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发动机界的红绿灯——发动机自启停技术

原标题:发动机界的红绿灯——发动机自启停技术

文 | 传感器技术(WW_CGQJS)

红灯停,绿灯行是车辆和行人遵守的交通规则,现在也被运用到发动机上,发动机启停技术能让发动机在一定条件下也能做到红灯停,绿灯行,这一技术是当下汽车节能减排的新途径。

如今稍微好的车都配有发动机启动技术。对于它,有些车主每天都在使用,认为他它可以节能减排,能省下一大笔钱。而大多数的车都认为这个功能太过鸡肋,经常启停的体验非常不好,对发动机也有伤害,以至于一上车就把它给关了。

实际上,发动机启停技术目前已经非常成熟,装配此项功能的发动机的耐受度也足够高,大家可以放心使用。

如果你想对它有更多的了解,下面就跟着我们一起,深入发动机自动启停系统。

简单来说,发动机自动启停技术是应城市交通拥堵的路况而产生的。市区行车,难免走走停停,车辆怠速时发动机空转运行不仅会耗费燃油,且产生的尾气也不利于城市环境。通过发动机自动启停技术,驾驶员只要踩住制动踏板使车辆停住,自动启停系统便会控制发动机自动熄火,在释放制动踏板后,脚踩油门,发动机会自动启动。

该功能的好处是,通过发动机自动启停,可以在不改变驾驶员驾驶习惯的前提下,既节省油耗,又减少车辆的尾气排放。

发动机启停技术的原理

自动启停系统是指车辆根据实际情况自动关闭和重新启动发动机以减少发动机空转时间,从而减少燃料消耗和排放的汽车节能系统。车辆临时停车的时候,自动熄火,当需要继续前进的时候,系统自动重启发动机。这套系统特别适用于红灯等候时间较长及拥堵严重等用车环境。

自动变速器的车辆,自动启停系统的工作原理是,当驾驶员踩下制动踏板,车辆停止行进。这时候,Start/Stop系统自动检测:发动机空转;防锁定系统的车轮转速传感器显示为零;电子电池传感器显示有足够的能量进行下一次启动。满足这三个条件后,发动机自动熄火。当车辆重新起步时,只要驾驶员一松开刹车,或者转动方向盘,发动机又会马上自动点火,进入正常行驶状态。

手动变速器的车辆,自动启停系统的工作原理是:当车辆停稳后,挂空挡松离合器,车辆就会进入熄火状态。如果在这个过程中车辆发生移动,自动启停系统将不会工作。当驾驶员踩下离合器并选择一个档位之后,汽车将重新启动。

发动机启停技术的发展

1964年,丰田第一次在皇冠轿车上测试这类型设备,只要车辆停稳后1.5秒,发动机就会自动断油熄火,而这也成为日后自动启停发展的理论及设计雏形。这台皇冠在东京的城市交通中进行了长时间的测试,证明这一技术能带来10%左右的节油效果。

但丰田却不是最早将这一技术量产的品牌。菲亚特Regata和大众POLO在上世纪80年代的时候率先将这一技术量产。大众集团在1994年和1999年又分别将这一技术运用到高尔夫和路波3L车以及奥迪A2上面。

尽管这项技术在早期被消费者认为令人不安并且价格昂贵而未被广泛采用,但当年的路波3L车以及奥迪A2的确保持了多年的内燃机节油世界纪录。

目前市场上几乎每一个主流品牌旗下都拥有配置自动启停系统的车型。甚至许多自主品牌也已经开始配备。这套系统不再像过去那样令人高不可攀。尽管如此,每个厂家对于自动启停系统的设计和调校有较大差别,这也导致不同品牌的自动启停车型表现有很大不同。

发动机启停技术的激活及操作方式

激活条件

车辆起步后,一旦车速大于3km/h(2mph),并且时间持续约4秒钟,发动机启停功能就会自动激活。

操作方式

发动机自动启停系统既可以在手动挡车型应用,也可以在自动挡车型上应用,两种车型的操作方式不同,具体如下:

