Непрерывное ужесточение экологических требований к автомобилям с двигателями внутреннего сгорания вынуждает автопроизводителей внедрять на своей продукции различные устройства. Одним из таких узлов является система старт-стоп, управляющая работой силового агрегата при простоях в пробках и на светофорах. Благодаря ей повторный пуск мотора выполняется без участия водителя.
[ Скрыть ]
Цель изобретения Start-Stop системы
Проведенные исследования режимов движения транспортных средств показали, что до трети времени работы мотор находится на оборотах холостого хода. Это связано с движением в плотном городском трафике с частыми простоями на светофорах. Для сокращения вредных выбросов было предложено ввести автоматическое глушение и запуск силового агрегата.
Компания Toyota начала применять принудительную остановку двигателя на ряде моделей еще в середине 70-х гг.. Но массовое появление старт-стопа относится к периоду времени после 2005 года.
Система позволяет:
- уменьшить расход топлива;
- сократить число выбросов в атмосферу;
- снизить шумность работы автомобиля во время остановок.
Принцип работы системы старт-стоп
Система старт-стоп работает по принципу принудительного окончания работы мотора после остановки автомобиля и повторного автоматического пуска. Прекращение движения транспортного средства фиксируется датчиком скорости, передающим сигнал на блок управления. Одновременно поступает информация о частоте вращения коленчатого вала двигателя. На машинах с ручной коробкой требуется поставить рычаг в нейтральное положение, и отпустить педаль сцепления. Автомобили с автоматической трансмиссией активируют систему по сигналу от удерживаемой педали тормоза.
На основании этих параметров происходит остановка мотора. Работа климатической установки или аудиосистемы продолжается от аккумулятора. При этом на комбинации приборов включается индикатор, информирующий водителя о работе системы.
Для выполнения цикла запуска требуется:
- на автомобилях с механической трансмиссией — нажать на педаль сцепления;
- на авто с автоматической коробкой — отпустить педаль тормоза.
На аккумуляторах автомобилей с системой старт-стоп установлен специальный сенсор, определяющий уровень заряда и возможность повторного запуска мотора. При падении напряжения на клеммах батареи происходит автоматическое выключение системы.
Обзор принципов работы функции Start/Stop на VW Passat седьмого поколения продемонстрирован в видео от канала «Dmitry Force».
Конструкция системы
В системе используется большое количество датчиков и блоков управления. Перечисление и схема касаются автомобилей концерна Volkswagen, поскольку они являются наиболее распространенными машинами с системой старт-стоп. Продукция других производителей транспортных средств имеет незначительные конструктивные отличия.
Принципиальная схема компонентов системы старт-стоп
В состав системы входят следующие компоненты:
| Обозначение на схеме | Название |
| А | Аккумуляторная батарея |
| С | Генератор на двигателе |
| С1 | Регулятор уровня напряжения в бортовой сети |
| B | Стартер |
| F | Концевой переключатель сигналов торможения |
| F36 | Концевой переключатель на педали сцепления |
| F416 | Кнопка управления системой старт-стоп |
| G62 | Сенсор температуры жидкости в системе охлаждения |
| G79 | Сенсор положения педали управления дроссельной заслонкой |
| G701 | Бесконтактный сенсор нейтрального положения рычага коробки передач (на механике), установлен на верхней части картера |
| J104 | Контроллер антиблокировочной системы тормозов |
| J255 | Контроллер системы микроклимата или кондиционера |
| J285 | Комбинация приборов |
| J367 | Контроль уровня зарядки аккумуляторной батареи |
| J393 | Контроллер системы комфорта |
| J500 | Электрический усилитель рулевого управления вместе с контроллером |
| J519 | Блок контроля параметров бортовой сети |
| J532 | Система стабилизации напряжения (необходима для корректной работы электроники) |
| J533 | Диагностический канал |
| J623 | Блок управления работой силового агрегата |
| J791 | Парковочный ассистент |
Кроме того, в системе используются:
- 1 — усилитель рулевого управления;
- 2 — датчик скорости;
- 3 — различные датчики на двигателе;
- 4 — сенсор застегнутого ремня безопасности водителя;
- 5 — климатическая установка;
- 6 — клемма 50R;
- 7 — клемма 30;
- 8 — бортовая мультимедийная система.
Для обеспечения повышенного числа запусков двигателя применяются аккумуляторы с наполнителем из стекловолокна (EFB). Электролит в таких устройствах находится внутри пор стекловолоконной ткани, проложенной между пластинами батареи. Аккумуляторы не требуют обслуживания и обеспечивают повышенную силу тока при запуске.
Схема конструкции батареи EFB Другим отличием машин с системой старт-стоп является генератор и регулятор напряжения, подключенные через цифровую шину данных. Подобное подсоединение позволяет контролировать параметры работы узлов и использовать эти данные при работе системы. Стартер обладает повышенной прочностью и износостойкостью. Обмотки приспособлены к многократным повторным пускам через малые промежутки времени.
