同是啟停系統,為何別家車穩如老狗,自家車像二哈抽風?

為何剛買的新車抽搐抖動?

為何綠燈口踩油門車輛遲遲不加速?

為何別家車啟停穩如老狗,自家車啟停像二哈抽風?

為何把握不了啟停系統的G點?

同是啟停系統,為何別家車穩如老狗,自家車像二哈抽風?

這一切的一切,就是你的車雖然有啟停系統,但是沒有用上啟停系統黑科技。

同是啟停系統,為何別家車穩如老狗,自家車像二哈抽風?

先聊一聊啟停系統的由來。怠速是汽車運行的常見工況之一,尤其隨著經濟發展,的城市交通日趨擁堵,怠速工況實際佔比也越來越高。而怠速要優先保證平順性,其燃油經濟性和排放性能一般,因此,採用發動機啟停技術(怠速時停車,啟動時發動機再啟動)減少怠速時間可以有效降低油耗。但是!由於啟停技術屬於應對法規的產物,很多廠家並不在乎用戶體驗,導致起步瞬間虎軀一震,三步一抖,拖拉機既視感。

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可是,在某些直噴發動機車身上,確又有著響應快,憋氣長,隨踩就有的啟停系統,這是為啥呢?

這就不得不提自動啟停黑科技——膨脹缸熱機啟動技術了~

傳統啟停系統和發動機冷啟動類似,當你鬆開剎車後,系統判定需要再啟動,這是,起動機先工作,再給發動機一個初速度,噴油、吸氣,讓發動機燃燒室內有混合氣,再點火,發動機轉速提高至穩定,再與離合器接合讓車輛前進。但是膨脹缸熱機啟動技術加持的啟停系統,省略了起動機工作和帶動發動機轉動的過程,直接在氣缸內噴油點火,通過膨脹做工,提高發動機轉速。

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膨脹缸熱機啟動技術具體的過程如下圖所示。在發動機停止前,先讓活塞停在合適的為止,再次起動時,通過燃燒來起動發動機。

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打個形象的比方,這種啟動原理就像我們在騎自行車時,在停車時能預先將腳踏板擺放置適當的位置,一腳踩下去後,起步就能更迅速。而完全停車狀態下想起步的話,要先用腳繞一下踏板,然後再踩下去,速度明顯就慢了。

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當然,這個黑科技也是要有一定的前提條件的,首先必須是缸內直噴發動機,其次,對發動機控制系統的設計要求比較高,真正能做好啟停的主機廠並不多見。相對來說,馬自達的自動啟停系統是比較好用的,雖然搭載的車不貴,但是啟停系統的體驗要高於ABB等豪華品牌的。如果你連馬自達的啟停系統都無法接受的話。。。那麼只有混動的啟停系統能符合你的要求了。

以上為科普環節,下面為水(ji)文(shu)環節——馬自達獨創膨脹缸啟停系統i-stop介紹。


i-stop系統全稱為怠速-啟動系統,英文為idling-stop,是馬自達應對排放與油耗設計的一套完整的設計方案,為獨創的自動啟停技術,和其他主機廠使用的傳統啟停方案有所區別,i-stop系統一方面確保發動機啟停性能,另一方面保證了駕駛性、舒適性、可靠性。

該系統主要分為4個組成:

①發動機控制系統;

②蓄電池能量管理系統;

③車輛行為控制系統;

④空調、安全帶開關等信號輸入和儀表盤顯示系統。

其中,發動機控制系統依靠PCM(動力系統控制模塊)和相應的傳感器實時監控發動機的運行狀態,從而判斷髮動機是否處於可以執行i-stop的狀態中;蓄電池能量管理系統依靠高性能電流傳感器估計蓄電池的荷電狀態SOC(State of Charge),判斷蓄電池是否禁止i-stop;車輛行為控制系統主要檢測車身姿態、剎車制動力狀態、方向盤狀態,通過人的操作意圖判斷i-stop系統是否執行。

膨脹缸熱機啟動技術

i-stop系統為了消除傳統啟停系統再啟動瞬間的反應遲滯,採用膨脹缸熱機啟動+啟動機輔助的技術,其具體的過程如圖1所示。

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圖1 發動機再啟動過程

再啟動的過程為:

①駕駛者在鬆開剎車踏板或者踩離合器踏板時,i-stop系統判定執行再啟動,指示信號輸出給PCM,向活塞停止位置在膨脹行程的氣缸內噴射燃料,且起動機開始運轉;

