سیستم استارت و دینام یکپارچه

سیستم استارت- دینام یکپارچه با هدف کاهش مصرف سوخت و آلودگی، طراحی شده است. اساس این سیستم برمبنای سه استراتژی اصلی استوار است که عبارتند از:
۱) استارت- استاپ
۲) بازیافت انرژی ترمز
۳) تقویت موتور
▪ بجز مزایای کاهش آلایندگی و مصرف سوخت، مزایای دیگر این سیستم عبارتند از:
۱) استارت سریع و در نتیجه سریع‌تر روشن شدن خودرو
۲) بی‌سروصدا بودن به هنگام استارت
۳) ایجاد فضای مناسب در محفظه موتور
۴) کیفیت بهتر قطعات و در نتیجه عمر مفید بیشتر
۵) امکان افزودن سیستم‌های برقی و الکترونیکی جدید در خودرو
این مقاله، شما را با سیستم یاد شده و لزوم استفاده از آن، آشنا می‌کند.
در پهنه رقابت‌ها، صنعت خودرو همواره در حال رویکرد به تولیدات نوین است. رویکرد این صنعت از خودروی تمام برقی EV۱ که ۱۰ سال پیش توسط GM ساخته شد، به سمت خودروهای نیمه هایبرید تغییر کرد که در آن، موتور احتراقی جزء اساسی و یک موتور الکتریکی، مکمل آن بود. اکنون این توجه به سمت خودروهای تمام هایبرید معطوف شده که در آن، موتور الکتریکی تأمین‌کننده نیروی محرکه اصلی است. با اقتصادی شدن و توسعه پیل‌های سوختی، هدف‌گیری آتی خودروسازان ممکن است خودروهای تمام برقی باشد.
دینام- استارت یکپارچه (ISA) راه‌حلی بسیار ساده برای بهره‌مندی از برخی مزایای خودروهای هایبریدی است. در این سیستم، از یک موتور- ژنراتور به عنوان دینام و استارت استفاده می‌شود. وقتی کارکرد این دو سیستم با استفاده از یک موتور/ ژنراتور الکتریکی ترکیب می‌شود، وارد دنیایی جدید با امکانات خلاقانه متعدد می‌شویم، سیستم ISA بسیار سریعتر از سیستم کنونی، استارت می‌زند و امکان استفاده از سیستم استارت استپ۲ فراهم می‌شود. با بهره‌گیری از این سیستم، می‌توان هنگامی که خودرو پشت چراغ قرمز و یا در ترافیک متوقف می‌شود، موتور را خاموش کرده و با استفاده از موتور الکتریکی قوی، با کوچکترین اشاره به پدال گاز، سریعاً خودرو را به حرکت در آورد. با این کار، آلودگی در شرایط کارکرد در جا که بیشترین گازهای سمی را تولید می‌کند، کم شده و مصرف سوخت خودرو بهبود می‌یابد.
ISA می‌تواند مستقیماً با استفاده از موتور و نیز بازیابی انرژی ترمز، باتری را شارژ کرده و فرسودگی ترمزها را کاهش دهد.
از آنجا که یک استارتر قوی، می‌تواند نوعی ژنراتور قوی نیز باشد، ترکیب آنها امکان در اختیار داشتن سیستم‌های بهینه الکترونیکی با نیاز به توان پیک بالا را ممکن می‌سازد. در این زمینه می‌توان به سیستم‌های: فرمان برقی (EPS) ، توربو الکترونیکی، تهویه چند سرعته، کنترل سوپاپ الکترونیکی، تعلیق فعال و کنترل با سیم کامل، اشاره کرد. از مزایای بسیار این سیستم می‌توان عملکردهای بهینه‌تر، مصرف سوخت پایین‌تر و آلودگی کمتر را نام برد. توربوی الکترونیکی و کنترل سوپاپ، باعث بهبود عملکرد موتور شده و صرفه‌جویی بیشتری در مصرف سوخت ایجاد می‌کند. برای ایمنی، راحتی و رضایت بیشتر از رانندگی، می‌توان از سیستم تعلیق فعال، EPS و سیستم کنترل با سیم برای سیستم‌های مختلف استفاده کرد. با افزایش ولتاژ و کاهش جریان، می‌توان اندازه سیم‌ها را کاهش داده و تا حدود ۱۰ درصد از وزن سیم‌کشی‌های کنونی کاست.
● نصب و عملکرد سیستم
چالش تکنولوژیکی استارت- دینام، طراحی یک ماژول قدرت الکترونیکی است که بتواند توان ۶ تا ۱۲ کیلووات را در دمای استاندارد محیط، تولید کند.
● بلوک دیاگرام اولیه
این سیستم، در نهایت به دو بخش مجزا تقسیم می‌شود که شامل یک بلوک سخت‌افزاری است که روی استارت- دینام نصب می‌شود و یک بخش نرم‌افزاری که به بخشی از واحد کنترل الکترونیکی اصلی خودرو می‌پیوندد. در برخی پلتفرم‌ها، از یک واحد مدیریت بار برای تعیین اولویت تخصیص توان در بارهای بحرانی استفاده می‌شود. ماژول سه فاز به همراه حسگرهای جریان و دما، روی خود استارت- دینام نصب می‌شود.
از لحاظ فنی، سیستم‌های ISA به دو دسته تسمه‌ای و خطی (نصب بجای فلایویل) تقسیم می‌شوند. در نوع تسمه‌ای، این سیستم بجای دینام کنونی می‌نشیند و استارت حذف می‌شود. معمولاً این نوع ISA از لحاظ پیاده‌سازی بسیار ساده‌تر و کم هزینه است، اما عملکردهای آن از لحاظ توان و بازده، دارای محدودیت‌هایی است. مثلاً، در افزایش توان موتور یا بازیابی انرژی ترمز نسبت به نوع خطی، دارای محدودیت است.