В состав электроники входит специальный стабилизатор напряжения с выходной мощностью 180-300 Вт. Внутри установлен накопитель электрической энергии, которая передается в бортовую сеть через электронный выпрямитель. Устройство сглаживает пульсации напряжения в моменты срабатывания стартера. Благодаря этому, при работе старт-стопа не происходит отключения мультимедийной системы, комбинации приборов и ламп внешнего освещения.
На ряде автомобилей (например, Honda или Mercedes-Benz) встречается система старт-стоп, построенная на базе реверсивного генератора. Устройство оборудовано усиленным приводным ремнем и натяжителем особой конструкции. Переключаемое натяжное приспособление позволяет электрической машине работать в режиме генератора или стартера. Плюсом конструкции является бесшумность работы и быстрота срабатывания (в 2 раза быстрее, чем при обычном стартере).
Система с реверсивным генератором Японская компания Mazda предлагает оригинальную систему, построенную на принципе впрыска и воспламенения топливной смеси в цилиндрах. Остановка мотора выполняется по сигналу от датчиков, при этом поршни останавливаются в определенном положении. После подачи сигнала на пуск, происходит опрос положения поршней. По полученным данным блок управления осуществляет впрыск топлива в цилиндры и воспламенение в заданной последовательности. Дополнительный импульс коленчатому валу дает стартер, подключаемый на короткое время.
Система старт-стоп от Mazda Условия для активации системы
После включения зажигания производится опрос бортовой сети с целью обеспечения условий активации системы:
- автомобиль неподвижен;
- двигатель работает на холостом ходу;
- система охлаждения прогрета до определенной температуры (15-25ºС, зависит от производителя автомобиля);
- тормозная система исправна (на ряде авто производится замер давления в вакуумном усилителе тормозов);
- батарея автомобиля достаточно заряжена и прогрета;
- корректно настроена система микроклимата (разница между внешней и внутренней температурой не больше определенного значения, обычно порогом является 5-6ºС);
- на дизельном моторе проверяется (во время процедуры старт-стоп отключается);
- водитель пристегнут ремнем безопасности;
- закрыты внешние панели кузова (двери, капот);
- педаль сцепления выжата и рычаг коробки находится в нейтрали (для механической трансмиссии);
- педаль тормоза полностью отпущена (для автоматических коробок передач).
Несоблюдение хотя бы одного из перечисленных условий приводит к выключению системы старт-стоп. Повторная инициализация возможна только после перевключения системы зажигания.
Преимущества и недостатки системы старт-стоп
По отзывам владельцев можно выделить следующие плюсы от использования системы:
- сокращение расхода топлива и, как следствие, выбросов вредных веществ в атмосферу;
- использование улучшенной батареи и мощного стартера упрощает запуск двигателя при низкой температуре воздуха.
Недостатков отмечается гораздо больше:
- Система обеспечивает хорошие параметры экономии только при движении от светофора к светофору. При движении в затяжных пробках, когда автомобиль проезжает по несколько метров и останавливается, старт-стоп менее эффективен. Дополнительно, от частых срабатываний стартера падает уровень заряда батареи, который не успевает восполняться. В итоге система автоматически отключается. Проведенные тесты показали, что эффективность старт-стопа в указанных ситуациях отличается в 2 раза.
- Повышенная нагрузка на аккумулятор, что приводит к его быстрому износу. Стоимость же EFB-батареи на 50-60% выше, чем у обычных.
- Установка усиленного стартера, способного выполнять частые пуски. Устройство имеет высокую стоимость.
Названия системы у разных производителей
Практически все автомобильные концерны используют в названии системы словосочетание «старт-стоп»:
- версия от BMW имеет обозначение Auto Start Stop, а от Mercedes-Benz — ECO start/stop;
- компания Mazda обозначает устройство как i-STOP или i-ELOOP;
- южнокорейская KIA использует термин Intelligent Stop and GO system;
- для автомобилей Porsche применяется обозначение Auto Start-Stop-Funktion.
Отключение старт-стоп системы
Несмотря на преимущества, которые дает система, иногда требуется ее отключить:
- Изготовители автомобилей предусмотрели специальную кнопку, нажатием которой водитель отключает систему старт-стоп. Однако эта функция работает только в пределах одного цикла включения зажигания. При повторном запуске мотора требуется снова нажимать кнопку.
- Возможен обход запуска системы при помощи отключения сигнального провода от датчика уровня заряда батареи. При этом на комбинации приборов будут появляться иконки, указывающие на попытки срабатывания старт-стопа. В памяти блока управления будет присутствовать ошибка, однако она не скажется на характеристиках автомобиля. Отрицательным моментом станет отсутствие связи электроники с аккумулятором, что не позволит автомобилю автоматически контролировать уровень заряда. На ряде автомобилей Volkswagen возможно отключение иконок на комбинации приборов через диагностический интерфейс. Однако эта возможность зависит от версии установленной на машине комбинации приборов.
- Отключить старт-стоп возможно путем снятия штекера от кнопки управления функцией. Блок управления фиксирует обрыв в цепи и отключает систему.
- Впайка конденсатора в цепь управления кнопкой. Дополнительная емкость эмулирует ситуацию запуска мотора нажатием кнопки. Блок управления, получая такой сигнал, деактивирует систему. Способ решения подходит не для всех автомобилей.
