馬自達創馳藍天X發動機SPCCI技術與M-HYBRID輕混動力系統解析(七)

◆文/江蘇 高惠民

3.擺動式漲緊器 (去耦環漲緊器)

(1)功能

傳統發動機輪系，通常由曲軸皮帶輪、壓縮機皮帶輪、水泵皮帶輪、發電機皮帶輪、漲緊輪、惰輪、皮帶等組成。其中，曲軸皮帶輪為主動輪，其他皮帶輪為從動輪。所以在輪系運轉時，皮帶松邊始終位于離開曲軸帶輪的一端，只需要在松邊安裝一個漲緊器，即可提供輪系所需漲緊力。相對于傳統發動機輪系，B-ISG混合動力發動機附件輪系最大的不同就是用B-ISG (皮帶驅動式啟動、發電一體機)取代了傳統發電機。B-ISG既可以同傳統發電機一樣發電時作從動輪，又可以為電動機時作主動輪，啟動發動機或者為發動機提供輔助扭矩。B-ISG附件輪系運轉時存在以下四種工況：第一種工況，啟動模式下，由B-ISG電機啟動發動機，電機皮帶輪為主動輪，其他皮帶輪均為從動輪，皮帶順時針轉動，B-ISG右邊的皮帶為松邊，左邊的皮帶為緊邊；第二種工況，再生制動模式下，當車輛制動或減速時，B-IS作為發電機發電回收制動能量，此時曲軸皮帶輪為主動輪，其他皮帶輪為從動輪，皮帶順時針轉動，B-ISG左邊為松邊，右邊為緊邊；第三種工況，電機助力模式下，B-ISG作為驅動電機為發動機提供輔助扭矩，提高發動機的驅動力，此時電機皮帶輪為主動輪，其他皮帶輪為從動輪，皮帶順時針轉動，B-ISG右邊為松邊，左邊為緊邊；第四種工況，傳統發電模式下，B-ISG作為發電機發電，為整車電器系統供電，此時曲軸皮帶輪為主動輪，其他皮帶輪為從動輪，皮帶順時針轉動，左邊為松邊，右邊為緊邊。由此可見，帶有B-ISG輕混合動力系統的發動機輪系運轉，皮帶上松邊和緊邊是在交替變化的。這就要求曲軸帶輪兩側的皮帶均要有一個漲緊輪，實現雙邊自動漲緊。

馬自達SKYACTIV-X發動機與B-ISG電機組成的輕混合動力系統，采用前后兩個曲軸皮帶輪，前曲軸皮帶輪上的皮帶用于連接機械增壓器、水泵。并用液壓漲緊器漲緊皮帶。后曲軸皮帶輪上的皮帶連接空調壓縮機、B-ISG電機和設置于B-ISG電機殼體上擺動式漲緊器的漲緊輪，構成B-ISG混合動力發動機附件輪系，皮帶環繞方向與漲緊器安裝位置如圖94所示。通過擺動式漲緊器上的兩個漲緊輪以預緊力交替地加載在皮帶的當前松邊上。這種輕混合動力發動機附件輪系，具有更低的、均衡漲緊力的設計，有利于減少部件磨損、降低摩擦、提高燃油經濟性。同時還能防止皮帶打滑和抖動，降低發動機NVH。兩種漲緊器的皮帶受力情況對比如圖95所示。

(2)擺動式漲緊器結構

擺動式漲緊器結構如圖96所示。

擺動式漲緊器總成通過其背板與B-ISG殼體組裝在一起。兩個漲緊輪分別支承在漲緊器殼體和漲緊臂上，漲緊輪沿皮帶環繞方向布置在B-ISG電機旋轉軸線的皮帶輪左右方，并且以預緊力交替地加載皮帶的當前的松邊。皮帶預緊力通過弧形螺旋彈簧產生，該彈簧由兩個串聯連接的圓弧形螺旋彈簧構成。嵌入在圓環形的漲緊器殼體與圓弧形的漲緊臂上的彈簧座之間夾緊,從而使兩個漲緊輪相互地以力加載。隨著B-ISG運行模式切換以及皮帶中的緊邊和松邊相應地切換，漲緊器殼體與兩個漲緊輪一同繞發電機旋轉軸線樞轉。例如，當B-ISG從啟動運行模式切換到發電機運行模式時，那么在擺動式漲緊器左邊漲緊輪處皮帶邊從緊邊切換到松邊，右邊漲緊輪處皮帶邊從松邊切換到緊邊，然而，這種運行模式切換使得漲緊器殼體由一個漲緊輪壓向正處于當前的松邊，另一個漲緊輪隨螺旋彈簧壓力加載漲緊臂，使其從漲緊器殼體中伸出離開處于正當前的緊邊，也就是說，兩個漲緊輪沿皮帶環繞方向的情況中逆時針地樞轉。在此，皮帶的預緊力始終通過螺旋壓力彈簧來保持，使B-ISG皮帶輪上的皮帶松邊和緊邊上的漲緊力相互平衡。

4.DC/DC轉換器

(1)功能

新能源汽車(包括混合動力汽車)需要將動力電池組的高電壓轉換為12V低電壓電源系，持續向低壓電氣系統供電。這個功率轉換器件稱為降壓直流轉換器。又叫BUCK型DC/DC開關電源。馬自達M-HYBRID系統采用了松下的DC/DC轉換器，把鋰離子電池和B-ISG產生的24V電壓被降低到12V，并給車輛電氣部件供電(部分元件由24V電壓供電)。