نوع دوم سیستم ISA: شامل یک موتور ژنراتور الکتریکی است که بجای فلایول بین موتور و گیربکس نصب می‌شود و می‌تواند علاوه‌بر استراتژی استارت- استپ و کمک به افزایش قدرت موتور، بازیابی انرژی ترمز را با بازده و تأثیر بیشتری انجام دهد. این سیستم با وجود بازده بالاتر و عملکرد بهتر، نیاز به تغییرات زیادی در موتور و اجزای آن و نیز هزینه و زمان بیشتری برای پیاده‌سازی نیاز دارد.
● بررسی پذیرش اقتصادی
هنگام ارائه راه‌حل‌های جدید در صنعت خودروسازی، سعی می‌شود راه‌حل‌ها دارای توازن و تناسب کافی با قیمت‌ها باشند. هرگونه بازده بیشتر، انگیزه‌ای برای تغییر است. از آنجا که راه‌حل‌های قبلی طی چندین سال کاهش قیمت چشمگیری داشته‌اند، همیشه برای تکنولوژی‌های جدید، مرزی خاص ایجاد می‌کنند. مثال عینی این قضیه در مورد تولیدکنندگان نیمه هادی‌ها صادق است که برای فائق آمدن بر چالش‌های قیمت، دائماً مجبور به توسعه تکنولوژی‌های جدید بوده و فشار زیادی را تحمل می‌کنند.
از این دیدگاه، یکی از جالبترین مشخصات ISA ، این است که با حداقل تغییرات در پلتفرم‌های کنونی قابل اجرا بوده و افزایش قیمت اندکی به همراه دارد. بنابراین، این سیستم معیار اساسی پذیرش اقتصادی را حتی در شرایطی که پلتفرم برای گذار به زیرسیستم‌های پیشرفته‌تر آماده نیست، ارضاء می‌کند. این امر فرصت زندگی دوباره‌ای به سیستم‌های تولید توان ۱۴ ولت می‌بخشد که به دلیل عدم کفایت توان تولیدی آنها برای بلوک‌های عملیاتی پیشرفته جدید، در حال کنار گذاشته شدن هستند. دینام‌های معمولی برای تولید توان بیشتر، دوباره طراحی شده‌اند و تسمه آنها بهبود یافته است تا بتوان عملکرد استارت- استپ را در خودروهای کوچک و متوسط ایجاد کرده و در اختیار داشت.
● گام‌های اساسی‌تر
برای بردن ISA به سطوح توان بالاتر باید آن را مستقیماً روی سیستم محرکه خودرو، یعنی بین موتور و گیربکس نصب کرد. یک مثال خوب از این نوع سیستم، تراک‌های نیمه هایبرید ۲۰۰۴ جنرال‌موتورز است که شورولت سییرا و سیلورادو نامیده می‌شوند.
با این تکنیک، امکان استارت زدن سریع، در اختیار داشتن ۱۴ کیلووات توان الکتریکی و میراکنندگی فعال سیستم قوای محرکه و در نتیجه حذف فلایویل، فراهم شده است.
پشت چراغ قرمز، موتور احتراقی بلافاصله خاموش می‌شود، اما تجهیزات جانبی خودرو با استفاده از انرژی ذخیره شده در باتری و اولتراکاپاسیتور۴ به کار ادامه می‌دهند، با سبز شدن چراغ و فشار بر پدال گاز، موتور ISA با استفاده از توان باتری، خودرو را به حرکت در آورده و در همین زمان موتور خودرو را فوراً روشن می‌کند. لذا در حرکت خودرو تأخیری به وجود نمی‌آید و یا تأخیر آن بسیار جزئی و غیرمحسوس است.
برای اطمینان از عملکرد درست سیستم‌های جانبی به هنگام خاموش بودن موتور، یک پمپ هیدرولیکی برقی، نیروی مناسب برای فرمان برقی را ایجاد می‌کند. همچنین، یک پمپ الکتریکی، گردش آبگرم را برای داشتن هوای گرم داخل کابین در زمستان تأمین می‌کند. هوای سرد و خشک مورد نیاز در تابستان نیز تا مدتی طولانی توسط کنترل هوشمند سیستم تهویه هوا تأمین می‌شود.
قوای محرکه این خودرو، همانند خودروهای معمولی است (موتور ۳/۵ لیتری، ۸ سیلندر Vortec) و قادر به حمل بار و یدک کشیدن است، اما مصرف سوخت آن ۱۰ تا ۱۵ درصد کمتر است که این امر ناشی از بازیابی انرژی ترمز و قابلیت استارت- استپ می‌باشد.
یک مجموعه باتری ۴۲ ولتی اسید سرب به همراه یک اولتراکاپاسیتور، انرژی مورد نیاز تجهیزات الکتریکی خودرو را فراهم می‌سازد.
کاپاسیتورها، موازی باتری هستند تا کندی باتری‌ها را در ذخیره و آزادسازی مقادیر بالای جریان جبران کنند. ضمناً، این خازن‌ها نقشی اساسی در بازیابی انرژی ترمزها ایفا می‌کنند.
● نتیجه‌گیری
با توجه به کم هزینه بودن و مزایای این سیستم در مقایسه با سیستم هایبرید کامل، تقریباً تعداد زیادی از خودروسازان، تولید انبوه آن را آغاز کرده و یا در حال توسعه آن هستند.

اکبر آجامی
http://www.ajcar.blogfa.com