Start Stop Systems. Κοσµίδης Γιώργος. Κορέτσης Γιώργος

Transcript

1 Start Stop Systems Κοσµίδης Γιώργος Κορέτσης Γιώργος

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Ιστορική αναδροµή 2 Υπάρχοντα συστήµατα start stop και γενική αρχή λειτουργίας..3 Start stop system της Bosch.5 Stars της valeo...7 i-stop της mazda. 8 Γενικά µέρη του start stop...9 1

3 Ιστορική αναδροµή Το σύστηµα Start Stop δοκιµάστηκε για πρώτη φορά στα µέσα της δεκαετίας του 1970, όταν η Toyota Corporation το εφάρµοσε σε ένα sedan Crown. Μια ηλεκτρονική συσκευή έσβηνε αυτόµατα τον κινητήρα µετά από στάση 1,5 δευτερόλεπτου. οκιµές έδειξαν περίπου 10% βελτίωση στην οικονοµία καυσίµου σε συνθήκες κυκλοφορίας στο Τόκυο. Κάποιες από τις πρώτες αυτοκινητοβιοµηχανίες που το χρησηµοποίησαν ήταν η Volkswagen µε το Formel E και η Fiat regata µε το ES. To 1994 η Volkswagen group τοποθέτησε το σύστηµα start stop στο golf ecomatic και το 1999 στο lupo και στο audi A2. Το σύστηµα start stop εκείνη την εποχή δεν είχε µεγάλη απήχηση στους καταναλωτές λόγο του υψηλού κόστους και της αποτυχίας να πείσουν το κοινό για τα οφέλη του.παρ όλα αυτά τα lupo και Audi A2 (στις 3λιτρες εκδόσεις τους) ακόµα κατέχουν το παγκόσµιο ρεκόρ οικονοµίας κατανάλωσης καυσίµου. Το 2006 η citroen το εφάρµοσε στα C2 και C3 ονοµάζοντάς το stop and start. Το 2008 η BMW το χρησιµοποίησε για πρώτη φορά στο Mini για να υποστηρίξει το σλόγκαν της για τα οικονοµικά αυτοκίνητα. Οι Ιαπωνικές αυτοκινητοβιοµηχανίες δεν έµειναν άπραγοι από το 1970 συνέχιζαν να το βελτιώνουν και έτσι το 2010 η mazda το χρησιµοποιεί σε κάποια από τα αυτοκίνητά της. Οι ευρωπαϊκές Renault, Fiat και alfa romeo το εφάρµοσαν στα δικά τους αυτοκίνητα τις χρονιές 2008 και

4 Υπάρχοντα συστήµατα start stop και γενική αρχή λειτουργίας Οι ραγδαίες εξελίξεις στην τεχνολογία και γενικότερα στο περιβάλλον δηµιούργησαν την επιτακτική ανάγκη για εισαγωγή νέων συστηµάτων βελτίωσης κατανάλωσης και εκποµπής ρύπων στις ήδη υπάρχουσες Μ.Ε.Κ. (Μηχανές Εσωτερικής Καύσης). Το σύστηµα Stop-Start είναι σχεδιασµένο για την εξοικονόµηση καυσίµων, τη µείωση των εκποµπών και του θορύβου από τη µείωση του χρόνου λειτουργίας του κινητήρα στο ρελαντί. Σύµφωνα µε χρόνιες µετρήσεις ο χρόνος λειτουργίας του κινητήρα στο ρελαντί αποτελεί το 30% από τον συνολικό χρόνο λειτουργίας του κινητήρα. Αυτό οφείλεται στις συχνές στάσεις στα φανάρια, διαµονή στην κυκλοφοριακή συµφόρηση, που είναι χαρακτηριστικά µιας πόλης. Μέχρι προ λίγο το σύστηµα start-stop εφαρµόζονταν κυρίως στα υβριδικά οχήµατα. Σήµερα η κατάσταση έχει αλλάξει ριζικά. Όλες οι µεγάλες αυτοκινητοβιοµηχανίες διαθέτουν στην γκάµα των µοντέλων τους οχήµατα εξοπλισµένα µε αντίστοιχα συστήµατα. Οι ειδικοί προβλέπουν µέχρι το 2015 τα µισά από τα αυτοκίνητα που θα βγαίνουν από την παραγωγή θα εξοπλίζονται µε το σύστηµα start-stop. Η λειτουργία του συστήµατος stop-start είναι η απενεργοποίηση του κινητήρα όταν σταµατήσει το αυτοκίνητο και γρήγορη εκκίνηση του όταν πατάτε το πεντάλ του συµπλέκτη (µηχανικό κιβώτιο) ή αφήνετε το πεντάλ του φρένου (αυτόµατο κιβώτιο). 3