- На некоторых автомобилях Volkswagen возможно полное отключение системы диагностической программой «ВАСЯ-диагност». Операция проводится в специализированных центрах или самостоятельно, если владелец имеет оборудование и может им пользоваться.
Фотогалерея
Видео
Способы отключения функции Start/Stop на автомобилях BMW продемонстрированы в ролике, снятом для канала «BimmerDoc».
Система Стоп-старт (в другой интерпретации - система Старт-стоп) предназначена для экономии топлива, снижения вредных выбросов и шума за счет сокращения времени работы двигателя на холостом ходу. Как показывает практика эксплуатации автомобиля, режим холостого хода составляет до 30% общего времени работы двигателя. Этому способствуют частые остановки на светофорах, нахождение в пробках, являющиеся атрибутами большого города.
До недавнего времени система Стоп-старт применялась в основном на гибридных автомобилях. Сегодня ситуация коренным образом меняется. Практически все ведущие автопроизводители имеют в своем модельном ряду автомобили, оборудованные данной системой.
Принцип работы системы Стоп-старт заключается в выключении двигателя при остановке автомобиля и его быстром запуске при нажатии на педаль сцепления (механическая коробка передач) или отпускании педали тормоза (автоматическая коробка передач).
Конструктивно система Стоп-старт объединяет устройство, обеспечивающее многократный запуск двигателя, и электронную систему управления.
Существует несколько подходов к реализации функции многократного запуска двигателя:
- усиленный стартер;
- реверсивный генератор (стартер-генератор);
- впрыск топлива в цилиндры и воспламенение смеси.
Самым простым и надежным с точки зрения конструкции является система Stop&Start фирмы Bosch. Благодаря данной системе название «стоп-старт» стало нарицательным названием остальных систем. Система устанавливается на автомобили Audi, BMW, Volkswagen и обеспечивает снижение потребления топлива, вредных выбросов до 8%.
Основу системы составляет специальный стартер, рассчитанный на большое количество пусков двигателя и имеющий увеличенный срок службы. Стартер оборудован усиленным малошумным механизмом привода, гарантирующим быстрый, надежный и бесшумный запуск двигателя.
Система управления осуществляет остановку и запуск двигателя, а также контроль заряда аккумуляторной батареи. Как и все современные электронные системы она включает входные датчики, блок управления и исполнительные устройства.
Своего электронного блока система не имеет, а использует мощности блока управления двигателем, в котором установлено соответствующее программное обеспечение. Исполнительными устройствами системы являются форсунки системы впрыска, катушки зажигания , стартер.
Работа системы Stop&Start носит циклический характер (выключение-запуск). Выключение двигателя происходит при следующих условиях:
- полная остановка автомобиля;
- перевод рычага коробки передач в нейтральное положение и отпускание педали сцепления - для автомобиля с механической коробкой передач;
- нажатая педаль тормоза - для автомобиля с автоматической коробкой передач.
Кроме этого, при принятии решения о выключении двигателя система оценивает частоту оборотов двигателя, температуру охлаждающей жидкости, уровень зарядки аккумуляторной батареи, режим работы климатической установки.
При неработающем двигателе питание потребителей электрической энергии (кондиционера, аудиосистемы и др.) производится от аккумуляторной батареи .
При нажатии педали сцепления (отпускании педали тормоза на автомобиле с автоматической коробкой передач) система активирует стартер и производит запуск двигателя. В дальнейшем цикл работы системы повторяется.
Если величина заряда аккумуляторной батареи опускается ниже заданной величины, система на основании сигнала соответствующего датчика и команде блока управления выключается. Включение системы производится после зарядки аккумуляторной батареи. Система может быть принудительно отключена с помощью специальной кнопки на панели приборов.
Система Старт-стоп следующего поколения выключает двигатель уже в процессе остановки автомобиля (до его полной остановки), чем достигается еще большая экономия топлива. Процесс остановки автомобиля распознается блоком управления по определенным параметрам движения: скорости движения до торможения, скорости движения в текущий момент времени, отсутствию уклона дороги, отсутствию маневрирования. Если параметры движения не соответствуют заданным значениям, система срабатывает после полной остановки автомобиля.
Аналогичную конструкцию имеет система ISG (Idle Stop&Go ) от Kia Motors. Основное отличием данной системы заключается в управлении автомобильным генератором. Так, при высокой нагрузке на двигатель для снижения потребления топлива генератор отключается, при торможении генератор включается и производится подзарядка аккумуляторной батареи. При падении мощности аккумуляторной батареи ниже 75% от номинальной система выключается. Система выключается также при использовании кондиционера.
Система STARS (Starter Alternator Reversible System ), выпускаемая фирмой Valeo, в своей работе использует реверсивный генератор. Система устанавливается на автомобилях Citroen, Mercedes и позволяет снизить расход топлива до 10%.
