电控技术的深耕:曲线救国的自动启停

车云网 综合报道

目前市场上主流的自动启停实现方式都因为使用寿命和可靠性的问题受到质疑。英菲尼迪Q50上线控转向系统的设置就是个很好的佐证,即便有了三套互为替补的ECU,攻城狮们还是在转向柱与转向机之间布置了一个离合器作为最后的底牌。

不过嘛,在汽车界,随大流着常有,而奇葩更常有,总有那么一两只是不走寻常路的。

另辟蹊径

对于一般的发动机而言,起动时车载蓄电池向起动机供电,带动发动机旋转。而对于自动启停系统来说,要求发动机起动得更快,最容易想到的实现方式就是使用更大扭矩和功率的起动机、更大功率的蓄电池,更加复杂和可靠一点的,就是全自动启停的微混方式,额外增加一个电动机和辅助电池。

但实际上,在发动机的起动过程中,还有更多的文章可以做。最根本的,为什么发动机在起动时需要起动机带动呢?这是因为发动机需要初始动力,让其中一个气缸的活塞能够完成进气和压缩行程,然后点火做功,在这之后,发动机就可以开始自身的循环,不再需要起动机的动力了。

而发动机的起动过程之所以慢,一个是因为每一次的起动都不能缺少这个进气和压缩的过程,另外一个则是由于起动机与发动机的啮合也需要时间。所以,如果能缩短或者消除这两个过程的时间,那么发动机的再启动过程时间也就加快了。

马自达:微控的绝学

似乎无论是在品牌知名度还是影响力上,马自达离开主流汽车制造商的圈子已经太久了。然而,这家有着“日本宝马”之称的企业却是个技术狂热分子,就像转子发动机,还有要把压缩比提高到18的二代创驰蓝天发动机。

马自达上的所使用的启停技术叫做i-stop,i-stop技术主要针对的就是上文提到的第一条。

当驾驶员踩下刹车至车辆完全停止时,i-stop系统便会自动切断供油使其也完全停止,并精确控制活塞的位置,使每次各个缸的活塞尽量停在合适的位置上。然后根据活塞的位置选择最合适的一个气缸,喷入燃油。当松开刹车后,系统则对已经喷入燃料的气缸直接点火,也就是相当于在松开刹车之后立即点火,不再需要起动机给发动机提供初始动力,车载蓄电池也只需要提供点火所需能量,而不用大电流输出带动起动机运转。

发动机重启过程示意图

于是,问题就出来了,对于汽油机来说,点火是可以马上进行的,但是对于柴油机来说,是压燃的,这样的方式也能适用么?总不可能让活塞停在压燃的临界点吧?

当然不是。i-stop系统同样会精确控制活塞停止的位置,但是柴油机依然需要进行压缩行程,只不过与一般柴油机的自动启停需要2个循环相比,i-stop只需要进行一个循环就可以起动发动机。

根据马自达的官方数据,i-stop系统重启汽油机的时间为0.35秒,柴油机的时间接近0.4秒。而且可以说是无缝重启,因此,重启的过程也更加平顺。

为了保证发动机的使用寿命和性能,i-stop系统可针对不同的驾驶状态自行调整怠速停止的时间,并能检测车载蓄电池的电量情况,当发现电压不足时,会强制起动发动机,为车载蓄电池充电。

此外,i-stop系统还配有一个电动油压泵,在重启发动机时,能够辅助机械油压泵工作,后者油压恢复到工作范围时即会停止工作。

丰田+电装:可以后装的怠速停止技术

另外一家日本车企丰田则选择了第二条路线,系统被命名为idle-stop(怠速停止系统)。

大多数起动机在起动时,会将其前端的小齿轮推出与发动机飞轮进行啮合,从而带动发动机开始运转。而在发动机停止供油之后,到完全停止这一段时间内,因为发动机仍然处于运转状态,如果这个时候重启发动机,起动机的小齿轮并不会马上推出,而是需要等待发动机完全停止。因此,在怠速时间过短的情况下,发动机的再起动过程会相对缓慢。

为了解决这个问题,丰田与日本的汽车零部件供应商电装合作,共同研发了一种新型的起动机——永久啮合式起动机。顾名思义,这种起动机的小齿轮与发动机的飞轮之间一直处于啮合状态,而啮合齿轮与发动机之间增加了一个单向的离合器,在起动之后,离合器断开,发动机自行运转。

只不过,这种解决方案还需要在发动机上加装一个离合器,电装又在永久啮合式起动机的基础之上研发了TS起动机。TS起动机中有两个螺线管,分别独立控制小齿轮的推出和起动机的运转。

也就是说,相当于在起动机中增加了一个开关,一个开关控制小齿轮的推动,另外一个开关控制起动机的运转。发动机第一次起动时,起动机推出小齿轮并同时起动起动机,当带动发动机运转之后,控制起动机运转的开关关闭,而控制小齿轮的开关一直处于闭合状态;怠速停止系统开始工作后,起动机只需要闭合运转开关就可以直接带动发动机运转而不需要等待发动机完全停止。

TS起动机不需要对发动机进行改装,只需要更换起动机即可,所以,这项技术是可以后装的,已经出厂的车辆也可以享受。

另外,起动机中推出小齿轮的部门还增设了弹簧,减轻小齿轮与发动机端齿轮啮合时撞击造成的损伤,以增长发动机的使用寿命。

与马自达的i-stop相比,丰田的怠速停止系统有利有弊:

1.马自达的i-stop系统必须在发动机完全停止后才能起作用,而丰田的怠速停止系统则可以随时重启发动机,而且有了电装的技术加持,前装后装任君选,同时,也没有品牌的限制;

2.从起动过程的实现方式来说,丰田依然是采用车载蓄电池给起动机供电,起动机带动发动机的模式,与前文提到的轻自动启停和半自动启停相同,因此,对于车载蓄电池的寿命依然是个考验。

单从笔者的喜好上来说,前者让人惊艳,后者让人惊叹。而且,有这些脑回路与众不同的攻城狮们,以后想必会有更加奇葩也更加精妙的设计。

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