5 οµικά το σύστηµα start-stop περιλαµβάνει τα ακόλουθα στοιχεία: συσκευή η οποία παρέχει πολλαπλές εκκινήσεις του κινητήρα σύστηµα διαχείρισης (αισθητήρες, ηλεκτρονική µονάδα ελέγχου κτλ) Υπάρχουν διάφορες προσεγγίσεις για την υλοποίηση της λειτουργίας των πολλαπλών εκκινήσεων του κινητήρα: 1. ενισχυµένη µίζα 2. αντιστρέψιµη γεννήτρια (µίζα γεννήτρια) 3. έγχυση στους κυλίνδρους και την ανάφλεξη του µείγµατος Στο παραπάνω σχήµα οι κόκκινες γραµές είναι οι εντολές που δίνει η Ηλεκτρονική µονάδα ελέγχου για το σβήσιµο ή το ξεκίνηµα του κινητήρα και οι µπλέ γραµµές οι πληροφορίες που παίρνει η ηλεκτρονική µονάδα ελέγχου από τους αισθητήρες για να πράξει ανάλογα. 4

6 Τα συστήµατα που χρησιµοποιούνται σήµερα είναι : Το start stop της Bosch Το stars της valeo Το i-stop της Mazda Start stop system της Bosch Το απλούστερο και πιο αξιόπιστο όσον αφορά το σχεδιασµό είναι το σύστηµα Stop & Start της Bosch. Χάρην του συγκεκριµένου συστήµατος η ονοµασία "stop-start" έχει γίνει συνώνυµο µε το όνοµα των άλλων παρόµοιων συστηµάτων. Το σύστηµα Stop & Start εγκαθίσταται σε αυτοκίνητα των BMW και Audi, µειώνοντας την κατανάλωση του καυσίµου και τις εκποµπές κατά 8%. Το σύστηµα βασίζεται στην ενισχυµένη µίζα, που έχει σχεδιαστεί για µεγαλύτερο αριθµό εκκινήσεων και έχει µεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Η µίζα είναι εξοπλισµένη µε ενισχυµένο µηχανισµό εκκίνησης χαµηλού θορύβου που εγγυάται γρήγορη, αξιόπιστη και αθόρυβη εκκίνηση του κινητήρα. 5

7 Το σύστηµα ελέγχου εκτελεί τις ακόλουθες λειτουργίες: το σβήσιµο του κινητήρα την εκκίνηση του κινητήρα την παρακολούθηση της φόρτισης της µπαταρίας. Όπως όλα τα σύγχρονα ηλεκτρονικά συστήµατα ελέγχου το σύστηµα ελέγχου Stop & Start περιλαµβάνει: αισθητήρες εισόδου µονάδα ελέγχου ενεργοποιητές Στους αισθητήρες εισόδου ανήκουν : αισθητήρας ταχύτητας στροφαλοφόρου άξονα αισθητήρας θέσης του πεντάλ του συµπλέκτη (του πεντάλ του φρένου) αισθητήρας επίπεδου φόρτισης της µπαταρία Και όλοι οι υπόλοιποι γνωστοί αισθητήρες διαχείρισης του κινητήρα Το σύστηµα δεν διαθέτει δικιά του µονάδα ελέγχου, και χρησιµοποιεί τις δυνατότητες της µονάδας ελέγχου του κινητήρα, η οποία έχει το κατάλληλο λογισµικό. Οι ενεργοποιητές του συστήµατος είναι: εγχυτήρες συστήµατος ψεκασµού καυσίµου σύστηµα ανάφλεξης µίζα Η λειτουργία του Stop & Start έχει ως εξής. Όταν σταµατήσετε το αυτοκίνητο στο φανάρι ή στην κίνηση οι αισθητήρες στροφαλοφόρου άξονα, συµπλέκτη(ή φρένου για αυτόµατα κιβώτια), αισθητήρας νεκράς και επιπέδου φόρτισης µπαταρίας δίνουν πληροφορίες στην ECU και αυτή ανάλογα σβήνει ή µη τον κινητήρα. Η τροφοδοσία των καταναλωτών του ηλεκτρικού ρεύµατος (air condition, σύστηµα ψηχαγωγίας και άλλα) γίνεται από την µπαταρία. Πατώντας το πεντάλ του συµπλέκτη (αφήνοντας το πεντάλ του φρένου σε ένα αυτοκίνητο µε αυτόµατο κιβώτιο ταχυτήτων), το σύστηµα ενεργοποιεί τη µίζα και εκκινεί τον κινητήρα και το όχηµα συνεχίζει την πορεία του. Η 6

