(二)启动系统
启动系统由多个组件构成。
1.启动发电机
启动发电机是一个既可作为电动机也可作为发动机运行的电动机,如图45所示。在发电机运行模式下,启动发电机由发动机通过多楔带驱动。此时产生的能量存储在附加蓄电池内。这个运行模式相当于现今所知的发电机运行模式。新特点是发动机运行模式,在此启动发电机可以在12V车载网络电压不中断的情况下启动处于工作温度的发动机。此时由附加蓄电池提供发动机启动所需的能量。
启动发电机的构造基于带中间卡爪磁铁的侧电极电机(也称为爪极电机)。转子内的永久磁铁用于较高的启动力矩。转子内有一个带外部激励的直流电绕组用于优化功率。定子绕组的铜线采用四边形横截面。因此铜填充系数比圆形横截面高。定子和转子针对启动机功能(产生力矩)进行了专门调整。
控制单元包括一个类似于传统发电机内发电机调节器的功能。此外控制单元还控制启动发电机内的供电电子装置。启动期间控制单元检查转子磁化情况,通过壳体内的转子位置传感器检查启动发电机的转动角度以及转动速度。只要控制单元识别到发动机启动已完成,就会进入发电机运行模式。在此DME通过LIN总线规定控制单元的额定电压和激励电流。在发电机运行模式下产生的三相电流通过供电电子装置的7个模块(MOSFET电路)转换为直流电。
启动发电机可以在温度不超过130℃的情况下运行。温度由启动发电机内部的1个温度传感器测量。启动发电机通过4个螺栓固定在发动机缸体上。上部螺栓长度约为85mm,下部长度约为105mm。启动发电机的电功率为2.8kW(14V x 200A)。启动发电机的制造商是Valeo公司。
皮带传动机构:由于使用了电动制冷剂压缩机和电动机械式助力转向系统,因此F10H中启动发电机是N55发动机皮带传动机构中的唯一一个附属总成。
因为启动发电机不仅能作为发电机运行,也能作为发动机运行,所以在任何运行情况下都必须避免皮带打滑,如图46所示。因此在多楔带上部和下部各安装了1个皮带张紧器。
如果要启动处于工作温度的发动机,则在附加蓄电池充电足够时启动发电机作为发动机运行。DME通过LIN总线将所需信息传输给启动发电机内的控制单元,启动发电机内的转子开始转动。因此皮带轮也开始转动,转动方向由发动机的设计结构决定。宝马发动机采用所谓的右旋发动机。如果从前方看向发动机,曲轴和扭转减震器都沿顺时针方向旋转。在动力传递的情况下多楔带上部张紧,多楔带下部松弛。为防止多楔带打滑,在此通过下部皮带张紧器张紧。皮带张紧器通过扭转弹簧以机械形式预紧,同时将多楔带向内压并以这种方式张紧皮带。通过启动发电机启动发动机时很快、噪音低且无震动。
只要控制单元识别到发动机启动已完成,就会进入启动发电机的发电机运行模式。此时扭转减震器向右转动,将作用力通过多楔带传输到启动发电机的皮带轮上。在此张紧多楔带的下部。与发动机运行模式完全相反,在此必须张紧多楔带上部。张紧通过上部皮带张紧器实现。如果发动机正在运行,则可以在发电机模式和空挡模式之间选择。在发电机模式下启动发电机提供电流,在空挡模式下以无负荷方式转动且不提供电流。
启动发动机:由于F10H中安装了普通启动机、启动发电机和电动机,因此发动机有3个不同的启动系统。
按压START-STOP按钮后的发动机冷启动通过普通启动机实现。启动机启动时所需的能量取自标准车载网络的12V蓄电池。因为F10H是一款混合动力车辆,所以在此必须注意,按压START-STOP按钮后发动机可能不启动,例如由于发动机还未处于工作温度且高电压蓄电池充电状态足够。就是说,按压START-STOP按钮后建立行驶准备状态,此后车辆可以通过电动机起步。
建立行驶准备状态后,发动机重新启动通过启动发电机实现。在此不仅可以在发动机停止阶段后,而且可以在有相应扭矩请求时电动行驶期间启动发动机。启动发电机启动发动机的能量取自附加蓄电池。
启动发电机失灵时通过电动机启动发动机。电动机从高电压蓄电池获得为此所需的能量。
紧急情况表现如下:
·如果尽管进行控制,但是发动机不通过普通启动机启动,则生成故障码且存储器记录并切换为用启动发电机启动
·如果启动发电机失灵,则切换到通过电动机启动
·如果发动机也无法通过电动机启动,则输出一条检查控制信息
切换总线端后,可以尝试用所有3个启动系统重新启动。
天气寒冷(至少低于-10℃)时,不要期望能通过启动发电机成功启动发动机。在这样的温度下附加蓄电池的功率和通过多楔带传递的作用力不够。在这样的温度下通过电动机启动发动机也不是每次都能成功,因为高电压蓄电池可能无法提供所需功率。
与E72和F04不同,除紧急情况外,F10H中的发动机不再借助高电压蓄电池启动,而是借助12V蓄电池启动。就是说,启动发动机时,两个12V蓄电池必须提供足够的能量(充电状态)。因为高电压蓄电池无需为发动机启动提供储备(几个星期以上),所以可能从高电压蓄电池取出较多的能量。
服务信息:不要修理损坏的启动发电机,而是整个更换。为确定启动发电机是否损坏,必须首先检查附加蓄电池(充电状态或健康状态)、供电导线(电阻)、供电导线螺栓连接(过渡电阻)、多楔带就位情况和张紧程度、接地导线和LIN总线连接。只有所有这些检查都失败时,才能更换启动发电机。拆卸和安装启动发电机时,必须按最新维修说明进行!
2.附加蓄电池
启动发电机产生的电能主要存储在附加蓄电池内。该部件安装在后备箱内右侧,如图47所示。附加蓄电池是容量为50Ah的AGM蓄电池。
与12V车辆蓄电池类似,附加蓄电池的电流、电压和电极温度也由一个智能型蓄电池传感器IBS2测量。此后结果通过LIN总线传输给上级控制单元(电动机电子装置EME)。
发生严重程度足够的事故时,安全型蓄电池接线柱SBK2负责断开附加蓄电池与启动发电机之间的蓄电池正极导线。安全型蓄电池接线柱SBK2紧靠在附加蓄电池正极旁边。附加蓄电池安全型蓄电池接线柱的燃爆式触发通过高级碰撞和安全模块ACSM实现。每次更换附加蓄电池时,都必须注册。
3.配电盒和断路继电器
智能型蓄电池传感器IBS2通过小横截面导线从附加蓄电池的安全型蓄电池接线柱SBK2获得供电。蓄电池正极导线也从附加蓄电池的安全型蓄电池接线柱SBK2引至附加蓄电池的配电盒。从这个配电盒处其他导线引至启动发电机、断路继电器和电动机电子装置EME。该配电盒不是新开发的产品,而是已在其他某些车型系列中使用。
蓄电池正极导线从附加蓄电池的配电盒引至启动发电机。这个蓄电池正极导线的横截面为110mm2,不带过电流保险装置。
配电盒下侧安装了一个断路继电器,如图48所示。两个12V车载网络可以通过这个断路继电器连接在一起。例如,如果附加蓄电池已充满电且发动机转速提高到2500r/min,则连接两个12V车载网络。断路继电器的控制通过电动机电子装置EME实现。断路继电器接合前,应平衡两个12V车载网络内的电压。DME确定电压值并将其发送给启动发电机。借此使可能出现的平衡电流降到最低,同时确保断路继电器的开关触点负荷较小。