②PCM給予燃料與空氣混合的時間,在一定延遲後執行火花塞點火,燃燒壓力推動活塞往下止點(BDC)運動,在這個過程中,PCM對某壓縮行程氣缸內噴油,進行預混合;

③當壓縮行程氣缸的活塞經過壓縮上止點(TDC)後,PCM執行點火;

④從第三次點火開始,由於持續燃燒做工將發動機轉速上升。

為了實現燃燒啟動技術,再啟動必須保證第一次點火和第二次點火的成功率,一方面由於這兩次點火進排氣門已經關閉,只能依靠氣缸內部的氣體,所以要求氣缸內為新鮮空氣;另一方面第一次點火瞬間活塞在膨脹行程的某個合適位置,從而對發動機熄火後活塞的停止位置提出要求。因此,i-stop系統中,開發了掃氣控制邏輯和活塞停止位置控制邏輯。這兩個控制在發動機停止的過程中執行,詳細的過程如圖2所示。

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圖2 i-stop系統工作原理

為了保證膨脹行程的第一點火充分燃燒,必須減少殘留氣體,保證氣缸內新鮮空氣的濃度,為了實現這個要求,在發動機停止供油後,轉速下降過程中,將一般關閉著的節氣門打開,如圖2的①所示。但當節氣門保持打開狀態下停機的時候,持續的泵氣效應會讓轉速發生大幅度波動,引起不必要的振動。因此,在停止供油發動機轉速下降過程中,節氣門打開向氣缸內進行掃氣,當轉速低於某轉速閥值後,節氣門再度關閉,從而抑制發動機的振動。

再啟動過程中,第一次燃燒和第二次燃燒的順利程度取決於氣缸內的空氣量,由於時間和氣密性的因素,膨脹行程和壓縮行程氣缸內的壓力會趨於大氣壓,這個空氣量由氣缸的停止位置決定。因此,有必要對發動機停止的角度進行控制,從而實現平穩迅速的再啟動。活塞停止位置的控制主要通過PCM和交流發電機的協同配合,在發動機停止前的瞬間,調整交流發電機的充電負荷,如圖2中②,從而調整活塞的停止位置,保證其正好落入到合適的位置。

振動抑制

理想的自動啟停系統中,會根據駕駛者的意圖,自動的控制發動機停止、啟動,這個過程中伴隨著衝擊和振動,如果衝擊和振動過於明顯會降低乘員的舒適性。啟停系統在車輛完全停止的情況下工作,微小的振動也會另乘員印象深刻,這是限制啟停系統推廣的重要原因之一。I-stop系統從振動源出發,通過控制策略來改善振動。

如圖3左邊細線所示,一般發動機啟動中振動的來源有兩處,一是進氣遲滯導致轉速超過目標轉速再收束至目標轉速,二是發動機機械結構導致的週期性轉速回落。傳統的設計中,通過大幅度點火遲角並部分提高進氣量,讓燃燒變緩慢來降低轉速上升速度,從而緩解振動,但這一方面會不利於燃油經濟性,也無法解決瞬時轉速回落的問題。i-stop系統充分利用了SKYACTIV-G發動機和電動S-VT(可變氣門時刻)的優勢,依靠進氣門的大遲角設定,使壓縮行程中部分空氣迴流至進氣歧管,減少泵氣損失,從而緩解瞬時轉速波動,形成順滑的啟動,並且由於不需要大幅度點火遲角,也進一步提高了燃油經濟性。

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圖3再啟動轉速比較

圖3再啟動轉速比較

當然,針對啟停系統,發動機懸置也從設計方面進行有針對性的進行了振動抑制。發動機從停止狀態到啟動的時候,扭矩會瞬間突變,經過飛輪傳遞給變速箱再傳遞給傳動軸輪胎,在這個過程中,懸置中橡膠的靜剛度時關鍵因素。為了避免動力總成的振動,在帶有i-stop系統的車輛中,設計了針對發動機水平移動的限位器,且懸置佈置點更靠近發動機重心,減少轉動力矩,儘可能吸收發動機旋轉方向的振動,一方面抑制動力總成的共振,另一方面減衰振動的傳遞。

其他方面,有很多安全性、舒適性的設計,比如配合制動輔助系統,AT變速箱油壓協同控制,蓄電池管理系統,空調的協同控制等等。。這裡就不展開了。

總的來說,面對排放法規的壓力,現在幾乎所有的10萬元以上新車型都有啟停系統,雖然啟停方案對油耗的改善是差不多的,但是對用戶體驗確是千差萬別。

一句話,針對啟停的優化考驗著主機廠的良心。


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