8 παραπάνω διαδικασία επαναλαµβάνεται κάθε φορά που σταµατάει το όχηµα. Εάν το επίπεδο της φόρτισης της µπαταρίας πέσει κάτω από µια προκαθορισµένη τιµή, το σύστηµα βασίζεται στο σήµα του αντίστοιχου αισθητήρα και βγαίνει εκτός λειτουργίας. Το σύστηµα ξαναενεργοποιείται όταν η µπαταρία φορτιστεί. Το σύστηµα µπορεί να απενεργοποιηθεί µε ένα ειδικό κουµπί στο ταµπλό. Μια παρόµοια κατασκευή έχει το σύστηµα ISG (Idle Stop & Go) από την Kia Motors. Η κύρια διαφορά αυτού του συστήµατος είναι η διαχείριση της γεννήτριας του κινητήρα. Έτσι, στα υψηλά φορτία του κινητήρα για την µειώσει κατανάλωσης καυσίµου η γεννήτρια απενεργοποιείται και κατά το φρενάρισµα ξαναενεργοποιείται και φορτίζει τη µπαταρία. Σε περίπτωση πτώσης της ισχύς της µπαταρίας κάτω από το 75% της προκαθορισµένης τιµής, το σύστηµα απενεργοποιείται. Το σύστηµα απενεργοποιείται επίσης κατά τη χρήση του κλιµατιστικού. Stars της valeo Το σύστηµα STARS (Starter Alternator Reversible System), που κατασκευάζεται από την Valeo, λειτουργεί χρησιµοποιώντας µια αναστρέψιµη γεννήτρια. Το σύστηµα είναι εγκατεστηµένο σε αυτοκίνητα Citroen, Mercedes, και µειώνει την κατανάλωση καυσίµου έως και 10%. Αναστρέψιµη γεννήτρια είναι ένας εναλλακτήρας, ο οποίος, ανάλογα µε τις συνθήκες µπορεί να λειτουργήσει ως γεννήτρια ή ως σύστηµα εκκίνησης. Αντίστροφη λειτουργία της γεννήτριας παρέχει ένας 7

9 ειδικός ιµάντας και προεντατήρες, επιτρέποντάς την µεταφορά της δύναµης σε δύο κατευθύνσεις. Η αναστρέψιµη γεννήτρια λειτουργεί αθόρυβα και έχει µικρότερο χρόνο εκκίνησης (0,4sec έναντι 0,8sec για τις συνηθισµένες µίζες). Ο έλεγχος του συστήµατος STARS γίνεται από µια ξεχωριστή ηλεκτρονική µονάδα ελέγχου που επικοινωνεί µε τη µονάδα ελέγχου του κινητήρα. Η σύνθεση των αισθητήρων εισόδου είναι παρόµοια µε άλλα συστήµατα stop-start. Η περαιτέρω ανάπτυξη αυτού του συστήµατος είναι να χρησιµοποιούν συστήµατα πέδησης για την παραγωγή πρόσθετης ενέργειας και τη µείωση της κατανάλωσης καυσίµου. i-stop της mazda Η Mazda ανέπτυξε ένα σύστηµα SISS (Smart Idle Stop System), το οποίο είναι µια εναλλακτική λύση του συστήµατος stop-start. Σε αυτό το σύστηµα για πολλαπλές εκκινήσεις του κινητήρα χρησιµοποιείται ψεκασµός καυσίµου µέσα στους κυλίνδρους και η ανάφλεξη του µίγµατος καυσίµου-αέρα. Το σύστηµα εγκαθίστανται µόνο σε βενζινοκινητήρες άµεσου ψεκασµού. Για να εξασφαλιστεί η ορθή λειτουργία του συστήµατος SISS τα έµβολα στους κυλίνδρους σταµατάνε σε ορισµένες θέσεις που ευνοούν περισσότερο την εκκίνηση του κινητήρα. Αυτό το καταφέρνει ο 8

