Start-Stop järjestelmät. Se toimii?

Yksi useiden vuosien ajan tunnettu tapa vähentää polttoaineenkulutusta on sammuttaa moottori jopa lyhyen auton pysähtymisen ajaksi. Nykyaikaisissa autoissa Start-Stop-järjestelmät vastaavat tästä tehtävästä.

Saksassa 55-luvulla 0,35 kW:n moottorilla varustetun Audi LS:n ajokokeissa todettiin, että polttoaineenkulutus tyhjäkäynnillä on 1,87 cm5. XNUMX./s ja XNUMX:n alussa, katso XNUMX. Nämä tiedot osoittivat, että moottorin sammuttaminen pysähdyksissä yli XNUMX sekuntia säästää polttoainetta.

Samanaikaisesti muut autonvalmistajat tekivät samanlaisia ​​testejä. Kyky vähentää polttoaineenkulutusta pysäyttämällä moottori jopa erittäin lyhyen pysähdyksen jälkeen ja käynnistämällä se uudelleen on johtanut ohjauslaitteiden kehittämiseen, jotka suorittavat nämä toiminnot automaattisesti. Ensimmäinen oli luultavasti Toyota, joka 1,5-luvulla käytti Crown-mallissa elektronista laitetta, joka sammutti moottorin pysähdyksissä yli 10 sekunniksi. Tokion liikenneruuhkissa tehdyt testit osoittivat polttoaineen kulutuksen vähentyneen 1 %. Vastaavasti toimivaa järjestelmää testattiin Fiat Regatassa ja 2st Formel E Volkswagen Polossa. Jälkimmäisessä autossa oleva laite antoi kuljettajan pysäyttää moottorin tai vain automaattisesti, riippuen nopeudesta, moottorin lämpötilasta ja vaihdevivun asennosta. Moottori käynnistettiin uudelleen käynnistyskäynnistimen ollessa päällä, kun kuljettaja painoi kaasupoljinta kytkinpoljin painettuna ja 5. tai XNUMX. vaihde oli kytkettynä. Kun ajoneuvon nopeus laski alle XNUMX km/h, järjestelmä sammutti moottorin ja sulki joutokäyntikanavan. Jos moottori oli kylmä, lämpötila-anturi esti moottorin sammumisen vähentääkseen käynnistimen kulumista, koska lämpimän moottorin käynnistyminen kestää paljon vähemmän aikaa kuin kylmän. Lisäksi ohjausjärjestelmä sammutti takalasin lämmityksen akun kuormituksen vähentämiseksi, kun auto oli pysäköitynä.

Tietestit ovat osoittaneet, että polttoaineenkulutus pienenee jopa 10 % epäsuotuisissa ajo-olosuhteissa. Myös hiilimonoksidipäästöt vähenivät 10 %. Hieman yli 2 prosenttia. toisaalta typen oksidien ja lähes 5 hiilivedyn pitoisuus pakokaasuissa on lisääntynyt. Mielenkiintoista, että järjestelmällä ei ollut negatiivista vaikutusta käynnistimen kestävyyteen.

Nykyaikaiset start-stop-järjestelmät

Nykyaikaiset start-stop-järjestelmät sammuttavat automaattisesti moottorin pysäköitynä (tietyissä olosuhteissa) ja käynnistävät sen uudelleen heti, kun kuljettaja painaa kytkinpoljinta tai vapauttaa jarrupolkimen automaattivaihteistossa. Tämä vähentää polttoaineen kulutusta ja hiilidioksidipäästöjä, mutta vain kaupunkiliikenteessä. Start-Stop-järjestelmän käyttö edellyttää, että tietyt ajoneuvon osat, kuten käynnistin tai akku, kestävät pidempään ja suojaavat muita toistuvien moottorin sammutusten vaikutuksilta.

Start-Stop-järjestelmät on varustettu enemmän tai vähemmän kehittyneillä energianhallintajärjestelmillä. Heidän päätehtäviinsä kuuluu akkujen varaustilan tarkistaminen, vastaanottimien konfigurointi dataväylällä, virrankulutuksen vähentäminen ja optimaalisen latausjännitteen saaminen tällä hetkellä. Kaikki tämä, jotta vältetään akun liian syväpurkautuminen ja varmistetaan, että moottori voidaan käynnistää milloin tahansa. Arvioimalla jatkuvasti akun kuntoa järjestelmäohjain tarkkailee sen lämpötilaa, jännitettä, virtaa ja käyttöaikaa. Nämä parametrit määrittävät hetkellisen käynnistystehon ja nykyisen lataustilan. Jos järjestelmä havaitsee alhaisen akun varaustason, se vähentää käytössä olevien vastaanottimien määrää ohjelmoidun sammutusjärjestyksen mukaisesti.

Start-Stop-järjestelmät voidaan valinnaisesti varustaa jarrutusenergian talteenotolla.

Start Stop -järjestelmällä varustetut ajoneuvot käyttävät EFB- tai AGM-akkuja. EFB-tyyppisissä akuissa, toisin kuin klassisissa, on positiiviset levyt, jotka on päällystetty polyesteripinnoitteella, mikä lisää levyjen aktiivisen massan kestävyyttä toistuvia purkauksia ja korkeita virtavarauksia vastaan. AGM-akuissa sen sijaan levyjen välissä on lasikuitua, joka imee elektrolyytin täysin. Siitä ei käytännössä tule tappioita. Hieman korkeampi jännite voidaan saada tämän tyyppisen akun napoihin. Ne kestävät myös paremmin niin sanottua syväpurkausta.

