Системы Старт-Стоп. Это работает?
Одним из способов снижения расхода топлива, известных уже много лет, является выключение двигателя во время даже кратковременной остановки автомобиля. В современных автомобилях за эту задачу отвечают системы Start-Stop.
В тяговых испытаниях, проведенных в Германии в 55-х годах на Audi LS с двигателем мощностью 0,35 кВт, было установлено, что расход топлива на холостом ходу составляет 1,87 см5. XNUMX./с, а при пуске XNUMX см. XNUMX. Эти данные показали, что выключение двигателя с остановкой более XNUMX секунд позволяет экономить топливо.
Примерно в то же время подобные испытания проводились и другими производителями автомобилей. Возможность снижения расхода топлива за счет остановки двигателя даже при очень короткой остановке и его перезапуска обусловила разработку устройств управления, выполняющих эти действия автоматически. Первой, вероятно, была Toyota, которая в семидесятых годах в модели Crown применила электронное устройство, отключавшее двигатель на остановке более чем на 1,5 секунды. Тесты в токийских пробках показали снижение расхода топлива на 10%. Аналогично функционирующая система была испытана в Fiat Regata и в Volkswagen Polo версии Formel E 1-х годов. Устройство в последнем автомобиле позволяло водителю останавливать двигатель или просто автоматически в зависимости от скорости, температуры двигателя и положения рычага переключения передач. Повторный запуск двигателя производился с включением стартера при нажатии водителем педали акселератора при выжатой педали сцепления при включенной 2-й или 5-й передаче. Когда скорость автомобиля падала ниже XNUMX км/ч, система глушила двигатель, закрывая канал холостого хода. Если двигатель был непрогретым, датчик температуры блокировал останов двигателя, чтобы уменьшить износ стартера, ведь запуск прогретого двигателя занимает гораздо меньше времени, чем холодного. Кроме того, система управления для снижения нагрузки на аккумулятор отключала обогрев заднего стекла при стоянке автомобиля.
Дорожные испытания показали снижение расхода топлива до 10% в неблагоприятных условиях движения. Выбросы угарного газа также уменьшились на 10%. Чуть более чем на 2 процента. с другой стороны, увеличилось содержание оксидов азота и почти 5 углеводородов в выхлопных газах. Интересно, что отрицательного влияния работы системы на долговечность стартера не было.
Современные системы Старт-Стоп
Современные системы «старт-стоп» автоматически глушат двигатель при стоянке (при определенных условиях) и перезапускают его, как только водитель выжимает педаль сцепления или отпускает педаль тормоза в автомобиле с автоматической коробкой передач. Это позволяет снизить расход топлива и выбросы углекислого газа, но только в условиях городского движения. Использование системы Start-Stop требует, чтобы некоторые компоненты автомобиля, такие как стартер или аккумулятор, работали дольше и защищали другие от последствий частого выключения двигателя.
Системы Start-Stop оснащены более или менее сложными системами управления энергопотреблением. В их основные задачи входит проверка состояния заряда аккумуляторов, настройка приемников по шине обмена данными, снижение энергопотребления и получение оптимального на данный момент зарядного напряжения. Все это для того, чтобы избежать слишком глубокой разрядки аккумулятора и обеспечить возможность запуска двигателя в любое время. Постоянно оценивая состояние аккумулятора, системный контроллер отслеживает его температуру, напряжение, ток и время работы. По этим параметрам определяется мгновенная пусковая мощность и текущее состояние заряда. Если система обнаруживает снижение уровня заряда батареи, она уменьшает количество включенных приемников в соответствии с запрограммированным порядком отключения.
Системы Start-Stop могут быть дополнительно оснащены системой рекуперации энергии при торможении.
В автомобилях с системами Start Stop используются аккумуляторы, изготовленные по технологии EFB или AGM. Аккумуляторы типа EFB, в отличие от классических, имеют положительные пластины, покрытые полиэфирным покрытием, что повышает устойчивость активной массы пластин к частым разрядам и зарядкам током большой силы. Аккумуляторы AGM, с другой стороны, имеют стекловолокно между пластинами, которое полностью поглощает электролит. Потерь от него практически нет. На клеммах этого типа батареи можно получить несколько более высокое напряжение. Они также более устойчивы к так называемому глубокий разряд.