Реверсивный генератор представляет собой электрическую машину переменного тока, которая в зависимости от условий может выполнять функции генератора и стартера. Работу реверсивного генератора обеспечивает специальный приводной ремень и обратимый натяжитель, позволяющий передавать усилие в двух направлениях. Реверсивный генератор бесшумно работает и имеет меньшее время запуска (0,4с в сравнении с 0,8с для обычного стартера).
Управление системой STARS производится с помощью отдельного электронного блока управления, который взаимодействует с блоком управления двигателем. Состав входных датчиков аналогичен другим системам Стоп-старт.
Дальнейшим развитием данной системы является использование рекуперативного торможения для создания дополнительной энергии и снижения расхода топлива.
Компания Mazda разработала систему SISS (Smart Idle Stop System ), которая является альтернативой других систем Стоп-старт. Другое название системы i-Stop . В ней для многократного запуска двигателя используется впрыск топлива в цилиндры и воспламенение топливно-воздушной смеси. Система устанавливается на бензиновые двигатели, оборудованные непосредственным впрыском топлива .
Для обеспечения работы системы SISS поршни в цилиндрах останавливаются в определенных положениях, оптимальных для дальнейшего запуска двигателя. С началом движения (при отпускании педали тормоза) в цилиндры впрыскивается топливо и воспламеняется топливно-воздушная смесь, таким образом, производится запуск двигателя. При запуске двигателя в дополнение энергии сгорания топлива используется энергия стартера, который включается на непродолжительное время.
Снижение расхода топлива при применении данной системы достигает 9%. Система SISS работает только с автоматической трансмиссией.
Система старт-стоп экономит топливо, снижает шум и вредные выбросы в атмосферу благодаря сокращению времени работы двигателя на холостом ходу. Практика эксплуатации автомобиля показывает, что в режиме холостого хода двигатель работает до 30 % времени. Этому способствует движение с частыми остановками на светофорах и в пробках - атрибутах крупного города.
Ещё совсем недавно технология старт-стоп воспринималась исключительно как элемент гибридных автомобилей. Сегодня ситуация существенно изменилась, так как большинство ведущих автопроизводителей пополнило свой модельный ряд автомобилями, оснащёнными подобной системой. Функция старт-стоп, как считают эксперты, к 2015 году появится на половине производимых легковых автомобилей.
Принцип работы системы старт-стоп очень прост: при остановке автомобиля двигатель выключается, а при нажатии на педаль сцепления (если установлена механическая коробка передач) или отпускании педали тормоза (если установлена автоматическая коробка передач) двигатель быстро запускается.
Конструкция системы старт-стоп должна включать в себя следующие элементы:
- устройство многократного запуска двигателя;
- систему управления.
Функцию многократного запуска двигателя можно реализовать с помощью:
- усиленного стартёра;
- реверсивного генератора (стартёра-генератора);
- впрыска топлива в цилиндры и воспламенения смеси;
- гидростартёра.
Система старт-стоп с усиленным генератором
Самым простым и надёжным решением с технической точки зрения является система «Start&Stop» фирмы «Bosch». Благодаря данной системе имя «старт-стоп» стало нарицательным для всех систем подобного рода. Система «Start&Stop» устанавливается на автомобили «VW» «BMW», «Audi» и др., обеспечивая снижение расход топлива легковым автомобилем и его выброс CO 2 на 4% в «Новом европейском цикле движения» (New European Driving Cycle - NEDC) и до 8 % в городском цикле .
В основе системы «Start&Stop» лежит усиленный стартёр, который имеет увеличенный срок службы (рассчитан на большое количество пусков двигателя). Стартёр также оборудован специальным малошумным механизмом привода, который гарантирует быстрый, надежный и многократный запуск двигателя.
Система «Start&Stop» выполняет функции остановки и запуска двигателя, контроля уровня заряда аккумуляторной батареи. Система не имеет собственного электронного блока управления, а использует возможности блока управления двигателя, где установлено соответствующее программное обеспечение.
Благодаря тому, что составляющие системы «Start&Stop» по габаритам не больше, чем обычные компоненты, система фирмы «Bosch» может быть без труда интегрирована практически в любое транспортное средство. Однако некоторые узлы и системы потребовали дополнительной адаптации для работы в режиме старт-стоп. Они перечислены в таблице ниже (рассмотрен вариант системы с усиленным генератором на примере системы старт-стоп входящий в пакет «BlueMotion» автомобилей концерна «Volkswagen»).
| Узел/система | Выполненные меры адаптации |
|---|---|
| Блоки управления (в общем) | Расширение программных кодов блоков управления на один информационный бит для системы старт-стоп (касается блоков управления, влияющих на систему старт-стоп или зависящих от неё) |
| Генератор | Подключён через локальную сеть LIN к диагностическому интерфейсу шин данных |
| АКБ | АКБ со стекловолоконным наполнителем для увеличения числа циклов |
| Стартёр | Повышена износостойкость |
| Бортовая сеть | Специальный датчик на минусовом полюсе для контроля за состоянием АКБ со стекловолоконным наполнителем. Новая электропроводка к АКБ. Блок управления для контроля за состоянием АКБ через шину LIN подключён к диагностическому интерфейсу шин данных. |
| МКП | Датчик распознавания передачи (датчик с аналоговым выходом либо датчик с выходным сигналом с широтно-импульсной модуляцией) |
Устройство системы стар-стоп с усиленным генератором «VW BlueMotion»
Ниже представлена схема устройства системы старт-стоп с усиленным генератором «VW BlueMotion». Устройство систем других производителей отличается несущественно.