Haittaako se moottoria?

Useita vuosikymmeniä sitten uskottiin, että jokainen moottorin käynnistys lisää sen ajokilometrejä muutamalla sadalla kilometrillä. Jos näin olisi, vain kaupunkiliikenteessä ajavassa autossa toimiva Start-Stop-järjestelmä joutuisi saattamaan moottorin valmiiksi hyvin nopeasti. Käynnissä pitäminen ja sammuttaminen eivät luultavasti ole sitä, mistä moottorit pitävät eniten. Tekninen kehitys on kuitenkin otettava huomioon esimerkiksi voiteluaineiden alalla. Lisäksi Start-Stop-järjestelmä edellyttää erilaisten järjestelmien, ensisijaisesti moottorin, tehokasta suojaamista toistuvien sammutusten seurauksilta. Tämä koskee muun muassa turboahtimen ylimääräisen pakkovoitelun varmistamista

Startti Start-Stop-järjestelmässä

Useimmissa käytössä olevissa start-stop-järjestelmissä moottori käynnistetään perinteisellä käynnistimellä. Se on kuitenkin lisännyt kestävyyttä merkittävästi lisääntyneen toimintojen määrän ansiosta. Käynnistin on tehokkaampi ja varustettu kulutusta kestävämmillä harjoilla. Kytkinmekanismissa on uusittu yksisuuntainen kytkin ja vaihteistossa on korjattu hammasmuoto. Tämä johtaa hiljaisempaan käynnistimen toimintaan, mikä on tärkeää ajomukavuuden kannalta moottoria usein käynnistettäessä. 

Käännettävä generaattori

Valeo on kehittänyt tällaisen laitteen nimeltä StARS (Starter Alternator Reversible System) Start-Stop-järjestelmille. Järjestelmä perustuu kääntyvään sähkökoneeseen, jossa yhdistyvät käynnistimen ja laturin toiminnot. Klassisen generaattorin sijaan voit helposti asentaa käännettävän generaattorin.

Laite tarjoaa erittäin tasaisen käynnistyksen. Perinteiseen käynnistimeen verrattuna tässä ei ole liitäntäprosessia. Käynnistyksen aikana vaihtovirtageneraattorin staattorikäämitykseen, josta tulee tällä hetkellä sähkömoottori, on syötettävä vaihtojännite ja roottorin käämitykseen tasajännite. Vaihtojännitteen saaminen sisäisestä akusta vaatii ns. invertterin käyttöä. Staattorin käämeihin ei myöskään saa syöttää vaihtojännitettä jännitteen stabilisaattorin ja diodisiltojen kautta. Jännitteensäädin ja diodisillat on irrotettava staattorin käämeistä tänä aikana. Käynnistyshetkellä käännettävä generaattori muuttuu sähkömoottoriksi, jonka teho on 2 - 2,5 kW ja jonka vääntömomentti on 40 Nm. Näin voit käynnistää moottorin 350-400 ms:n sisällä.

Heti kun moottori käynnistyy, vaihtosuuntaajan vaihtojännite lakkaa kulkemasta, käännettävä generaattori muuttuu jälleen vaihtovirtageneraattoriksi, jossa on staattorin käämiin kytketyt diodit ja jännitesäädin, joka syöttää tasajännitettä ajoneuvon sähköjärjestelmään.

Joissakin ratkaisuissa moottori on varustettu käännettävän generaattorin lisäksi perinteisellä käynnistimellä, jota käytetään ensimmäisen käynnistyksen yhteydessä pitkän käyttämättömyyden jälkeen.

Energian akku

Joissakin Start-Stop-järjestelmän ratkaisuissa on tyypillisen akun lisäksi myös ns. energian akku. Sen tehtävänä on kerätä sähköä helpottamaan moottorin ensimmäistä käynnistystä ja uudelleenkäynnistystä "Start-Stop" -tilassa. Se koostuu kahdesta sarjaan kytketystä kondensaattorista, joiden kapasiteetti on useita satoja faradia. Purkamishetkellä se pystyy tukemaan käynnistysjärjestelmää useiden satojen ampeerien virralla.

Käyttöolosuhteet

Start-Stop-järjestelmän toiminta on mahdollista vain useissa eri olosuhteissa. Ensinnäkin akussa on oltava tarpeeksi energiaa moottorin käynnistämiseksi uudelleen. Lisäksi mm. ajoneuvon nopeuden ensimmäisestä käynnistyksestä lähtien on ylitettävä tietty arvo (esim. 10 km/h). Auton kahden peräkkäisen pysähdyksen välinen aika on suurempi kuin ohjelman asettama vähimmäisaika. Polttoaineen, laturin ja akun lämpötilat ovat määritetyllä alueella. Pysähdysten määrä ei ylittänyt rajaa viimeisen ajominuutin aikana. Moottori on optimaalisessa käyttölämpötilassa.

Nämä ovat vain osa vaatimuksista, jotka on täytettävä, jotta järjestelmä toimisi.