Чи дійсно система Start/Stop так хороша, як її намагаються представити?

Економія палива за рахунок глушіння двигуна при відносно довгих простоях на перехресті або в пробці – не нова технологія. У сучасних автомобілях, особливо оснащених двигунами великого об’єму, автоматизація цього процесу за рахунок впровадження системи «стоп-старт» вже давно довела свою ефективність. Головним питанням, яке раніше хвилює автомобілістів, залишається негативний вплив на ресурс двигуна при тривалій експлуатації в такому режимі.

Що таке технологія Start/Stop

Технологія «стоп-старт»: довгостроковий вплив на двигун автомобіля
Сама по собі ця система досить проста: електроніка аналізує режим руху, і як тільки автомобіль повністю зупиняється, використовується гальмо або розмикається механізм зчеплення – двигун, незалежно від використовуваного палива, глушиться. Як тільки педаль гальма відпустити або включений механізм зчеплення, відбувається автоматичний запуск мотора.

Як працює система

Технологія «стоп-старт»: довгостроковий вплив на двигун автомобіля
Як правило, система працює в повністю автоматичному режимі, однак у водія є можливість її відключити, якщо в ній не буде потреби. При вищеописаних умовах, бортова електроніка припиняє подачу палива і вимкнути запалювання. Сучасний рівень автоматизації дозволяє без праці реалізувати таку схему роботи, оскільки сучасні двигуни запускаються набагато легше, ніж їх попередники, а також мають досить високу надійність.

Дивіться також: Чому краще уникати використання системи Старт-Стоп?

Сам же механізм запуску практично не змінився: стартер активізує двигун за рахунок зачеплення малої зубчатої шестерні з великою, закріплене на маховику. Однак у багатьох сучасних моделях реалізована схема «TS» або «тандемного соленоїда», що передбачає плавний перехід між режимами уповільнення і зупинки, а також розгоном, для зниження зносу елементів мотора. Особливості цієї конструкції можуть проявитися, коли водій мав намір зробити зупинку, але змінив своє рішення і почав інтенсивне прискорення. У цей момент система може зробити глушіння двигуна, але під дією внутрішньої інерції маховик продовжить своє обертальний рух.

Щоб уникнути хрускоту і передчасного зносу зубчастої передачі, один з соленоїдів активізує стартер двигуна і забезпечить його синхронізацію з маховиком, що при розгоні дозволить безшумно і легко привести основну пару шестерень в зачеплення.

Тим не менш, запуск двигуна – це складний процес, який призводить до додатковим навантаженням на всі системи автомобіля, тому потенційна вигода від економії палива може бути втрачена через передчасного зносу або поломки одного з найважливіших механізмів, якщо, звичайно, не прийняти належних конструктивних заходів. На думку Герхарда Арнольда, відповідального за розробку підшипників в компанії Federal Mogul, звичайний двигун з легкістю витримує до 50 000 циклів зупинки, але в разі застосування системи «стоп-старт» кількість циклів може перевищити 500 000 за розрахунковий період експлуатації автомобіля.

Це істотне зростання навантажень на всі елементи, через що деякі з них варто розглянути детальніше.

Основним компонентом двигуна, а також одним з найбільш важких елементів є колінчастий вал. Він підтримується в міру свого обертання безліччю відполірованих циліндричних вкладишів уздовж своєї довжини, що працюють в «простих» підшипниках (без кулькових або роликових механізмів). Це основні підшипники. Коли двигун працює, колінчастий вал і основні опорні поверхні фактично не стосуються один одного і розділені надтонкою плівкою масла, що подається під тиском і прокачується навколо опорних поверхонь під дією обертового колінчастого вала. Цей процес називається «гідродинамічної мастилом», але коли двигун зупиняється, кривошип опускається на підшипник, причому дві металеві поверхні входять у контакт.

Як корозія допомагає знизити знос

Технологія «стоп-старт»: довгостроковий вплив на двигун автомобіля
Під час запуску двигуна, як би надійний і сучасний він не був, має місце момент, коли колінвал вже прийшов в рух, а змащуюча плівка ще не розділила дотичні поверхні – це так зване «гранична умова». Саме в цей момент і відбувається найбільш інтенсивний знос. Таким чином, впровадження системи «стоп-старт» автоматично збільшує кількість виникнень таких «граничних умов» з 50000 до 500 000, що призводить до передчасного зносу підшипників і опорних елементів колінчастого вала.

Автомобільні турбокомпресори: Всі найважливіші факти

Інженери багатьох компаній розробляють технології, що дозволяють підвищити надійність цієї групи елементів, зокрема за рахунок збільшення зносостійкості і змочуваності поверхонь мастильними матеріалами. Так, компанія Federal Mogul розробила новий матеріал під назвою Irox, основною особливістю якого є полімерне покриття містить частинки оксиду заліза (іржі), яка в цієї мікроскопічної формі забезпечує зниження коефіцієнта поверхневого тертя. За заявами виробника, у порівнянні з звичайним алюмінієвим підшипником даний показник знижено вдвічі, що дозволяє забезпечити високий рівень довговічності.

