发动机启停技术详细解读-真的不中用吗?

选择字号： 超大 标准 发布时间：2016-6-15 22:37:47 | 作者：系统管理员 | 0个评论 | 人浏览

作者/来源：cartech8/汽车工程师之家

随着中国政府对节能环保汽车持续鼓励，低油耗节能车型，将成为国内汽车市场主流。同时，法规对油耗要求的越来越严厉，见下图，在2020年油耗需达到5L/100km，为了达到这些要求，各种节能技术逐步被应用推广，如涡轮增压、缸内直喷、混合动力等等，今天Cartech8将给大家探讨一种弱混结构，起停系统。对于起停系统用户争议比较大，有觉得不省油，有觉得性价比不高的，有觉得可靠性不高的，有觉得使用不方便的，今天我们慢慢逐步解说。

一、为什么使用起停系统

其实最直接的原因就是国家油耗法规，很简单，达不到要求开发的新车型是不能上国家目录的，企业无法生产。先举一个简单的例子，当年汽油机由化油器进入电控时代，很多用户开车第一反应，电控发动机的起步，初期加速明显弱于化油器，化油器仍旧被淘汰，原因很简单，达不到排放法规要求。我们再看看上面，油耗从2015到2020年油耗减少近30%，传统发动机进过上百年的技术进步，现在每前进一小步，都会很艰难，不可避免付出成本代价。

在看看国内的法规测试程序，如下图cartech8用线框选出来的几个怠速工况（随机框选了几个），只要发动机热机，7-10个怠速工况能用到起停技术，因此油耗自然就减少了，而且贡献不小。因此对厂家这是有吸引力的。对于用户增加的成本，如通过降低油耗能否直接抵消，其实就已经皆大欢喜了。

二、起停系统真的省油吗?

媒体报道，根据NEDC循环测试，配有启停系统汽车，能够节油4%~5%。下面cartech8举例进行初略估算：

实际使用中，排量1.2—1.8发动机怠速油耗0.4-1升/小时，我们以怠速油耗0.7升/小时计算。假设每天起停30次，每次平均发动机停止30秒，每天油耗=30*30/3600*0.7=0.175升，20年省油=0.175*365*20=1277.5升，油价以6元来算，20年总共省了1277.5*6=7665元（共启停近21.9万次）。

从上面的估算看出，起停系统除去成本对用户来说确实经济效率不高。而根据法规的油耗的测试方法，确实能减少最终的工况油耗。这只能理解为，用户为新技术买单，而在长期使用中，把付出的成本赚回来。但从另外角度来说，该技术确也能省一部分油，如全国所有车辆都装备该技术，整个国家的二氧化碳排放量的绝对数量确实会减少不少。而不使用该技术可能达不到上面的法规限制，非但没有节能补贴，而且根本就不允许生产。

三、起停系统需要零部件提供支持

硬件上一般所必需要增加的零件有：离合器/空挡开关或传感器、具备深度放电能力的蓄电池、蓄电池传感器(LIN/CAN)、可频繁起动的起动机、起停控制开关和指示灯等。锦上添花的还有智能发电机、DC-DC converter、坡度传感器等。cartech8先讲解结构再讲策略。

1. 起停主开关，仪表板上的起停控制按钮

2. 仪表指示灯，组合仪表上起停指示灯

3. 左前门开关，判断驾驶员状态，如是否在车内。

4. 制动真空度传感器，判断刹车系统真空系统是否足够，以决定是否启用起停系统

5. 离合器顶部开关/离合器底部开关，判断离合器是否被踩下，确定是否进入起停模式

6．空档传感器，判断车辆是否处于空挡

7. 蓄电池及传感器，发动机起动过程中电流较大，蓄电池放电很快，频繁起停对蓄电池要求高，因此采用与以往不同的蓄电池，AGM电池被大量使用，AGM蓄电池是指隔板采用的是超细玻璃棉材料的蓄电池。

常规蓄电池与AGM蓄电池的区别：AGM蓄电池是密封的，电池盖上有排气阀，正常使用过程中，不需要补水。常规蓄电池是非密封的，打开注液盖可以看到电解液，使用中需经常补水。

a.循环充电能力比铅钙蓄电池高3倍，具有更长的使用寿命。

b.在整个使用寿命周期内具有更高的电容量稳定性。

c.低温起动更加可靠。

d. ECU如何估算电池状态：

AGM电池+电流传感器：电流传感器输出电流、电压、温度信号，由ECU内部电池模型计算电池目前状态。

AGM电池+电池传感器：电池传感器内部集成电池模型，直接输出电池状态参数。

8. 启动马达, 增强型的启马达以保证可以耐受短时间内多次停车的工况，这种马达的耐久测试一般超过25万次不出故障，远超普通启动马达。

9. ECU不用说，与非自动起停的ECU，需要增加硬件和针脚，修改软件。

10. 发动机启动齿圈强度须加强，以达到起停系统的要求

四、起停系统的种类：

1.分离式起动机/发电机起停系统

采用分离式起动机和发电机的起停系统很常见。这种系统的起动机和发电机是独立设计的，发动机启动所需的功率是由起动机提供，而发电机通过为蓄电池充电，来保证起动机的电能。