 |
|||
| Изображение можно увеличить. Условные обозначения элементов системы на примере механической КП: | |||
| A | АКБ | J623 | Блок управления двигателя |
| C | Генератор | J791 | Блок управления парковочного ассистента |
| С1 | Регулятор напряжения | 1 | Электромеханический усилитель рулевого управления |
| B | Стартер | 2 | Сигнал скорости, датчик пути |
| F | Выключатель стоп-сигналов | 3 | Системы управления двигателя (например, система зажигания, питания, смесеобразования, система рециркуляции ОГ, наддува вторичного воздуха, очистки ОГ и т. д.) |
| F36 | Выключатель педали сцепления | 4 | Распознавание ремня безопасности |
| F416 | Клавиша включения системы cтарт-стоп | 5 | Отопление, вентиляция, климатическая установка |
| G62 | Датчик температуры охлаждающей жидкости | 6 | Клемма 50R |
| G79 | Датчик положения педали акселератора | 7 | Клемма 30 |
| G701 | Датчик нейтрального положения КП (только для МКП) | 8 | Магнитола, радионавигационная система |
| J104 | Блок управления ABS | ||
| J255 | Блок управления Climatronic | ||
| J285 | Блок управления комбинации приборов | ||
| J367 | Блок управления для контроля аккумуляторной батареи с датчиком АКБ | ||
| J393 | Центральный блок управления систем комфорта | ||
| J500 | Блок управления усилителя рулевого управления | ||
| J519 | Блок управления бортовой сети | ||
| J532 | Стабилизатор напряжения | ||
| J533 | Диагностический интерфейс шин данных | ||
Как работает система стар-стоп «Bosch»
Работа системы «Start&Stop» происходит следующим образом. При остановке машины перед светофором или в пробке система, на основании сигнала датчика частоты вращения коленчатого вала, выключает двигатель. Питание потребителей электрического тока (кондиционера, аудиосистемы и др.) производится от аккумуляторной батареи. При нажатии педали сцепления (отпускании педали тормоза на автомобиле с автоматической коробкой передач) система активирует стартер и запускает двигатель. Такой цикл остановки и запуска двигателя повторяется необходимое число раз.
Беспокойство многих водителей связано с тем, что используя систему стар-стоп они останутся с разряженной батареей (например, в сильный мороз). Однако эти опасения безосновательны, так как, если величина заряда аккумуляторной батареи опускается ниже заданной величины, то система на основании сигнала соответствующего датчика выключается. Включение функции старт-стоп происходит только после того, как аккумуляторная батарея будет заряжена. Также функцию «Start&Stop» можно принудительно отключить специальной кнопкой на приборной панели.
Система старт-стоп с реверсивным генератором
Система «STARS» («Starter Alternator Reversible System»), выпускаемая фирмой «Valeo», в своей работе использует реверсивный генератор. Система устанавливается на автомобилях «Citroen», «Mercedes» и позволяет снизить расход топлива до 10 %.
Реверсивный генератор Электрическая машина переменного тока, которая в зависимости от условий может выполнять функции, как генератора, так и стартёра.
Работу реверсивного генератора обеспечивает специальный приводной ремень и обратимый натяжитель, позволяющий передавать усилие в двух направлениях. Реверсивный генератор бесшумно работает и имеет меньшее время запуска (0,4 секунды в сравнении с 0,8 секунды для обычного стартёра).
Система старт-стоп с впрыском топлива
Компания «Mazda» разработала систему «SISS» («Smart Idle Stop System»), которая является альтернативой других систем старт-стоп. В данной системе для многократного запуска двигателя используется впрыск топлива в цилиндры и воспламенение топливно-воздушной смеси. Система устанавливается на бензиновые двигатели, оборудованные непосредственным впрыском топлива.
Для работы данной системы поршни должны остановиться в строго определённом положении, чтобы в каждом цилиндре был необходимый объём воздуха для оптимального запуска двигателя в дальнейшем. «Smart Idle Stop System» контролирует положение поршней во время выключения мотора. «SISS» выполняет нумерацию цилиндров, и с началом движения (при отпускании педали тормоза) в цилиндры впрыскивается топливо и воспламеняется топливно-воздушная смесь, т. е. происходит запуск двигателя. При запуске двигателя в дополнение энергии сгорания топлива используется энергия стартера, который включается на непродолжительное время.
Для автомобилей с АКПП процесс запуска занимает 0,35 секунды, что почти вдвое быстрее обычных систем. Кроме того, «Mazda SISS» гарантирует быстрый старт мотора в каждом отдельном случае. Водитель не должен почувствовать задержки, когда захочет двинуться с места.
При применении данной системы достигает 9 %. Система старт-стоп «SISS» работает только с автоматической трансмиссией.
