經(jīng)常在購車的時候很多車主聽介紹說這輛車或那輛車配有發(fā)動機啟動技術(shù),但由于剛買車不知道什么是發(fā)動機啟停技術(shù)。
當(dāng)前,交通擁堵導(dǎo)致的車輛堵成一鍋粥的現(xiàn)象時有發(fā)生,少則十分鐘多則半個小時甚至更長時間。而當(dāng)汽車處于停止?fàn)顟B(tài)時,發(fā)動機則處于怠速狀態(tài),由此帶來的排放污染也比正常行車時要厲害得多。如何在堵塞情況下,更好的減少汽車的排污與省油問題?于是,一項專為發(fā)動機怠速時設(shè)計的節(jié)能減排技術(shù)——啟停系統(tǒng)于上世紀(jì)70年代開始悄然興起。
時至今日,為了應(yīng)對日益嚴(yán)苛的燃油排放法規(guī),整車廠開始大規(guī)模的搭載發(fā)動機啟停技術(shù),并將該技術(shù)作為宣傳的一大賣點。啟停系統(tǒng)到底是怎樣發(fā)揮其節(jié)油本領(lǐng)的?該技術(shù)誕生至今都經(jīng)歷了哪些發(fā)展歷程?本篇蓋世汽車將從發(fā)動機啟停技術(shù)的發(fā)展歷程、工作原理及應(yīng)用現(xiàn)狀著手,與業(yè)內(nèi)共享啟停技術(shù)的前世今生。
什么是自動啟停技術(shù)
發(fā)動機啟停技術(shù),就是在車輛行駛過程中臨時停車的時候,自動熄火。當(dāng)需要繼續(xù)前進的時候,系統(tǒng)自動重啟發(fā)動機的一套系統(tǒng)。
發(fā)動機啟停就是在車輛行駛過程中臨時停車(例如等紅燈)的時候,自動熄火。當(dāng)需要繼續(xù)前進的時候,系統(tǒng)自動重啟發(fā)動機的一套系統(tǒng)。使用的方法只要在行駛中直接踩制動踏板,車輛完全停止大概兩秒鐘后發(fā)動機就會自動熄火,一直踩著制動踏板,發(fā)動機就會保持關(guān)閉。只要一松開剎車,或者轉(zhuǎn)動方向盤,發(fā)動機又會馬上自動點火,立即又可以踩油門起步,整個過程都處于D擋狀態(tài)。
發(fā)動機啟停技術(shù)工作原理
自動啟停的大致原理是在車輛上設(shè)置一塊電池以及一臺起動機。通過能量回收系統(tǒng)或者發(fā)電機對電池充電儲備能量
啟停系統(tǒng)的工作原理是,當(dāng)車輛因為擁堵或者路口停止行進。駕駛員踩下制動踏板,停車摘擋。這時候,Start/Stop系統(tǒng)自動檢測:發(fā)動機空轉(zhuǎn)且沒有掛擋;防鎖定系統(tǒng)的車輪轉(zhuǎn)速傳感器顯示為零;電子電池傳感器顯示有足夠的能量進行下一次啟動。滿足這三個條件后,發(fā)動機自動停止轉(zhuǎn)動。
而當(dāng)信號燈變綠后,駕駛員踩下離合器,隨即就可以啟動“啟動停止器”,并快速地啟動發(fā)動機。駕駛員掛擋,踩油門,車輛快速啟動。在高效的蓄電池技術(shù)和相應(yīng)的發(fā)動機管理程序的支持下,啟停系統(tǒng)在較低的溫度下也能正常工作,只需短暫的預(yù)熱過程便可激活。
自動啟停技術(shù)發(fā)展史
發(fā)動機啟停技術(shù)的想法早在上個世紀(jì)30年代就出現(xiàn)過,應(yīng)用的車上就要追溯到70年代了。當(dāng)時豐田在皇冠轎車上曾進行過相似技術(shù)的實用性測試,當(dāng)車輛停止 1.5秒后,發(fā)動機會自動斷油熄火,這可以說是之后發(fā)動機自動啟停技術(shù)的雛形。但直到06年左右,由于日益嚴(yán)苛的環(huán)境法規(guī)限制,自動啟停技術(shù)才開始在汽車上慢慢普及。
日系
早在1970年,豐田公司已經(jīng)涉足啟停技術(shù)。當(dāng)時嘗試在豐田皇冠車上安裝一種電子裝置,可在汽車靜止1.5秒后關(guān)閉發(fā)動機。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)在東京市繁忙的交通中,運用這種新技術(shù)可使節(jié)油率提升10%。