手动挡车型发动机自动启停系统操作方式

发动机关闭过程

需要停车挂至低速档并踩住制动将车停住挂入空挡让发动机怠速运转后松开离合器自动启停功能将发动机自动关闭,自动启停提示符号灯亮起。

发动机重启过程

需要启动踩下离合器踏板启停功能使发动机重启,启停提示符号灯熄灭,挂档后松开离合器即可加速前进。

自动挡车型发动机自动启停功能操作方式

发动机关闭过程

需要停车持续踩住制动踏板启停功能将发动机自动关闭,启停提示符号灯亮起。

发动机重启过程

需要启动松开制动踏板启停功能使发动机重启,启停提示符号灯熄灭踩油门即可加速前进

如果你不想使用此项功能,可通过图示按钮将其关闭,组合仪表盘屏幕上的状态提示符也随之消失。

发动机启停技术的种类

根据成本高低和功能的不同,发动机启停技术可大致分为三类:轻度自动启停、半自动启停和全自动启停。

轻度自动启停

轻度自动启停系统的结构最为简单,成本最低。与一般的动力系统相比,带轻度自动启停系统的发动机,仅仅是起动机的寿命较高、所使用的蓄电池的输出功率更大。当然,为了让发动机能够在驾驶员松开刹车或离合器、踩下油门的瞬间就能够立即启动,ECU 的控制程序也需要重新编写,以确定新的点火时间、起动机和变速箱的工作方式。

大部分轻度自动启停系统会设置一个手动开关,让驾驶员可以自主选择是否开启这项功能。为避免在发动机关闭或启动时,出现车灯瞬间变暗或者空调风扇转速降低的情况,有的轻度自动启停系统也会增加一块辅助蓄电池。

由于轻度自动启停技术的功能过于简单,起动机和蓄电池也无法给车辆提供助力或者动力,所以不会在混合动力车上使用。也由于系统的功能简单,结构也足够简单,所以成本也很低,价格大约在1800-2400 元左右。当然,起到的效果也比较低:燃油经济性的提升大概在 3%-5%之间,如果车辆大部分时间都是在市内行驶,且多为高峰期的话,这个数字会略有增加。

半自动启停

如同轻度自动启停系统一样,半自动启停系统也仅仅是使用了寿命更长的起动机和功率更强的蓄电池,不过会标配一块辅助电池。在大部分半自动启停系统里,经过加强的发电机能够回收刹车时的再生能量并给辅助电池充电。

半自动启停系统的价格大多在3000-4200 元左右,节油效果能够提升 7%-12%。同样的,在市内高峰期行驶时,也会有额外的加成。

全自动启停

全自动启停系统有着最全的功能。在结构上,是在半自动启停系统的基础上,将发动机上的发电机用一个兼职的电动机来取代。这个兼职的电动机既能作为发电机使用,也可以作为起动机使用。当发动机运转时,发动机带动电动机转动,电动机将机械能转化为电能,给电池充电;当需要启动发动机时,电动机就成为起动机,将电能转化成机械能,带动发动机转动。

在这个兼职的电动机安置方式上,目前不同的制造商们选择的方式也不尽相同。大部分的汽车制造商们是将其作为附件,放到了附件皮带驱动系统中,一般称为BAS。对于这种方式来说,由于对传统的发动机的结构改动并没有太大,只需要更换一个发电机即可,因此实现起来较为容易。

当然,也有厂家独辟蹊径,不仅仅是加上了一个具备两种功能的电机,还进行了更多的设计,像IMA 技术是混合动力技术的一种,1999 Insight 车型上首度装载。IMA 上的兼职电动机采用的是三相超薄型 DC 无刷电机,安装在发动机与变速箱之间。

全自动启停系统中,电动机会比一般的起动机要大,才能在带动发动机时提供足够的扭矩,让发动机能够更快地启动。

与轻度自动启停和半自动启停不同的是,全自动启停系统并非仅在市区工况中提升燃油效率。在高速工况下,通过在巡航和减速时切断燃油供给,也能够提高燃油经济性。有些全自动启停系统能够在加速的时候提供电子辅助动力,但并不是在所有的状态下都会提供,这种全自动启停系统,我们一般称之为微混合动力。

对于自动挡汽车,全自动启停系统还需要额外增加一个辅助电动泵。辅助电动泵的作用是在发动机停止时,继续给自动变速器的液力变矩器中的机油提供动力,使其保持运转,这样,在重启发动机时,变速器也可以立即将发动机的动力传递到车轮上,让车辆能够马上前进,而没有延迟。

全自动启停系统功能最为复杂,也增加了一些部分,相对的,价格也就要更贵,一般在6000-12000 元。不过一分钱一分货,全自动启停系统对于燃油效率的提升也是最为显著的,在 15%-25%之间。

根据技术形式的不同,发动机启停技术还可分为以下几种:

分离式起动机/发电机启停系统

采用分离式起动机和发电机的起停系统最常见。这种系统的起动机和发电机是独立设计的,发动机启动所需的功率是由起动机提供,而发电机则为起动机提供电能。

这套系统包括高增强型起动机、增强型电池(一般采用AGM电池)、可控发电机、集成起动/停止协调程序的发动机ECU,传感器等。

这种启停系统系统零件少,安装方便,而且系统的部件与传统部件尺寸保持一致,因此可直接配备至各种车辆上。

集成起动机/发电机启停系统

集成起动机/发电机是一个通过永磁体内转子和单齿定子来激励的同步电机,能将驱动单元集成到混合动力传动系统中。

启停系统的电控装置集成在发电机内部,在遇红灯停车时发动机停转,只要一挂档或松开制动踏板汽车会立即自动启动发动机。

SISS 智能启停系统

SISS(现在称为 i-stop 技术)智能启停系统,主要是通过在气缸内进行燃油直喷,燃油燃烧产生的膨胀力来重启发动机的,发动机上的传统启动机在发动机启动时起到辅助作用。

据官方数据,使用SISS 技术,发动机在最短 0.35s 的时间内就能启动,比单纯使用启动机或电动机的系统要快一倍。且与前文介绍的两种启停系统是单纯起动机来启动发动机不同,SISS智能启停系统控制智能、效率高,无需起动机就能实现start-stop的功能。

滑行启停系统

目前现有的启停系统只能在车辆完全停下来时才关闭发动机,而全新带滑行功能的起动-停止系统在车辆滑行时即可关闭发动机(如高速下坡道)。同时,在自动挡车型中使用控制系统自动控制离合器,将发动机与传动系统分离,以延长滑行距离。当滑行中驾驶员操作油门或刹车踏板时,发动机会迅速启动。

具备滑行功能的起动-停止系统最大的创新之处在于,仅通过软件系统的提升和采用现有的传感器数据实现滑行功能。与此同时,起动-停止起动机可承受更大的负荷并更快速地起动发动机。另一方面,这个系统几乎不需额外零部件,就可安装在绝大部分车型上。

使用发动机启停系统必须注意的事项

坡道情况下避免使用启停系统

在坡道上临时停车,启停系统还是尽量避免使用。启停系统起动较慢,容易在松开刹车时,发生车辆滑动,发动机来不及着火制动力助力不足,导致危险发生。不过绝大多数车辆都会对坡道进行侦测,下坡坡度超过10%,上坡坡度超过12%,启停系统不会启用。

无规律走走停停关闭启停系统

本来堵车就是件闹心的事情,再加上走走停停的顿挫更加闹心。关闭启动系统提升乘坐舒适性比降低那丁点油耗更为重要,同时停机再发动起步,显然起步速度差别人一节,然后....又被人插位了。

开空调时尽可能不启用启停系统

车辆上配备着空调增加乘坐舒适性,但大部分带有启停系统的车在发动机熄灭时,空调只会送风并不会制冷(制暖采用车辆水箱温度),大大影响乘坐舒适性。同时若检测到车内温度与设定值相差太大,发动机便会自动启动。频繁的启动震动让人乘坐舒适性再大大打折扣。

低速泊车时停用启停系统

大多数车辆变速箱在倒档位置时并不会让启停系统工作,但没人能保证每次泊车都能一次搞掂,挪一两次就是正常,若是新手便可能要前后来回好几次才能停正车辆。本来停车并不是件愉快的事情,若还在向前挪车时,踩深一点刹车就熄火,再启动,必定让心情更糟糕。同时不断启停让发动机燃烧更加不充分,积碳更加容易集聚,同时尾气污染物增加对身体更加不好。

启停系统熄火时,不能添加燃油

很多车主在加油时并不会下车,直接打开油箱盖让工作人员加油。此时车辆仅为启停短时间熄火,并随时启动,若此时添加燃油将非常危险。必须让车辆完全熄火断电后再进行加油。

亮油灯时建议关闭启停系统

无可否认的是启停系统的确可带来优秀的燃油经济性,但在亮油表报警灯时车辆不断的启停,只会让你更加心慌。同时不断启停,燃油系统不断重建供油压力,增加燃油泵压力,导致更快过热烧毁。

涉水行驶时,必须关闭启停系统!必须关闭!必须关闭!重说三!

通过积水路段时,切记必须要关闭启停系统,万一需要在行驶中停下,发动机熄火,此时排气压力突然减少。水很容易从排气管倒流进入发动机内,导致发动机无法启动。

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