2.集成起动机/发电机起停系统

集成起动机/发电机是一个通过永磁体内转子和单齿定子来激励的同步电机，能将驱动单元集成到混合动力传动系统中。这套装置采用了可逆变原理即将传统汽车上的发电机和起动电机功能合成在一起，当汽车行驶时充当发电机，产生电能，当汽车启动时又充当起动机。

a.汽车在加速或爬坡时可以提供一部分辅助力矩，这样可以灵活高效地利用车载能源，对电动汽车性能的提高有很大帮助。

b.回馈电能

汽车在减速或者制动时，可以将动能转换为电能，对电池进行充电，这样节约了能源，进一步提高了燃油经济性。

3.马自达SISS智能起停系统

前面介绍的两种起停系统是单纯起动机来启动发动机的，而Mazda的SISS智能起停系统（现在称为i-stop技术），主要是通过在气缸内进行燃油直喷，燃油燃烧产生的膨胀力来重启发动机的，发动机上的传统启动机在发动机启动时起到辅助作用。

据官方数据，使用SISS技术，发动机在最短0.35s的时间内就能启动，比单纯使用启动机或电动机的系统要快一倍。

4.滑行起停系统

目前现有的起停系统只能在车辆完全停下来时才关闭发动机，而滑行起停系统在车辆滑行时即可关闭发动机（如高速下坡道），同时，在自动挡车型中使用控制系统自动控制离合器，将发动机与传动系统分离，以延长滑行距离。当滑行中驾驶员操作油门或刹车踏板时，发动机会迅速启动。虽然现有的发动机控制系统可以使发动机在车辆带挡滑行时停止喷油，但由于发动机和传动系统并未分离，滑行距离不长；而在空挡滑行时，发动机仍会喷油，尽管可以长距离滑行但并不能达到节油的目的。因此，滑行起停系统可以将这两种工况的优势结合起来，通过熄火的方式达到节油的目的，同时令车辆滑行距离更长。

五、控制策略：

发动机的自动停止和起动，在驾驶员有相应操作（油门、档位、离合器）前提下，需结合车速、发动机当前工况（如发动机水温、碳罐负荷情况、催化器状态等）、蓄电池状态、制动真空状态、车门/前舱盖状态、空调请求等作为控制条件。策略以安全、性能、舒适的角度出发，通过ECU对发动机进行控制。下面是一个系统图。

1.下列条件起停系统不工作

a. 起停系统零部件故障：

电池传感器EBS、驾驶员车门/前舱盖开关故障、动真空度传感器故障、离合器开关故障、起动机控制电路和继电器故障、车速传感器故障等 

b.发动机故障禁止起停；

冷却水温传感器、发动机不能同步、节气门故障、碳罐故障、转速传感器故障等

c. 逻辑禁止起停功能

驾驶员不在驾驶座上、电池电量低、制动真空度过低、起动机起动频次超限、故障检测未完成、发动机水温过高或过低、催化器正处于加热状态等。

2. 起停系统自动停机条件

车速很低，低于一定条件值，没踩油门，空挡，离合器松开

3. 发动机自动启动条件：下面4个条件任一满足即可

空挡踩离合；空挡踩油门；空挡按自动起停开关；溜坡。

4. 其它逻辑如驾驶员改变意图、故障处理、自检、AT/AMT油压问题就不讲了，感兴趣的朋友可以去汽车工程师论坛搜索相关的问题，有的很有价值。

注：不同公司控制策略可能有不同，这里只是一些原理方面的介绍。

大家比较关注的问题：

1. 发动机频繁启动是有可能造成很大程度的积碳；这个起停是有温度条件的，低温积碳会比较严重，但充分热机，启动时多喷不了多少油，而且启动后立马前行，转速上升，多喷的油很快就被烧掉了，另外你知道吗？长期怠速，积碳也很严重。

2. 严重堵车时会遇到车辆反复走走停停的状态，如果每次都进行停机起动，对起动机寿命等都有不利影响，所以会自动暂时屏蔽起停功能，直到车辆驶出拥堵路段，能够连续行驶一段时间以上再进行恢复。

3. 起停系统会对发动机有磨损，启动过程由于加速度较大，会对汽车零部件造成冲击，这个我承认，但不知你见过发动机试验室是如何做全负荷耐久试验，如何做冷热冲击试验，看看他们有多暴力，你就会觉得发动机没你想象的那么脆弱。

4. 关于瞬时油耗，经过测算一次启动消耗的燃油相当于几秒钟的怠速的燃油消耗，所以一次起停超过这个时间的部分就是节省下的燃油。

5. 起停技术肯定会增加维护成本，因为有额外的零部件就有可能损坏，售后和维护确实需要费用。

6. 起停系统确实造成车辆起步较其它车辆慢半拍，如驾驶员提前动作能够消除部分不利因素。

标签：汽车维修技术  

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