除了豐田汽車外,馬自達汽車也開發(fā)出i-Stop系統(tǒng),在靜止怠速的狀態(tài)下重新啟動時會決定首先運作的汽缸,該汽缸的活塞會停在適當(dāng)位置且汽缸內(nèi)完成掃氣行程。等系統(tǒng)判斷將重新啟動時,就噴射燃料快速點火燃燒,同時驅(qū)動啟動馬達。啟動過程耗時約0.35秒,而且相當(dāng)平順。
德系
1980年,啟停系統(tǒng)開始裝備于大眾汽車第二代Polo的量產(chǎn)車型上。隨后,1994年第三代大眾Golf、Lupo(3L車型),以及1999年奧迪A2(3L車型)都裝備有該技術(shù),不過因售價高昂這些車型的銷售不是很理想。
寶馬公司將啟停技術(shù)應(yīng)用旗下車型多年,包括2008年后的mini系列車型。BMW一直致力于減少發(fā)動機動力的損耗,他們采用博世公司的加強型啟動馬達,在頻繁關(guān)閉、啟動的環(huán)境下比一般啟動馬達承受更多的啟動次數(shù)。
法系
2006 年法國PSA集團的雪鐵龍公司開發(fā)名為“start-stop”的怠速熄火系統(tǒng),搭載于雪鐵龍C2和雪鐵龍C3上。這套系統(tǒng)結(jié)合了該公司研發(fā)的 sensodrive自動變速箱與電子控制的ISG可逆發(fā)電機(ISG集成了啟動馬達與發(fā)電機,是由法雷奧與日本電裝公司共同研發(fā)而成)。
這套系統(tǒng)也搭載于2011年小改款的標(biāo)致3008 e-HDi車型上,配合1.6L柴油發(fā)動機以及制動能量回收系統(tǒng),可節(jié)省燃油損耗達15%的效果。
自動啟停系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀
目前市場上已經(jīng)有許多車型搭載發(fā)動機自動啟停系統(tǒng),歐洲車裝備自動啟停技術(shù)的車型較多,如奧迪(從A1到A8L、Q3/Q5/Q7)、奔馳(E級、S級等)、寶馬(1系到7系、X1/X3)、沃爾沃(幾乎全系新車)、保時捷(幾乎全系新車)等。
據(jù)外媒報道,福特汽車計劃在2017年實現(xiàn)旗下70%的車型配備自動啟停系統(tǒng)。目前我國汽車的生產(chǎn)和銷售正保持著高速增長的勢頭。博世公司起動機和電機事業(yè)部中國區(qū)副總裁孫國忠曾表示,2013年歐洲輕型車中40%采用了啟停系統(tǒng),預(yù)計到2019年該比例將提升至90%;中國市場在該領(lǐng)域?qū)⒏S歐洲的步伐,他預(yù)言:“2019年中國車市年銷量規(guī)模將達到3000萬輛,其中30%將配備啟停系統(tǒng)。屆時每三輛車中就有一輛配有啟停系統(tǒng)。
?啟停系統(tǒng)真的省油嗎?
媒體報道,根據(jù)NEDC循環(huán)測試,配有啟停系統(tǒng)汽車,能夠節(jié)油4%~5%。下面cartech8舉例進行初略估算:
實際使用中,排量1.2—1.8發(fā)動機怠速油耗0.4-1升/小時,我們以怠速油耗0.7升/小時計算。假設(shè)每天啟停超30次,每次平均發(fā)動機停止30秒,每天油耗=30*30/3600*0.7=0.175升,20年省油=0.175*365*20=1277.5升,油價以6元來算,20年總共省了1277.5*6=7665元(共啟停近21.9萬次)。
從上面的估算看出,啟停系統(tǒng)除去成本對用戶來說確實經(jīng)濟效率不高。而根據(jù)法規(guī)的油耗的測試方法,確實能減少最終的工況油耗。這只能理解為,用戶為新技術(shù)買單,而在長期使用中,把付出的成本賺回來。但從另外角度來說,該技術(shù)確也能省一部分油,如全國所有車輛都裝備該技術(shù),整個國家的二氧化碳排放量的絕對數(shù)量確實會減少不少。而不使用該技術(shù)可能達不到上面的法規(guī)限制,非但沒有節(jié)能補貼,而且根本就不允許生產(chǎn)。
啟停系統(tǒng)的種類:
1.分離式起動機/發(fā)電機啟停系統(tǒng)