Гидравлическая альтернатива
Для сегмента тяжелого коммерческого транспорта, на долю которого приходится порядка 30 % вредных выбросов, предназначена разработка компании «Poclain Hydraulics» - гидравлическая система «CleanStart». Главным компонентом «CleanStart» является лёгкий и компактный гидромотор-стартёр, который можно установить непосредственно на коленчатом валу и тем самым свести к минимуму механические потери. Свойства, присущие гидростатическому приводу (момент в данном случае достигает 800 Н∙м), позволяют запускать тяжёлые двигатели объёмом до 16 литров практически мгновенно (время пуска составляет 0,4 секунды) без шума и вибрации. Поэтому данная разработка особенно заинтересовала производители автобусов, силовой агрегат которых можно выключать не только в ожидании разрешающего сигнала светофора, но и во время посадки и высадки пассажиров на остановке. Здесь система старт-стоп даёт ещё больше преимуществ, чем в сегменте легкового транспорта.
Контур системы «CleanStart» помимо гидромотора мощностью 15 кВт включает ещё несколько элементов: насос (может использоваться существующий гидронасос, питающий различные виды вспомогательного оборудования), управляющий клапан, гидравлический аккумулятор и бак. Пока работает насос, электромагнитный клапан направляет часть потока рабочей жидкости в гидроаккумулятор, где масло через разделительную мембрану сжимает газообразный азот. Запасённая таким образом энергия без потерь на различные преобразования сохраняется для последующего старта. Разрядом управляет пропорциональный клапан, причем мощности хватает не на один, а на несколько пусков, общий же ресурс системы составляет порядка 4 млн. циклов. Важно и то, что гидроаккумулятор позволяет производить быстрые циклы заряда и разряда, не требует обслуживания и по сравнению с химическими источниками энергии имеет более высокую удельную мощность. Но если говорить о системе «CleanStart» в целом, то она всё же уступает своим конкурентам по массогабаритным характеристикам - снаряжённая масса транспортного средства при оснащении гидростартёром увеличивается примерно на 40 кг, однако для автобуса или грузовика это не слишком большое увеличение массы.
По данным разработчика, у автобуса, оснащённого системой «CleanStart», в условиях городского цикла (12 остановок продолжительностью 15 секунд на дистанции 7 км) расход топлива сокращается более чем на 10 %. Учитывая, что оборудование может монтироваться не только на новые, но и на находящиеся в эксплуатации транспортные средства, эту систему можно считать серьёзным резервом для улучшения экологии.
Система старт-стоп для мотоцикла
Компания «Honda» разработала систему старт-стоп для мотоциклов и скутеров, получившую название «Idling Stop System». Система работает в автоматическом режиме и обеспечивает кратковременное выключение двигателя после достижения нулевой скорости, что позволяет экономить до 7 % топлива. При повороте ручки газа она вновь включает мотор для дальнейшей поездки.
Внедрение системы «Idling Stop System» потребовало внести существенные изменения в конструкцию стартёра, который был интегрирован в маховик.
Также мотоциклетную систему старт-стоп необходимо активировать только после посадки на сиденье водителя. Так как соответствующая информация от производителя отсутствует, то предположим, что в сиденье вмонтирован датчик веса, который отключает систему всякий раз, как водитель покидает своё место.
Интеллектуальная система старт-стоп с рекуперацией
Следующий шаг в развитии систем старт-стоп - это использование рекуперации энергии при торможении.
Конструкцию аналогичную системе «Bosch» имеет система «ISG» («Idle Stop&Go») от «Kia Motors», однако есть и важное отличие в управлении автомобильным генератором: при высокой нагрузке на двигатель для снижения потребления топлива генератор отключается, при торможении генератор включается и производится подзарядка аккумуляторной батареи - происходит рекуперация энергии. Если заряд аккумуляторной батареи опускается ниже 75 % от номинального, то система «ISG» автоматически отключается. При использовании кондиционера также происходит выключение системы. Такую систему можно назвать интеллектуальной.
Вероятно, в ближайшее время конкуренты «ISG» также станут системами с рекуперацией.
Эксплуатация системы старт-стоп
Если двигатель автомобиля ещё не прогрет, или на улице очень низкая температура, тогда система старт-стоп работать не будет. Также она выключится при очень большом расходе энергии (например, при использовании кондиционера), недостаточном уровне зарядки и после многократных выжиманиях педали тормоза. В России продолжительная зима, во время которой система полностью не оправдает себя, однако летом, осенью и весной она позволит сэкономить немного топлива.
Как повлияет система старт-стоп на износ аккумулятора или стартёра? Никак, потому что автомобили оснащаются усиленными агрегатами. Например, места опоры стартёра, которые подвергаются очень большим нагрузкам, имеют большой запас прочности, поэтому не должны ломаться во время всего периода эксплуатации.
Компания Bosch поставляет автопроизводителям свои системы «cтарт-cтоп» с 2007 года. За это время накоплен опыт, позволяющий компании занимать лидирующие позиции в разработке, производстве и диагностике неисправностей таких систем и компонентов, их обслуживании и ремонте. На примере продукции компании попробуем отыскать «подводные камни» новой системы.
