你骑过那种点火时“咔啦”一声,车身还跟着抖一下的摩托车吗?我骑过,尤其是在清晨或者安静的小区里,那声音总让我觉得有点不好意思。
但后来我试了朋友的五羊本田睿御110,拧开钥匙,轻轻一按启动按钮,发动机就悄无声息地转起来了,要不是仪表盘亮了,我甚至怀疑有没有启动成功。
朋友告诉我,这车用的是“静音启动”,秘密就在于它没有传统的启动马达,而是把起动机和发电机合二为一了。这到底是怎么做到的呢?今天我们就来拆开看看。
这个合二为一的装置,专业名称叫ACG智能启动电机,也有人叫它“启动发电一体机”。它直接安装在发动机的曲轴头上,取代了原来独立的启动马达和磁电机。
它的工作逻辑非常清晰:当你需要启动发动机时,蓄电池的电就输给它,它立刻变身成一个电动机,直接带动曲轴旋转;
发动机一旦着车运转起来,电路切换,曲轴反过来带着它转,它又变回一个发电机,开始发电给电池充电。整个过程,没有齿轮伸出、也没有齿轮咬合,所以根本不会产生传统启动机那种“嘎嘣”一下的撞击声。
传统启动马达里面有一套精密的减速齿轮和一个叫“超越离合器”的部件。启动时,马达上的小齿轮要快速伸出去,和发动机飞轮上的大齿圈猛烈地咬合在一起,带动发动机转;
启动后,小齿轮又要迅速缩回来。这个“伸出-咬合-缩回”的过程,就是噪音和磨损的主要来源。
而ACG一体机,它的转子(可以理解为带磁铁的运动部分)和发动机曲轴是硬连接,或者干脆就和飞轮做成一个整体,永远一起转,完全跳过了齿轮啮合这一步。
要实现这种功能切换,它的内部结构和我们常见的电机不太一样。它通常是一种“外转子式无刷电机”。
你可以想象一个杯子,杯底固定在曲轴上,杯壁内侧贴了一圈强磁铁,这个“杯子”就是它的转子。
在“杯子”里面,固定着三组线圈,这就是定子。在定子上,还藏着几个小小的霍尔传感器,用来时刻感知外面那个“磁铁杯子”转到什么位置了。
启动的秘密,就藏在这些传感器和ECU(行车电脑)的配合里。当你按下启动按钮,ECU根据霍尔传感器传来的位置信号,精准地控制着电流流入三组线圈的顺序。
电流在线圈里产生磁场,这个磁场和转子上的永磁体磁场相互作用,就像两块磁铁你推我拉,从而产生旋转的力,驱动转子也就是曲轴转动。
这时候,它就是一个标准的直流无刷电机。一旦ECU检测到发动机转速已经达到并可以自己维持运转(比如通过曲轴位置传感器),它就会立刻切断启动电流供给。
发动机进入正常怠速或行驶状态后,这个装置的角色就无缝切换了。现在,是发动机的曲轴带着那个贴满磁铁的“杯子”转子高速旋转。
旋转的磁场不断切割内部固定的三组线圈,根据电磁感应原理,线圈里就自然产生了交流电。
这些交流电经过车上的整流稳压器,变成稳定的直流电,给蓄电池充电,同时供应大灯、仪表、电喷系统等所有用电设备。这时,它就是一个纯粹的磁电机(发电机)。
把启动和发电两个矛盾的功能塞进同一个机器里,工程师遇到了几个大难题。第一个是发热和磨损。
普通启动马达只工作几秒钟,可以承受大电流产生大力矩,但设计上不适合长时间高速旋转发电。而普通发电机为了高效发电,设计上又很难提供巨大的启动扭矩。
ACG一体机的解决方案是在磁路和线圈设计上做深度优化。例如,采用特殊的铁芯材料和绕线方式,减少在高速发电时铁芯内部产生的涡流损耗(一种导致发热的无效电流),同时保证在启动瞬间,线圈能承受短时大电流,爆发出足够的扭力。
第二个难题是位置检测的可靠性。作为无刷电机启动,霍尔传感器的信号必须绝对精准和可靠,否则就无法正确换相,导致启动无力甚至失败。
因此,传感器的安装位置和抗干扰设计非常关键,通常会被密封保护起来。一些高端的系统还会加入冗余设计,或者通过分析线圈本身产生的反电动势来辅助判断转子位置,提升容错率。
这种技术的应用,直接催生了一个很实用的功能:怠速启停。在五羊本田睿御110、新大洲本田NS110i这些搭载ACG系统的踏板上,当你等红灯停车时,发动机可以自动熄火;
绿灯亮起,只需轻拧油门,发动机瞬间、安静地重新启动,完全没有传统启动的顿挫和噪音。
因为ACG系统没有容易磨损的齿轮啮合部件,能够承受频繁启动的考验,据一些技术资料显示,它的启动次数寿命是传统起动机的数十倍。
同时,由于减少了机械传递环节,能量损耗也降低了,对提升燃油经济性有细微但实在的贡献。
当然,任何技术都有它的适应范围。在极寒环境下,机油变得像糨糊一样粘稠,发动机启动阻力极大,这时单纯依靠ACG一体机启动可能会显得力道不足。
有的厂家为此设计了双模式启动方案:在常温下使用静音的ACG启动,在ECU检测到温度极低时,则让一个备用的传统小启动马达协同工作,或者先通过ACG电机缓慢转动发动机进行预热,确保在任何环境下都能可靠启动。
从维修角度看,这套系统简化了发动机侧的结构,但对电路和ECU的依赖性更高。如果出现无法启动的故障,维修技师需要首先检查蓄电池电量、霍尔传感器信号以及ECU的驱动电路是否正常,而不是再去听启动齿轮有没有响。这也对维修人员的知识储备和诊断设备提出了新的要求。
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