Ничто так не ошеломляет, как вид шоссе, превратившегося в парковку. Машины стоят вплотную друг к другу, медленно продвигаясь вперед с мучительной медлительностью. Психологическое давление ощущается мгновенно. Вы опаздываете на встречу, запертые в металлической коробке, ремень безопасности впивается в плечо. Начинается клаустрофобия. Выхода нет. Приходится ждать, пока затор рассосется.
Но стресс проявляется не только на ментальном уровне. Ваш двигатель продолжает работать.
В знойный июльский день вы чувствуете радиальное тепло от выхлопных труб, окружающих ваш автомобиль. Вы сжигаете бензин, никуда не двигаясь. Работа на холостом ходу — один из самых неэффективных способов использования топлива. Вы буквально выбрасываете деньги на ветер.
Расходы выходят за рамки вашего кошелька. Углекислые выбросы от двигателей внутреннего сгорания поднимаются в атмосферу. Этот смог способствует эффекту городского теплового острова, повышая локальные температуры в мегаполисах. Это двойной штраф: финансовый и экологический.
Водители ищут ответы. На фоне волатильности цен на нефть и растущих экологических опасений традиционный двигатель внутреннего сгорания кажется устаревшим. Существует решение для кошмара пробок. Оно называется система Idle-Stop.
Механика эффективности системы Stop-Start
Система Idle-Stop, часто называемая системой Start-Stop, автоматически выключает двигатель, когда автомобиль останавливается. Он перезапускается в тот момент, когда вы отпускаете тормоз или включаете сцепление. Эта технология является основой того, что в отрасли теперь называют легкими гибридами (mild hybrids).
В отличие от полных гибридов, которые используют электромотор для привода колес, легкие гибриды полагаются на двигатель для движения. Электромотор помогает только во время разгона или запитывает вспомогательные системы. Функция Idle-Stop является наиболее распространенным применением этой архитектуры легких гибридов.
Цель проста: устранить ненужный расход топлива в периоды простоя. Когда вы ждете на красном свете, двигатель «спит». Топливо не сжигается. Выбросы не выделяются. Когда вы готовы тронуться, стартер включается мгновенно. Переход происходит быстро. Современные системы свели задержку к почти незаметному уровню.
Почему традиционный холостой ход неэффективен
Двигатели внутреннего сгорания рассчитаны на работу при определенных оборотах для обеспечения оптимальной эффективности. Холостой ход поддерживает работу двигателя на низких оборотах без выполнения полезной работы. Топливовоздушная смесь сгорает, но энергия теряется из-за трения и тепла.
Рассмотрим цифры. Обычный седан может потреблять от 0,2 до 0,5 галлона топлива в час на холостом ходу. За неделю поездок через плотный трафик это складывается в значительную сумму. Вы платите не только за топливо; вы платите за износ таких компонентов, как свечи зажигания и масло, которые быстрее деградируют в условиях неэффективной работы.
Система Idle-Stop разрывает этот цикл. Отключая подачу топлива полностью во время стоянки, она сохраняет ресурсы. Она снижает нагрузку на аккумулятор и стартер, хотя эти компоненты усилены, чтобы выдерживать увеличенный цикл работы.
Роль легких гибридов в снижении выбросов
Легкие гибриды интегрируют приводной ременным стартер-генератор (BSG) или интегрированный стартер-генератор (ISG). Эти устройства обеспечивают процесс перезапуска двигателя. Они более надежны, чем обычные стартеры. Они также обеспечивают дополнительную тягу при разгоне, сглаживая передачу мощности.
Такая конструкция позволяет двигателю чаще выключаться и оставаться выключенным в течение более длительных периодов. В плотном городском трафике двигатель может быть выключен значительную часть пути. Результатом является измеримое снижение выбросов CO2.
Регулирующие органы по всему миру ужесточают стандарты топливной экономичности. Автомобильные производители внедряют технологию Idle-Stop как экономически эффективный способ соответствовать этим требованиям без перепроектирования всей силовой установки. Это постепенное изменение с кумулятивным эффектом.