Слід, проте, брати до уваги те, що для подібних порівнянь використовують «знеособлені» конструктивні елементи застарілих моделей, тому об’єктивного зіставлення з сучасними аналогами такі дані забезпечити не можуть.

Високоефективні мастильні матеріали

Технологія «стоп-старт»: довгостроковий вплив на двигун автомобіля
Другим напрямком вдосконалення двигуна є розробка сучасних олій, які містять комплекс присадок і, по суті, є складною хімічною сумішшю. Технічний директор британської фірми Millers Oils Мартін Манн заявив, що правильний підбір складу подібних олій має вирішальне значення: «Ми зменшили тертя з нашими маслами і поліпшили довговічність масляної плівки, і ми припускаємо, що це повинно сприяти активному просуванню систем «стоп-старт»».

Компанія Millers Oils проводить дослідження масел з низьким показником тертя в своїх лабораторіях ще з 2006 року. «Ми розробили багатокомпонентну суміш, випробували її на фрикційної установці і виявили, що ми можемо зменшити тертя ковзання між типовими компонентами, такими як поршні і вкладиші, на 50 відсотків», – говорить Манн.

Дивіться також: Як відрізнити підробку моторного масла

Як правило, це знижує тепловиділення, втрату потужності, витрата палива і знос, але нова трикомпонентна нанотехнологія Miller, відома як Nanodrive, йде далі. Крихітні наночастинки, такі як мікроскопічні шарикопідшипники, завдяки високому тиску і полімерної структурі концентруються на поверхнях зносу та забезпечують їх захист. Поки це рішення доступно тільки в елітних гоночних оліях Miller, але стосовно розглянутої системи «стоп-старт» вона також може зменшити знос при кожному повторному старті.

Теоретично, при використанні технологій підшипника ковзання та мастила з низьким тертям потенційна загроза ресурсу двигуна повинна бути подолана. Але нинішні технології все ще відносно нові, і тільки час може довести або спростувати їх ефективність. Крім того, агрегатування наночасток на поверхні змащувань деталей автоматично призводить до локального підвищення в’язкості до моменту формування стійкої молекулярної зв’язку, що при певних умовах може чинити негативний вплив.

Чи дійсно система «стоп-старт» економить паливо

Технологія «стоп-старт»: довгостроковий вплив на двигун автомобіля
З урахуванням того факту, що справний двигун на холостих обертах під час простою на світлофорі або в пробці споживає вкрай невелику кількість палива, а в момент запуску цей показник суттєво перевищує усереднену величину, виникають цілком обґрунтовані сумніви в ефективності використання подібних систем економії.

Показники економічності є причиною запеклих суперечок, а реальні величини безпосередньо залежать від режиму їзди і характеру водіння. Очевидно, що тривалий час простою забезпечує більшу економію пального, однак слід брати до уваги те, що в деяких випадках електроніка не дозволить заглушити мотор — наприклад, якщо двигун холодний, система не буде його відключати, щоб забезпечити повноцінний прогрів. Електроніка може не глушити двигун, якщо рівень акумулятора знаходиться нижче заданої величини, а також якщо, як у системі Volvo, водій розстебнув свій ремінь безпеки або включив кондиціонер.

За твердженнями екологів, система «стоп-старт» також призначена для зниження викидів в міських районах, де руху автотранспорту вкрай утруднено і час простою значно збільшується, що робить подібні технології не тільки вигідними, але і безпечними. Це досить спірний аргумент, оскільки, як і у випадку з витратою палива, робота на холостих обертах зводить викиди до мінімального рівня, а от запуск супроводжується різким виділенням шкідливих речовин з вихлопної труби.

Що ж стосується економічності, настільки важливою для кінцевого споживача, не варто забувати і про те, що величина витрати палива повинна бути не просто нижче, ніж у такого ж двигуна без системи «стоп-старт», її зниження має окупати подорожчання конструкції автомобіля, потенційне зниження його ресурсу, а також зростаючу складність обслуговування.

Технологія «стоп-старт»: довгостроковий вплив на двигун автомобіля

В кінцевому підсумку, на нинішньому етапі розвитку технологій машинобудування ефективність даних електронних систем при тривалій експлуатації зовсім не так велика, як заявляють розробники і маркетологи. Таким чином, робити остаточні висновки ще рано, оскільки величезна кількість робіт у цьому напрямку, а також думки різних експертів зводяться до того, що потрібні тривалі ресурсні випробування, які дозволять поставити крапку в цьому питанні.

Автор: Сергій Василенков