Вредит ли это двигателю?
Несколько десятков лет назад считалось, что каждый запуск двигателя увеличивает его пробег еще на несколько сотен километров. Если бы это было так, то система Старт-Стоп, работающая в автомобиле, который ездит только в городском потоке, должна была бы очень быстро добивать мотор. Продолжать выключать и включать, вероятно, не то, что больше всего нравится двигателям. Однако необходимо учитывать технический прогресс, например, в области смазочных материалов. Кроме того, система «Старт-стоп» требует эффективной защиты различных систем, в первую очередь двигателя, от последствий частого выключения. Это относится, в том числе, к обеспечить дополнительную принудительную смазку турбокомпрессора
Стартер в системе Старт-Стоп
В большинстве используемых систем Start-Stop запуск двигателя осуществляется с помощью традиционного стартера. Однако за счет значительно увеличенного количества срабатываний имеет повышенную долговечность. Стартер более мощный и оснащен более износостойкими щетками. Механизм сцепления имеет переработанную одностороннюю муфту, а шестерня имеет исправленную форму зуба. Это приводит к более тихой работе стартера, что немаловажно для комфорта вождения при частых запусках двигателя.
Реверсивный генератор
Такое устройство под названием StARS (Starter Alternator Reversible System) было разработано Valeo для систем Start-Stop. В основе системы лежит реверсивная электрическая машина, которая сочетает в себе функции стартера и генератора переменного тока. Вместо классического генератора можно легко установить реверсивный генератор.
Устройство обеспечивает очень плавный пуск. По сравнению с обычным стартером здесь нет никакого процесса соединения. При пуске статорная обмотка реверсивного генератора переменного тока, который в это время становится электродвигателем, должна быть запитана переменным напряжением, а обмотка ротора – постоянным. Получение переменного напряжения от бортовой батареи требует использования так называемого инвертор. Кроме того, обмотки статора не должны питаться переменным напряжением через стабилизатор напряжения и диодные мосты. Регулятор напряжения и диодные мосты на это время должны быть отключены от обмоток статора. В момент пуска реверсивный генератор становится электродвигателем мощностью 2 – 2,5 кВт, развивающим крутящий момент 40 Нм. Это позволяет запустить двигатель в течение 350-400 мс.
Как только двигатель запускается, напряжение переменного тока от инвертора перестает поступать, реверсивный генератор снова становится генератором переменного тока с диодами, подключенными к обмоткам статора, и регулятором напряжения для подачи постоянного напряжения в электрическую систему автомобиля.
В некоторых решениях в дополнение к реверсивному генератору двигатель также оснащается традиционным стартером, который используется для первого запуска после длительного простоя.
Аккумулятор энергии
В некоторых решениях системы «Старт-Стоп» помимо типового аккумулятора присутствует еще и т.н. аккумулятор энергии. Его задача — накапливать электроэнергию для облегчения первого запуска двигателя и повторного в режиме «Старт-Стоп». Он состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов емкостью несколько сотен фарад. В момент разряда он способен поддерживать пусковую систему с током в несколько сотен ампер.
Условия эксплуатации
Работа системы Start-Stop возможна только при ряде различных условий. Прежде всего, в аккумуляторе должно быть достаточно энергии для перезапуска двигателя. Кроме того, в т.ч. скорость автомобиля с первого запуска должна превышать определенное значение (например, 10 км/ч). Время между двумя последовательными остановками автомобиля больше установленного программой минимума. Температура топлива, генератора и аккумуляторной батареи находится в пределах указанного уровня. Количество остановок не превысило лимита в последнюю минуту вождения. Двигатель имеет оптимальную рабочую температуру.
Это лишь некоторые из требований, которые должны быть соблюдены для работы системы.
