汽车发动机启停系统的研究

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摘要： 由于汽车保有量迅速增加，拥堵十分严重，导致废气排放成为影响城市空气质量的重要因素，石油资源消耗巨大。本文主要研究启停装置工作过程，是在停车阶段自动切断发动机使油耗减少，并在驾驶员欲起步时自动再次启动发动机，减少在怠速时产生的污染物及油耗。

Abstract： Due to the rapid increase of car ownership， traffic jam becomes very serious and consequently automobile exhaust has become the important factor affecting the urban air quality and oil resources consumption becomes huge. This paper mainly studies the working process of the start-stop system， which automatically cuts off the engine in stopping phase to reduce oil consumption and starts the engine automatically again when the driver is going to start thus reducing pollution and oil consumption in idle speed.

关键词： 启停系统；蓄电池；发动机

Key words： start-stop system；storage battery；engine

中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）22-0023-02

1 研究背景

由于城市拥堵十分严重，导致废气排放成为影响城市空气质量的重要因素，据统计京津地区PM2.5的污染中，机动车的尾气占30%，成为城市中重要污染物之一。同时，现在能源日渐减少，价格上升。而汽车在怠速时，其油耗是正常行驶时的1.4倍。我国一些城市，曾建议驾驶员在停车等候交通信号灯或交通拥堵超过一分钟，驾驶员需关闭发动机，以减少有害物质的排放。但此项规定没有强制性，操作复杂，所以执行情况并不好，所以交通工具必须寻找一种节约。根据这个出发点开发了启停（Start-Stop）装置，能在轨道道口或者交通信号灯前停车时自动短时切断发动机，当要继续行驶时不用操作点火钥匙就能启动发动机。根据法国PSA公司的研究，怠速停机可减少车辆的百公里油耗约2.5%～10%。

2 系统介绍

启停装置主要作用是在停车阶段自动切断发动机使油耗减少，并在驾驶员欲起步时自动再次启动。一旦汽车在以至少3km/h速度起步约4秒钟后行驶，就自动激活启停装置工作。启停装置的功能是通过发动机管理系统执行的，集成在发动机控制器软件内。启停装置规定用对启停装置非常重要的是，要了解启动器电池的充电状态是否允许发动机再次启动。这个过程被称之为启动电压预告。它说明已对重新启动发动机的所有特性和数值进行了分析。从而在蓄电池状态和发动机万有特性曲线之间进行一种不间断的对比。根据启动电压预告决定是否可以执行启停装置工作，或是否切断某些用电器，这是为了不再继续提高电流需用量。有关这方面情况目前涉及座椅加热装置、后风窗加热装置、视镜加热装置、转向盘加热装置和电加热器。这些器件在发动机再启动前必须防备性地予以切断，在发动机启动这个时间点停止工作。

3 系统工作过程

我们以手动变速器为例介绍启停装置工作过程。汽车以50km/h驶近红灯。驾驶员切换到低速挡并踩刹车汽车减速直至停住。驾驶员使汽车进入怠速状态并松开离合器踏板。启停装置切断发动机。仪表板显示器上有一个启停标识表示准备再次接通。交通信号灯转换到绿灯。驾驶员踩踏离合器踏板。启停装置再次自动接通发动机。仪表板显示器上的启停标识熄灭。驾驶员挂挡使汽车加速继续行驶。

4 系统工作条件

为了能使启停装置切断发动机，驾驶员除了手工操作离合器、换挡装置和制动器外，还必须满足下面条件。

4.1 正常工作条件：

①发动机停运的条件汽车停住（车速=0km/h）。

②发动机转速低于1200n/min。

③冷却剂温度在25℃和100℃之间。

④制动真空在550mbar以上。

⑤蓄电池能够提供在“发动机切断”之前计算出的为再次启动发动机所需要的电能（启动电压预告）。

⑥蓄电池温度大于或者等于-1℃和小于55℃。

⑦对乘员的空气调节要求不要太高。

⑧出风口额定和实际温度间的差值低于8℃。

⑨柴油颗粒过滤器不进行回收工作（仅柴油机）。

继续行驶-发动机启动。

由启停装置再次自动启动发动机必须满足下面阐明的条件。

①发动机启动的条件。

②驾驶员已系上安全带（安全带锁已入扣）。

③发动机罩盖已关闭。

④驾驶员车门已关闭（该条件只有在以后的进度表才能集成进入系统）。

⑤是手动变速器车型。

⑥操作离合器踏板。

⑦变速杆处在中间位置。

⑧或者是双离合器变速器。

⑨松开制动踏板。

4.2 下面的情况影响在驾驶员没有对此故意操作，但由于特定的环境或要求下，有可能启动发动机：

①行驶状态发生变化（例如：在制动松开后从停车状态开始滚动）。

②由乘员激活汽车内部系统（例如：激活除霜器）。

③汽车系统的环境条件发生变化（例如：外界温度）。

根据汽车装备，下列条件亦可能起着作用：

①汽车在向下倾斜的马路上从停车状态开始滚动。必须制动助力和转向助力。

②如果汽车滚动速度高于3km/h，则发动机自动启动。

③发动机的冷却温度不在25℃和100℃之间。

④制动助力不够。

⑤蓄电池的充电状态不够。

⑥操作除霜器按键。

⑦提高鼓风机档级大于四级

⑧在空调设备上提高暖风或者冷风要求（出风口额定-实际温差>8℃）。

⑨为了保证启停装置工作激活时再次启动发动机，可对某些辅助用电器或者舒适，例如：座椅加热，在发动机停运后不予接通。

4.3 系统在工作中，如果由于某些原因可能会造成发动机不能正常启动，或影响到发动机的正常工作，发动机启停系统会中断工作。除了已经说明的发动机停运或自动发动机启动的影响因素外，下列条件导致启停装置工作中断：

①启停装置已被启停装置工作按键切断。

②蓄电池的充电状态不能再次启动发动机（启动电压预告）。

③除霜功能被激活。

④前风窗玻璃加热装置被激活。

⑤空调设备操作元件上调节的温度与实际车内温度偏差8℃以上。

⑥发动机转速大于1200n/min。

⑦发电机失灵，例如：三角皮带撕断。

5 小结

随着道路交通情况的恶化、石油资源的匮乏以及空气的污染日益严重，本文介绍了发动机起停系统的在这三方面的优点，介绍了起停系统的工作过程和工作条件，为继续此项研究奠定了一定基础。

参考文献：

[1]Johnson Controls. Powertrain Strategies for the 21stCentury[M].2011.

[2]Jose Pessis. PSA Peugeot Citroen Stop & Start.

[3]The 21st Worldwide Battery，Hybrid and Fuel.Cell Electric Vehicle Symposium & Exhibition.

[4]朱敏慧.start-stop的中国前景[J].汽车与配件，2009.

[5]US Headquarters.Bosch Leading The Stop-Start Market[J]. Automotive Electronics，2009.