Количество легковых автомобилей, оснащенных системой, на 5–8 % снижающей расход топлива и выбросы СО2, постоянно растет. По прогнозам, в 2013 году каждый второй новый автомобиль от компактного городского до представительского или высокотехнологичного спорткара будет оснащен системой «старт-стоп».
Как и все другие узлы и агрегаты автомобиля, эта система потребует качественного ремонта и обслуживания. Для оценки ее технического состояния и выявления неисправностей требуется, как минимум, соответствующий диагностический тестер, например KTS от Bosch. Он же используется для регистрации новой аккумуляторной батареи в системе контроля и управления аккумулятором. Регистрация необходима для обеспечения оптимальной работы технологии «старт-стоп». Одних этих условий достаточно, чтобы понять, что даже простая замена батареи должна производиться в условиях СТО. «Наломать дров» может и автомеханик. Во избежание ошибок ему важно располагать необходимой информацией. Программное обеспечение Bosch ESI содержит данные обо всех автомобилях с системой «старт-стоп» и предоставляет инструкции по ремонту и обслуживанию, системную информацию и каталог запчастей. Желательно, чтобы под рукой у работника имелось специальное оборудование вроде тестера BAT 131 для проверки состояния батарей и диагностической системы Bosch FSA, определяющей состояние датчиков.
Аккумуляторы «старт-стоп» внешне от традиционных практически не оттличаются. Фото: Bosch
Источники тока повышенной мощности и надежности можно назвать сердцевиной системы. Пуск двигателя - напряженнейший режим работы аккумулятора, требующий быстрой отдачи огромного количества электрической энергии. И если в автомобиле традиционной конструкции батарея переживает такой шок всего несколько раз в сутки, то при наличии системы «старт-стоп» подобные перегрузки могут иметь место ежечасно, если не ежеминутно. Специалисты советуют для экономии топлива глушить двигатель каждый раз, когда ожидается остановка продолжительностью более 30 секунд. Прикиньте сами, сколько раз придется запустить мотор при «движении» в пробке. А батарея должна не только обеспечивать частые надежные запуски двигателя, но и поддерживать во время остановки работоспособность всех потребителей электроэнергии - от ламп освещения до кондиционера и «музыки». Аккумуляторная батарея должна обеспечивать высокую производительность, быть устойчивой к высоким циклическим нагрузкам и обладать способностью быстро принимать заряд. Она должна предоставлять энергию при частых запусках двигателя, а также снабжать энергией необходимые электроприборы во время фазы остановки. Обычная батарея в таких условиях долго не протянет. Bosch, к примеру, выпускает две линейки специальных аккумуляторов - Bosch S5 EFB (с жидким электролитом) и S6 AGM (с абсорбирующим стекловолокном). К слову, важно помнить, что аккумулятор EFB можно заменить как другим таким же, так и батареей AGM. Если же изначально была установлена батарея AGM, то ее можно заменить только аккумулятором такого же типа. Правильно подобрать необходимую батарею можно с помощью программного обеспечения ESI от Bosch, где также есть инструкции по замене аккумулятора.
В новых условиях достается не только аккумуляторам. Стартеры, специально разработанные Bosch для систем «старт-стоп»», рассчитаны на значительно большее число запусков двигателя и оснащены усиленными подшипниками, улучшенной планетарной передачей и оптимизированным коммутатором. Ведь, значительно чаще включаясь в работу, они должны выдерживать не только механические, но и термические нагрузки. О полных (хоть и временных) отказах перегретого стартера помнят многие наши автомобилисты, «усовершенствовавшие» свои «жигули» путем удаления теплозащитного экрана под выпускной трубой.
Система «старт-стоп». Фото: Bosch
Особые требования предъявляются и к генераторам. Мало того, что они должны иметь повышенную мощность, чтобы компенсировать вызванный частыми пусками и работой потребителей на остановках возросший расход электроэнергии от аккумуляторов, но и начинать вырабатывать электричество уже на оборотах холостого хода. Аккумуляторы должны подзаряжаться быстро и в любых условиях.
Функцию «старт-стоп» «просто» добавили в уже привычный электронный блок управления двигателем, добавив необходимые датчики (такие как датчики состояния батареи или скорости вращения колес). Понадобились и дополнительные преобразователи DC/DC (постоянного тока в опять же постоянный). Они стабилизируют напряжение в системе, когда автомобиль трогается с места, и поддерживают бесперебойную работу радио, навигационной системы и гарнитуры hands-free. Для тех, кто окончательно уверился, что «старт-стоп» - это очень просто, ставим в нашем повествовании жирную точку. А сомневающимся из числа специалистов подскажем, что группой компаний Bosch организовано обучение безопасному обращению с системами «старт-стоп»» в 43‑х учебных центрах Bosch по всему миру. А для столкнувшихся с проблемами сотрудников СТО работает техническая горячая линия Bosch.
Как-то коллега по электронному НИИ взялся за халтурку. Ему попался идеальный клиент из министерства: с деньгами, но без мозгов. С простенькой забугорной автомагнитолой и просьбой «обучить» ее принимать отечественные радиопередачи в режиме стерео. Клиенту было обидно, что желтенький светодиодик Stereo упорно не хотел зажигаться. Хотите узнать, причем тут система start/stop ?