采用分離式起動機和發(fā)電機的啟停系統(tǒng)很常見。這種系統(tǒng)的起動機和發(fā)電機是獨立設(shè)計的,發(fā)動機啟動所需的功率是由起動機提供,而發(fā)電機通過為蓄電池充電,來保證起動機的電能。
2.集成起動機/發(fā)電機啟停系統(tǒng)
集成起動機/發(fā)電機是一個通過永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子和單齒定子來激勵的同步電機,能將驅(qū)動單元集成到混合動力傳動系統(tǒng)中。這套裝置采用了可逆變原理即將傳統(tǒng)汽車上的發(fā)電機和起動電機功能合成在一起,當(dāng)汽車行駛時充當(dāng)發(fā)電機,產(chǎn)生電能,當(dāng)汽車啟動時又充當(dāng)起動機。
a. 汽車在加速或爬坡時可以提供一部分輔助力矩,這樣可以靈活高效地利用車載能源,對電動汽車性能的提高有很大幫助。
b. 回饋電能
汽車在減速或者制動時,可以將動能轉(zhuǎn)換為電能,對電池進行充電,這樣節(jié)約了能源,進一步提高了燃油經(jīng)濟性。
3.馬自達SISS智能啟停系統(tǒng)
前面介紹的兩種啟停系統(tǒng)是單純起動機來啟動發(fā)動機的,而Mazda的SISS智能啟停系統(tǒng)(現(xiàn)在稱為i-stop技術(shù)),主要是通過在氣缸內(nèi)進行燃油直噴,燃油燃燒產(chǎn)生的膨脹力來重啟發(fā)動機的,發(fā)動機上的傳統(tǒng)啟動機在發(fā)動機啟動時起到輔助作用。
據(jù)官方數(shù)據(jù),使用SISS技術(shù),發(fā)動機在最短0.35s的時間內(nèi)就能啟動,比單純使用啟動機或電動機的系統(tǒng)要快一倍。
4.滑行啟停系統(tǒng)
目前現(xiàn)有的啟停系統(tǒng)只能在車輛完全停下來時才關(guān)閉發(fā)動機,而滑行啟停系統(tǒng)在車輛滑行時即可關(guān)閉發(fā)動機(如高速下坡道),同時,在自動擋車型中使用控制系統(tǒng)自動控制離合器,將發(fā)動機與傳動系統(tǒng)分離,以延長滑行距離。當(dāng)滑行中駕駛員操作油門或剎車踏板時,發(fā)動機會迅速啟動。雖然現(xiàn)有的發(fā)動機控制系統(tǒng)可以使發(fā)動機在車輛帶擋滑行時停止噴油,但由于發(fā)動機和傳動系統(tǒng)并未分離,滑行距離不長;而在空擋滑行時,發(fā)動機仍會噴油,盡管可以長距離滑行但并不能達到節(jié)油的目的。因此,滑行啟停系統(tǒng)可以將這兩種工況的優(yōu)勢結(jié)合起來,通過熄火的方式達到節(jié)油的目的,同時令車輛滑行距離更長。
大家比較關(guān)注的問題:
1. 發(fā)動機頻繁啟動是有可能造成很大程度的積碳;這個啟停是有溫度條件,低溫積碳會比較嚴(yán)重,但充分熱機,啟動時多噴不了多少油,而且啟動后立馬前行,轉(zhuǎn)速上升,多噴的油很快就被燒掉了,另外你知道嗎?長期怠速,積碳也很嚴(yán)重。
2. 嚴(yán)重堵車時會遇到車輛反復(fù)走走停停的狀態(tài),如果每次都進行停機起動,對起動機壽命等都有不利影響,所以會自動暫時屏蔽啟停功能,直到車輛駛出擁堵路段,能夠連續(xù)行駛一段時間以上再進行恢復(fù)。
3. 啟停系統(tǒng)會對發(fā)動機有磨損,啟動過程由于加速度較大,會對汽車零部件造成沖擊,這個我承認(rèn),但不知你見過發(fā)動機試驗室是如何做全負(fù)荷耐久試驗,如何做冷熱沖擊試驗,看看他們有多暴力,你就會覺得發(fā)動機沒你想象的那么脆弱。
4. 關(guān)于瞬時油耗,經(jīng)過測算一次啟動消耗的燃油相當(dāng)于幾秒鐘的怠速的燃油消耗,所以一次啟停超過這個時間的部分就是節(jié)省下的燃油。
5. 啟停技術(shù)肯定會增加維護成本,因為有額外的零部件就有可能損壞,售后和維護確實需要費用。
6. 啟停系統(tǒng)確實造成車輛起步較其它車輛慢半拍,如駕駛員提前動作能夠消除部分不利因素。
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