Реальное влияние на топливную экономичность
Экономия топлива варьируется в зависимости от условий вождения. В пробках система Idle-Stop
Как на самом деле работают мягкие гибриды
Вы часто слышите о полных гибридах. Индустрия активно делает ставку на электрификацию, и бюджеты на маркетинг это отражают. Но мягкие гибриды также незаметно набирают популярность. Не дайте названию себя обмануть. Технически они не являются гибридами. Никакой электродвигатель не вращает колеса. Вы по-прежнему сжигаете бензин для создания вращательного движения. Аккумуляторная батарея присутствует, но ее задача совершенно иная по сравнению с тем, что вы видите в Toyota Prius или Toyota RAV4 Hybrid.
Ее основная функция — поддержка системы старт-стоп. Эта технология глушит двигатель, когда автомобиль стоит на месте или движется накатом, чтобы сэкономить топливо. Красный свет светофора? Двигатель выключен. Бензин не расходуется. Когда загорается зеленый свет и вы нажимаете на педаль, двигатель перезапускается. Это происходит настолько быстро, что вы, возможно, даже не заметите этого. Подвеска не проваливается. Руль не становится тяжелым. Создается ощущение, что двигатель никогда не глох.
Система опирается на три основных компонента: двигатель внутреннего сгорания, электростартер-генератор и высокоемкостную батарею. Энергия течет в обоих направлениях в зависимости от режима движения. Здесь вступает в игру рекуперативное торможение. Оно применяется не только при движении накатом. Когда вы движетесь и начинаете тормозить, колеса вращают электрический генератор. Эта вращательная энергия преобразуется в электричество. Генератор отправляет этот заряд в батарею. Она его накапливает. Позже, когда потребуется перезапуск, батарея подает ток через стартер. Просто. Эффективно.
Какие автомобили оснащены технологией старт-стоп?
Это не эксклюзивная технология одного производителя. Почти каждый крупный автопроизводитель внедрил ту или иную версию этой технологии во все свои модели. Вы найдете ее в компактных седанах, внедорожниках среднего размера и даже в некоторых моделях с спортивным характером. Реализация варьируется. Некоторые системы являются базовыми и глушат двигатель только при полной остановке. Другие более сложны и способны перезапустить двигатель до того, как автомобиль полностью остановится, если транспортный поток медленно продвигается вперед.
Посмотрите на сегмент компактных внедорожников. Такие бренды, как Honda, Toyota и Ford, широко внедрили эти системы в такие модели, как CR-V, RAV4 и Escape. Вы также встретите их в популярных седанах, таких как Honda Accord, Toyota Camry и Ford Fusion. Технология проникла и в сегмент экономичных автомобилей. Nissan Versa и Hyundai Elantra часто оснащаются такими системами для соответствия более строгим нормам выбросов без значительной потери мощности.
В сегменте люксовых автомобилей BMW, Mercedes-Benz и Audi используют эти системы уже много лет. Они часто сочетаются с более сложными архитектурами мягких гибридов, которые могут кратковременно помогать двигателю при разгоне. Речь идет не просто об экономии галлона бензина здесь и там. Это вопрос соблюдения нормативных требований. Города ужесточают правила по выбросам. Автопроизводителям необходимо снижать средние показатели по всему модельному ряду. Мягкие гибриды предлагают относительно недорогой путь к соответствию этим требованиям.
«Аккумуляторная батарея в мягком гибриде по-прежнему очень важна, но ее главная цель — быть частью системы старт-стоп.»
Не все системы старт-стоп одинаковы. Некоторые работают рывками. Двигатель может чихать при перезапуске. Кондиционер может временно отключаться, заставляя вас потеть в летних пробках. Другие же отработаны до совершенства. Перезапуск происходит бесшумно. Климат-контроль продолжает работать. Разница часто заключается в качестве электростартер-генератора и системы управления батареей. В автомобилях более высокого класса обычно используется более совершенная реализация. Вы платите за эту плавность.