Изобретать стереодекодер мой коллега не стал. Он поступил проще: взял и припаял вредный светодиодик напрямую к переключателю Mono/Stereо. Заказчик сразу успокоился: нажмешь на кнопочку - огонек вспыхнет желтеньким, вот тебе и стерео. Нажмешь еще раз - вот тебе моно.
Точно такую же «заботу» о человеке с некоторых пор демонстрирует мировой автопром. Только вместо стереорежима, недоступного когда-то среднему обывателю, он подсовывает ему другую липу.
Пример первый - это нормы Евро-6 и более. Честно выполнить их, не приближая себестоимость легковушки к цене марсохода, пока не получается. Кто попался - сам дурак.
Пример второй - гибриды с заявленным расходом литр на сотню. В принципе, можно заявлять и ноль литров на сотню - и это сработает! Ведь совсем необязательно сообщать покупателю, что первую сотню километров его будет тащить аккумулятор, который потом разрядится.
Пример третий - автомобили с режимом «старт/стоп». Подъехал к светофору, остановился на красный - моторчик тут же отключается, экономя личный бензин и общественный воздух. Загорелся зеленый - отпускаешь тормоз (или давишь на газ - бывает и такое), моторчик быстренько просыпается и везет тебя дальше. Выигрыш очевиден!
Но - только на бумаге. И дело даже не в том, что лишние сотни и тысячи пусков обязательно скажутся на ресурсе агрегатов машины. И даже не в том, что специально для таких машин пришлось изобретать аккумуляторы, которые раза в полтора, а то и в два дороже обычных.
Так в чем же дело? А в том, что на поверку выяснилось: стартстопные тачки откровенно «спят» на перекрестках, да и с экономией бензина тоже вышла беда. И выяснилось это не сегодня и не вчера.
Чтобы никто не сказал, что русские все перепутали, а автор - тормоз прогресса (впрочем, так все равно скажут), обратимся к нашим западным коллегам. Журналисты немецкого AutoBild взяли на тест 15 автомобилей с системой start/stop и поставили простейший эксперимент: решено было замерить задержку старта со светофора. Иными словами, в расчет брали время разгона машины до 20 км/ч при включенной и выключенной системе. В первом случае мотор на светофоре был обесточен автоматикой, а во втором - молотил на минимальных холостых, как обычно.
Что намерили? К примеру, до зачетных километров в час Mazda CX-3 Skyactiv-D разгоняется с глупой автоматикой за 3,15 с, хотя без нее делала то же самое всего за 1,54 с! Бездарная система ухудшила разгон вдвое, скушав 1,61 с!
Немногим лучше дела шли у Volkswagen Polo 1.4 TDI (дополнительная задержка - 1,48 с) и Hyundai i30 blue 1.4 (1,12 с). Сколько гудков в спину обретут на каждом перекрестке их водители, прикиньте сами.
На этом фоне потеря всего лишь в 20% выглядит уже шикарно. Именно так себя показали Audi A4 3.0 TDI quattro и Porsche 911 Carrera. А Mercedes-Benz GLC 250 4Matic вообще в шоколаде: он задержался всего на 0,08 с.
А теперь о главном. Зачем ввели «старт-стоп»? Думаете, для экономии топлива? Блажен, кто верует. К примеру, у Volkswagen Passat 2.0 TDI разница составила аж… 0,1 л/100 км! Тех, кто не верит, приглашаю пройтись по ссылке . Сопоставьте эту «экономию» с условиями вяло ползущего города - насчитаете менее процента.
Между прочим, будущего владельца автомобиля никто не предупреждает о подобном ухудшении динамики машины. Дескать, плати деньги за инновацию и спасай природу! И не думай о том, сколько природных ресурсов дополнительно угроблено при производстве всех этих наворотов.
Ошибка в расчетах? Ничего подобного! Такой же тест проводился еще в 2012 году! Вот несколько тогдашних цифр: BMW 116d ухудшила свои показатели на 84%, Audi A6 TDI - на 63%, Volkswagen Passat TDI - на 59%, Porsche Cayenne - на 47%. Соблюсти приличия удалось только машине с трехлучевой звездой на радиаторной решетке.
А как иначе заставить человека постоянно раскошеливаться на новый товар , если его вполне устраивает старый? Только объявить старый товар вне закона: постоянно вбивать в голову, что, мол, этот неандерталец сжигает воздух, пожирает нефть, травит братьев по разуму. Причем декларируется это на самом высоком уровне - на словах все управленцы ратуют за экологию.
На этом фоне невыигрышными и несовременными смотрятся нудные рассуждения о вреде частых пусков, себестоимости надуманных наворотов, дороговизне AGM-аккумуляторов. Кстати, что касается батарей, нам недвусмысленно намекают, что других скоро не будет вовсе. А зачем их производить, если AGM-батареи заменяют «старушек» в любой ситуации?
В общем, давишь на кнопочку, зажигаешь нужную лампочку - и все довольны.
