法寶。

2.1 概念設(shè)計

在設(shè)計中，采用科技最前沿的自動起停脈沖裝置，這種裝置的優(yōu)勢在于能夠高效的利用電能，因此能夠最大程度的降低油耗和減少大氣污染物的排放。盡管這臺起動機如此“完美”，但是，其最大的缺點就是不能使用現(xiàn)在汽車常規(guī)使用的12V電源，也就是說使用這種新型起動機的代價就是要重新配置包括傳輸功率設(shè)備、耗能設(shè)備等在內(nèi)所有配套設(shè)置的更新?lián)Q代，這樣的代價改革明顯在實際操作中會遭到封殺的，沒有一家汽車企業(yè)愿意在汽車市場平民化的今天為了更新一個部件大幅的提升自己產(chǎn)品價格。而且在體積方面也受到了限制，由于這臺機器需要較大的空間，因此必須將其裝在發(fā)動機和變速器的曲軸上才較為合理。不過解決空間問題的同時把原本外部配置的電子式動力控制系統(tǒng)打入“冷宮”，成為“雞肋”裝置，與此同時，起動發(fā)電機的功率在低轉(zhuǎn)速時就可以達到較高水平，所以就不需要關(guān)閉一些耗電設(shè)備來保障啟動功率了。除此之外，這臺起動發(fā)電機還有一個較大的優(yōu)勢就是在運行過程中采用無刷模式，也就是說這臺機器在工作中幾乎處于無磨損狀態(tài)，能夠最大程度的改善汽車的行駛狀態(tài)。

2.2 扭矩問題

在扭矩問題上，研發(fā)人員也是煞費苦心，依靠扭矩控制系統(tǒng)和蓄電池控制系統(tǒng)的配合使用，恰好能在加速過程和減速過程中處于充電狀態(tài)，另外再考慮回熱式制動系統(tǒng)，那么一臺汽車的所有制動系統(tǒng)必須形成統(tǒng)一協(xié)調(diào)的運行機制，這臺起動發(fā)電機通過局域網(wǎng)和總域網(wǎng)與扭矩控制總線一起工作，合理計算實際扭矩，在汽車的行駛過程中不會出現(xiàn)任何卡頓現(xiàn)象。

3 輔助功能開發(fā)

3.1 起動效率的優(yōu)勢

德國機械以精密著稱，西門子公司的設(shè)計產(chǎn)品尤為出色，在這臺起動發(fā)電機的設(shè)計中輔助使用了自動起動——停機裝置，在一定程度上保障了設(shè)備機構(gòu)的無磨損工作，能夠延長這臺機器的使用壽命。經(jīng)過對比試驗，在系統(tǒng)設(shè)備零負荷的狀態(tài)下，關(guān)閉發(fā)動機然后再起動至轉(zhuǎn)速達到關(guān)閉前水平，所用時間較現(xiàn)在配置較好發(fā)動機所用時間減少一半。如果用戶仍然不滿足這種工作效率，可以使用脈沖起動技術(shù)就可以使發(fā)動轉(zhuǎn)速提升的時間再縮短一半，這樣的工作方式不僅節(jié)省了原料，而且還在很大程度上減少了尾氣污染物的排放，保護了環(huán)境。

3.2 其他項目的優(yōu)勢

在起動發(fā)電機從低轉(zhuǎn)速逐漸加速到高轉(zhuǎn)速的過程中，處于助工狀態(tài)的發(fā)電機部分會作為又一個起動器來進行啟動工作，記過測算，在這種雙起動器的工作狀態(tài)下這臺機器的工作效率可以達到“1+1>2”的效果。在控制減速的工作狀態(tài)中，這臺起動發(fā)電機依然能夠表現(xiàn)出色，不僅能夠高效率的把制動還能夠把動能轉(zhuǎn)化為電能儲存在蓄電池中，不得不說，這種科技創(chuàng)新在實際應(yīng)用中已經(jīng)取得了非同凡響的社會效應(yīng)。

4 社會使用調(diào)查

行內(nèi)專業(yè)人士經(jīng)過反復(fù)的論證，表示這種起動速度較快的起動發(fā)電機非常適用于交通擁擠的一線城市，尤其是在交通信號燈較多的路段和對駕駛水平較差的司機朋友來講，出現(xiàn)意外熄火或者是主動熄火已經(jīng)不會引起其他不便了，與此同時，減少尾氣排放是環(huán)保部門所倡導(dǎo)的，有了這種起動發(fā)電機，熄火等紅燈成為一種新的行車文明。

在時間緊張的現(xiàn)代社會，汽車儼然成為一種非常重要的出行方式。人們駕車出行一向是把安全放在第一位的，在現(xiàn)在的很多汽車上，雖然安裝了很多防護措施，但是在緊急情況下很有可能會因為電機的功率不足而不能打開防護措置，這樣的失敗無疑是致命的。使用這種新型的起動發(fā)電機就必然不會出現(xiàn)這樣的情況，首先是由于大功率電機的保障，其次是由蓄電池的保障，這樣的雙重保障就是給安全上了一道雙保險。同時根據(jù)西門子公司發(fā)布的起動發(fā)電機配套設(shè)備，加入了兩種新型的防護措施：第一是充氣式窗簾，這種設(shè)計的會在汽車發(fā)生碰撞的0.025秒完成充氣并形成保護，主要是保護駕駛員和乘客的頭部和肩部，這在以前的汽車設(shè)計中是從未出現(xiàn)的，而且采用的新型復(fù)合材料更能夠保障安全；第二是汽車座椅上安裝的碰撞傾斜裝置，也就是把駕駛員的重要部位避開撞擊發(fā)生點，從根源上進行保護。

5 總結(jié)

目前，很多著名汽車公司已經(jīng)研制出較為成熟的起動發(fā)電機，在接下來的時間里，不僅要繼續(xù)完善起動發(fā)電機的各項性能，例如工作穩(wěn)定性、體積等，還要進行配套延伸研發(fā)與之關(guān)聯(lián)的各項設(shè)備。根據(jù)研究現(xiàn)狀可以確定的是，必須要把整個引擎系統(tǒng)做一個大面積的革新才能基本實現(xiàn)起動發(fā)電機的量產(chǎn)應(yīng)用，著名生產(chǎn)商寶馬預(yù)期用五年的時間完成這項計劃。人們消費水平不斷提高，對于汽車的質(zhì)量要求比價位的要求高得多，這樣高質(zhì)量的起動發(fā)電機一進入市場必然引起駕駛員的興趣。

參 考 文 獻

[1] 王秋榮.無軸承開關(guān)電機的分析與設(shè)計[D].北京：北京交通大學(xué)，2007.

[2] 蘇麗英.汽車專業(yè)學(xué)組學(xué)術(shù)會議動態(tài)[J].汽車工程，1980（03）.

[3] 肖秀華.汽車學(xué)會發(fā)動機專業(yè)組舉行第一次學(xué)術(shù)討論會[J].機械工程材料，1980（03）.