Принятие потребителями
Реальность мягких гибридов и расцвет интеллектуальных систем стоп-старт
Давайте будем честны с самого начала. Экономия топлива благодаря мягкому гибриду не сделает вас богатым. Вы не увидите тех показателей, которые обеспечивают полные гибридные силовые установки. Но это не означает, что технология бесполезна. Системы стоп-старт — это настоящий шаг вперед для обычных двигателей внутреннего сгорания. Они направлены на борьбу с двумя главными врагами топливной экономичности: работой на холостом ходу и кошмаром пробуксовки в городском режиме «старт-стоп».
Это не новая концепция. Технология существует уже много лет, но её внедрение наконец набирает обороты. Мы наблюдаем сдвиг от нишевых решений к более широкому применению на заводах крупных автопроизводителей.
Внедрение в Европе и Японии
Большинство ранних последователей пришли из Европы или Японии. Это логично. Плотность трафика и высокие налоги на топливо в этих регионах заставили инженеров искать пути повышения эффективности там, где в других регионах могли бы просто не заморачиваться.
Возьмем MINI Cooper. Этот компактный автомобиль, выпускаемый под эгидой BMW Group, оснащается технологией стоп-старт с 2007 года. Это незаметная функция, которую часто упускают из виду покупатели, ориентированные на стиль или бренд, но её вклад накапливается с каждой тысячей миль.
За Audi последовали позже. Ко второму кварталу 2009 года немецкий автопроизводитель внедрил системы стоп-старт в модели A3, A4 и A5. Они показали, что даже покупатели премиальных седанов не освобождены от требований к эффективности.
SISS от Mazda: Воспламенение вместо прокрутки
Самое значимое недавнее развитие происходит в Mazda с моделью Mazda3. Начиная с конца 2009 года, этот автомобиль представил более умную вариацию стандартной системы стоп-старт.
Вот проблема обычных систем: они полагаются на традиционный электрический стартер. Этот стартер потребляет большой ток от аккумулятора. Перезапуск может ощущаться вялым. Есть задержка. Это убивает бесшовный опыт, которого ожидают водители.
Mazda решила эту проблему, используя сгорание для перезапуска двигателя. Они называют эту систему Smart Idle Stop System (Интеллектуальная система стоп-старт), или SISS.
Секрет кроется в прямом впрыске и точных данных с датчиков. Когда вы останавливаетесь, датчики системы позиционируют поршни двигателя в определенных положениях внутри каждого цилиндра. Это не случайно. Компьютер определяет, какой цилиндр полностью сжат и готов к воспламенению.
При перезапуске топливо впрыскивается непосредственно в этот конкретный цилиндр. Воздушно-топливная смесь воспламеняется. Двигатель мгновенно возвращается к работе. Никакого звука стартера. Никакой задержки.
Цифры не врут
Результатом этого механического изменения является измеримый эффект. Mazda утверждает, что их двигатели перезапускаются всего за 350 миллисекунд. Сравните это с обычными системами, которым требуется примерно в два раза больше времени, чтобы снова раскрутить коленчатый вал.
Прирост эффективности также вполне конкретен. Mazda сообщает о снижении расхода топлива на 10 процентов в городских условиях. Это значимо для автомобиля, который не является подключаемым гибридом. Это то улучшение, которое имеет значение, когда вы смотрите на ценник за галлон.
Это небольшое улучшение механики перезапуска меняет расклад для водителей в городе. Оно превращает раздражающую функцию в ощутимое преимущество.
Для тех, кто глубже изучает гибридные технологии и топливную экономичность, ландшафт быстро меняется. Разрыв между мягкими гибридами и полными гибридами сужается с точки зрения опыта водителя, даже если механическая сложность остается различной.
Источники
- Абелсамид, Сэм. «Парижский превью: Mazda представляет новую, более умную систему Smart Idle Stop». AutoBlogGreen.com. 10 сентября 2008 г.
- HybridCars.com. «Гибриды с двигателями Stop-Start».
- Корженевски, Джереми. «Audi объявляет о внедрении технологии stop/start». AutoBlogGreen.com. 8 мая 2009 г.
- Поллард, Тим. «MINI stop-start». CarMagazine.com. 3 сентября 2007 г.
- Ричард, Майкл Грэм. «Устали получать нуль миль на галлон? Технология stop/start для вас». Treehugger.com. 8 февраля 2008 г.
- Министерство энергетики США. «Stop/Start: Обзор».