圖97是馬自達M-HYBRID系統DC/DC轉換器的電路框圖。其中采用了兩路電壓轉換模塊的可靠性設計，另外新的DC/DC轉換器在電源輸入側和輸出側增加了4個安全開關(繼電器形式),如圖98所示。其作用在電源電路出現故障時，如電源欠壓、過壓、短路的情況下，安全開關自動斷開，轉換器能進入保護狀態，故障消失后，安全開關接通，轉換器自動恢復正常工作。

(2)DC/DC轉換器結構

如圖99所示，DC/DC轉換器有4個電纜連接接口，DC/DC轉換器以總成安裝，不允許拆解。

5.鋰離子電池模組

(1)功能

①存儲B-ISG產生的24V電壓 。

②通過DC/DC為電氣元件供電 。圖100是鋰離子電池模組控制框圖。

(2)鋰離子電池模組組成

如圖101所示鋰離子電池模組組成。安裝在車輛地板下方(發動機左后方)。鋰離子電池采用自燃冷卻。

(3)拆卸負極接地板(鋰離子電池接線柱)

拆卸負極接地板安裝位置如圖102所示。拆卸下列零件時(B-ISG、DC-DC轉換器、熔絲盒、兩側前排座和帶座椅加熱器或位置記憶的控制單元)，需要確保未存儲故障碼P0AA1(斷路繼電器卡在開位)，或者確保鋰離子電池接線柱的負極接地板已拆下。

(4)鋰離子電池處理

①存儲

?存放在35℃以下的陰暗處，避免陽光直射(要防止冷凝) ；

?在接線柱上貼上絕緣膠帶。

② 充電

?不要使用外部電源給鋰離子電池充電/放電。

③不要擱置3個月以上

?如果發動機超過三個月未使用，鋰離子電池退化情況將惡化，建議發動機怠速運行至少10min(手冊中有說明)。

6.電控制動再生制動協調控制系統

(1)功能

①減速再生制動輔助下產生必要的液壓制動力。

總制動力＝液壓制動力＋再生制動力，總制動力合成曲線如圖103所示。圖104所示為電控制動再生制動協調控制框圖。

②模擬駕駛員的剎車感覺和踏板反饋。在電動汽車和混合動力汽車上，由于電機再生制動力的加入，會影響原來制動踏板力和踏板行程的關系，導致給駕駛員錯誤的制動意圖識別，即制動系統不能提供給駕駛員良好的制動踏板感覺，影響制動的安全性。為了實現制動踏板的良好感覺，需要在再生制動系統中加裝制動踏板行程模擬器，模擬如傳統制動踏板的踩踏度。在馬自達減速能量回收制動(i-ELOOP)系統中，踏板行程模擬器與輪缸液壓制動管路相連接。再生制動工況時，液壓可隨駕駛員操作而波動。造成踏板反作用力的弧線波動。而新型馬自達3/CX-30，行程模擬器與輪缸液壓制動管路不相連接。在不受液壓波動影響的情況下，可以提供理想的良好踏板反作用力。圖105是新馬自達3/CX-30電控制動再生制動協調控制系統液壓油路圖。制動踏板行程模擬器工作油路圖如106所示。

當駕駛員踩下制動踏板，制動ECU根據制動踏板行程傳感器信號，判斷駕駛員需求的制動強度，在小強度制動時，只有電機制動力，液壓制動系統不工作，此時左右TMC開關電磁閥關閉，制動液不能進入輪缸，制動踏板行程模擬開關閥打開，主缸中的制動液進入制動踏板行程模擬器，使行程模擬器內活塞滑動發生彈性變形，產生對于制動踏板的操作相應的反作用力，模擬制動踏板感覺。當進行大強度制動時，TMC開關電磁閥仍然關閉，主缸中的制動液進入制動踏板行程模擬器，模擬踏板感覺，并且制動ECU指令線性執行器內液壓泵把儲液杯中的制動液泵入高壓蓄能器，然后通過壓力供應閥進入輪缸，產生液壓制動力，與電機產生再生制動力共同作用。使車輛減速。當制動系統的電器元件失效時，由于制動踏板行程模擬器開關閥是一個常閉閥，此時它會關閉，兩個TMC開關電磁閥是常開閥，此時兩個開關閥都打開，制動主缸中的制動液不進入制動踏板行程模擬器而是直接進入制動輪缸，只產生液壓制動力，再生制動不工作。故障模式液壓油路如圖107所示。

電控制動再生制動協調控制系統協同ABS、EBD、DSC模式下的液壓操作油路如圖108和109所示。

(2)電子控制制動單元組成

如圖110所示電子控制制動單元組成。

①制動ECU：根據電控制動系統相關傳感器信號，計算產生控制。

各輪缸的制動液壓；發送ABS、EBD、DSC協同控制功能以及故障保護模式執行指令。

制動主缸(內置)：將駕駛員踩下制動踏板產生的液壓發送給行程模擬器；故障模式下，直接將制動液壓輸送給輪缸。

②兩個制動液壓力傳感器(內置)：檢測制動主缸和線性執行器產生的制動液壓。

③制動踏板行程傳感器(內置)：計算駕駛員的制動踩踏度。

④踏板行程模擬器：模擬制動踏板對駕駛員的反作用力。

⑤執行器：根據制動ECU指令，操作各電磁閥與線性執行器內油泵，將高壓制動液輸送給輪缸，以液壓操作制動鉗。

⑥儲液罐：檢查制動液量/狀況。

(3)更換制動液

兩種更換制動液方法 如圖111所示。

(全文完)