經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動機啟動技術,但由于剛買車不知道什么是發動機啟停技術。
當前,交通擁堵導致的車輛堵成一鍋粥的現象時有發生,少則十分鐘多則半個小時甚至更長時間。而當汽車處于停止狀態時,發動機則處于怠速狀態,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,一項專為發動機怠速時設計的節能減排技術——啟停系統于上世紀70年代開始悄然興起。
時至今日,為了應對日益嚴苛的燃油排放法規,整車廠開始大規模的搭載發動機啟停技術,并將該技術作為宣傳的一大賣點。啟停系統到底是怎樣發揮其節油本領的?該技術誕生至今都經歷了哪些發展歷程?本篇蓋世汽車將從發動機啟停技術的發展歷程、工作原理及應用現狀著手,與業內共享啟停技術的前世今生。
什么是自動啟停技術
發動機啟停技術,就是在車輛行駛過程中臨時停車的時候,自動熄火。當需要繼續前進的時候,系統自動重啟發動機的一套系統。
發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。當需要繼續前進的時候,系統自動重啟發動機的一套系統。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動機就會自動熄火,一直踩著制動踏板,發動機就會保持關閉。只要一松開剎車,或者轉動方向盤,發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。
發動機啟停技術工作原理
自動啟停的大致原理是在車輛上設置一塊電池以及一臺起動機。通過能量回收系統或者發電機對電池充電儲備能量
啟停系統的工作原理是,當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系統自動檢測:發動機空轉且沒有掛擋;防鎖定系統的車輪轉速傳感器顯示為零;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,發動機自動停止轉動。
而當信號燈變綠后,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和相應的發動機管理程序的支持下,啟停系統在較低的溫度下也能正常工作,只需短暫的預熱過程便可激活。
自動啟停技術發展史
發動機啟停技術的想法早在上個世紀30年代就出現過,應用的車上就要追溯到70年代了。當時豐田在皇冠轎車上曾進行過相似技術的實用性測試,當車輛停止 1.5秒后,發動機會自動斷油熄火,這可以說是之后發動機自動啟停技術的雛形。但直到06年左右,由于日益嚴苛的環境法規限制,自動啟停技術才開始在汽車上慢慢普及。
日系
早在1970年,豐田公司已經涉足啟停技術。當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秒后關閉發動機。試驗結果發現在東京市繁忙的交通中,運用這種新技術可使節油率提升10%。
除了豐田汽車外,馬自達汽車也開發出i-Stop系統,在靜止怠速的狀態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位置且汽缸內完成掃氣行程。等系統判斷將重新啟動時,就噴射燃料快速點火燃燒,同時驅動啟動馬達。啟動過程耗時約0.35秒,而且相當平順。
德系
1980年,啟停系統開始裝備于大眾汽車第二代Polo的量產車型上。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,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應用旗下車型多年,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,在頻繁關閉、啟動的環境下比一般啟動馬達承受更多的啟動次數。
法系
2006 年法國PSA集團的雪鐵龍公司開發名為“start-stop”的怠速熄火系統,搭載于雪鐵龍C2和雪鐵龍C3上。這套系統結合了該公司研發的 sensodrive自動變速箱與電子控制的ISG可逆發電機(ISG集成了啟動馬達與發電機,是由法雷奧與日本電裝公司共同研發而成)。
這套系統也搭載于2011年小改款的標致3008 e-HDi車型上,配合1.6L柴油發動機以及制動能量回收系統,可節省燃油損耗達15%的效果。
自動啟停系統應用現狀
目前市場上已經有許多車型搭載發動機自動啟停系統,歐洲車裝備自動啟停技術的車型較多,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。
據外媒報道,福特汽車計劃在2017年實現旗下70%的車型配備自動啟停系統。目前我國汽車的生產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部中國區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,預計到2019年該比例將提升至90%;中國市場在該領域將跟隨歐洲的步伐,他預言:“2019年中國車市年銷量規模將達到3000萬輛,其中30%將配備啟停系統。屆時每三輛車中就有一輛配有啟停系統。
?啟停系統真的省油嗎?
媒體報道,根據NEDC循環測試,配有啟停系統汽車,能夠節油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。假設每天啟停超30次,每次平均發動機停止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,啟停系統除去成本對用戶來說確實經濟效率不高。而根據法規的油耗的測試方法,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,該技術確也能省一部分油,如全國所有車輛都裝備該技術,整個國家的二氧化碳排放量的絕對數量確實會減少不少。而不使用該技術可能達不到上面的法規限制,非但沒有節能補貼,而且根本就不允許生產。
啟停系統的種類:
1.分離式起動機/發電機啟停系統
采用分離式起動機和發電機的啟停系統很常見。這種系統的起動機和發電機是獨立設計的,發動機啟動所需的功率是由起動機提供,而發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/發電機啟停系統
集成起動機/發電機是一個通過永磁體內轉子和單齒定子來激勵的同步電機,能將驅動單元集成到混合動力傳動系統中。這套裝置采用了可逆變原理即將傳統汽車上的發電機和起動電機功能合成在一起,當汽車行駛時充當發電機,產生電能,當汽車啟動時又充當起動機。
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,可以將動能轉換為電能,對電池進行充電,這樣節約了能源,進一步提高了燃油經濟性。
3.馬自達SISS智能啟停系統
前面介紹的兩種啟停系統是單純起動機來啟動發動機的,而Mazda的SISS智能啟停系統(現在稱為i-stop技術),主要是通過在氣缸內進行燃油直噴,燃油燃燒產生的膨脹力來重啟發動機的,發動機上的傳統啟動機在發動機啟動時起到輔助作用。
據官方數據,使用SISS技術,發動機在最短0.35s的時間內就能啟動,比單純使用啟動機或電動機的系統要快一倍。
4.滑行啟停系統
目前現有的啟停系統只能在車輛完全停下來時才關閉發動機,而滑行啟停系統在車輛滑行時即可關閉發動機(如高速下坡道),同時,在自動擋車型中使用控制系統自動控制離合器,將發動機與傳動系統分離,以延長滑行距離。當滑行中駕駛員操作油門或剎車踏板時,發動機會迅速啟動。雖然現有的發動機控制系統可以使發動機在車輛帶擋滑行時停止噴油,但由于發動機和傳動系統并未分離,滑行距離不長;而在空擋滑行時,發動機仍會噴油,盡管可以長距離滑行但并不能達到節油的目的。因此,滑行啟停系統可以將這兩種工況的優勢結合起來,通過熄火的方式達到節油的目的,同時令車輛滑行距離更長。
大家比較關注的問題:
1. 發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,積碳也很嚴重。
2. 嚴重堵車時會遇到車輛反復走走停停的狀態,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,能夠連續行駛一段時間以上再進行恢復。
3. 啟停系統會對發動機有磨損,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,但不知你見過發動機試驗室是如何做全負荷耐久試驗,如何做冷熱沖擊試驗,看看他們有多暴力,你就會覺得發動機沒你想象的那么脆弱。
4. 關于瞬時油耗,經過測算一次啟動消耗的燃油相當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省下的燃油。
5. 啟停技術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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