10 εναλακτήρας που φρενάρει τον στροφαλοφόρο άξονα σε συνεργασία µε τον αισθητήρα στροφών (που πρέπει αναγκαστικά να είναι τύπου hall για να διαβάζει την ακριβή θέση του στροφάλου). Για να ξεκινήσει ο κινητήρας εγχέεται και αναφλέγεται το µίγµα καυσίµου - αέρα. Εκτός από την ενέργεια της καύσης του µίγµατος χρησιµοποιείται και η ενέργεια του εκκινητή, ο οποίος ενεργοποιείται για ένα µικρό χρονικό διάστηµα ώστε να επισπευτεί η εκκίνηση του κινητήρα. Η µείωση της κατανάλωσης καυσίµων κατά τη χρήση αυτού του συστήµατος φτάνει το 9%. Το σύστηµα SISS συνδυάζεται µόνο µε αυτόµατα κιβώτια ταχυτήτων. Γενικά µέρη του start stop Το σύστηµα start stop αποτελείτε από κάποια εξαρτήµατα που χρησιµοποιούνται σε όλες τις παραλλαγές του. Αυτά τα εξαρτήµατα είναι : Μίζα Στα συστήµατα που χρησιµοποιούν µίζα για την εκκίνηση του κινητήρα έχουν βελτιωθεί τα παρακάτω : Ενίσχυση των ρουλµαν τα οποία δέχονται τις µεγαλύτερες καταπονήσεις Ένα βελτιωµένο πλανητικό γρανάζι Ενισχυµένο πινιόν εµπλοκής Βελτιστοποίηση του Συλλέκτη 9

11 Αισθητήρας στροφών Το αυτοκίνητο µπορεί να έχει και τους 2 τύπους αισθητήρων στροφών αλλά το i-stop της mazda χρειάζετε αποκλειστικά τύπου hall. Επαγωγικού τύπου τύπου hall 10

12 Μπαταρία Οι µπαταρίες που χρησιµοποιούν τα αυτοκίνητα µε συστήµατα start stop πρέπει να είναι µεγαλύτερης χωρητικότητας για να µπορούν να εξυπηρετούν τις καταναλώσεις όταν ο κινητήρας είναι εκτός λειτουργίας, να µπορούν να επανεκκινούν τον κινητήρα όσο το δυνατόν περισσότερες φορές και να µπορούν να φορτοεκφορτίζονταί περισσότερες φορές από µια απλή µπαταρία. Οι τύποι µπαταριών που χρησιµοποιούνται στα οχήµατα µε start stop είναι Absorbent Glass Mat (AGM) και Enhanced Flooded Battery (EFB) Αισθητήρες επιλογής νεκράς και θέσης πεντάλ συµπλέκτη ή φρένου για τα αυτόµατα. Επιλογή νεκράς θέσης πεντάλ 11

13 Εναλλακτήρας Σε ορισµένα συστήµατα ο εναλλακτήρας είναι αναστρέψιµος και λειτουργεί σαν εκκινητής, χρησιµοποιώντας ειδικούς ιµάντες και προεντατήρες που επιτρέπουν την φόρτιση και στις δυο κατευθύνσεις. Στο σύστηµα ISG ο εναλλακτήρας µπορεί και απενεργοποιείται σε υψηλά φορτία και να ενεργοποιείτε ξανά κατά το φρενάρισµα. 12