Samochodowe systemy start-stop
CLICK HERE TO DOWNLOAD
Kilkadziesiąt lat temu niemieccy naukowcy przeprowadzili testy trakcyjne na Audi LS z silnikiem o mocy 55 kW. Testy wykazały, że samochód zużywał 0,35 cm3 paliwa na biegu jałowym i 1,87 cm3 podczas ruszania. Jest więc jasne, że wyłączenie silnika na biegu jałowym na dłużej niż 5 sekund może zaoszczędzić trochę paliwa.
Możliwość zmniejszenia zużycia paliwa poprzez wyłączenie silnika nawet podczas bardzo krótkiego postoju, a następnie jego ponowne uruchomienie, doprowadziła do opracowania systemów sterowania, które wykonują te czynności automatycznie.
Dobrym przykładem takich systemów jest rozwiązanie wprowadzone przez Volkswagena na początku lat 80-tych. Silnik mógł być wyłączany przez kierowcę lub automatycznie, w zależności od prędkości samochodu, temperatury silnika i położenia dźwigni zmiany biegów. Był on włączany przez rozrusznik, gdy kierowca wrzucał pierwszy lub drugi bieg i wciskał pedał gazu bez puszczania sprzęgła. Gdy prędkość samochodu spadała poniżej 5 km/h, system zatrzymywał silnik zamykając kanał powietrza biegu jałowego. Jeśli silnik nie był wystarczająco rozgrzany, czujnik temperatury zapobiegał jego zgaśnięciu. Miało to na celu zmniejszenie zużycia rozrusznika, ponieważ uruchomienie rozgrzanego silnika zajmuje znacznie mniej czasu niż uruchomienie zimnego silnika. Ponadto system sterowania zmniejszał obciążenie akumulatora poprzez wyłączenie ogrzewania tylnej szyby.
Obecnie samochody są coraz częściej wyposażone w podobne systemy kontroli, które są odpowiedzialne za uruchamianie i zatrzymywanie silnika. Systemy te są powszechnie nazywane Start-Stop, Start&Stop lub Stop-and-Go.
Rozrusznik w systemach Start-Stop
W większości systemów Start-Stop stosowanych w samochodach silnik jest uruchamiany za pomocą konwencjonalnego rozrusznika. Ponieważ jednak samochód jest uruchamiany bardzo często, rozrusznik musi być bardziej wytrzymały niż konwencjonalny rozrusznik. Dlatego też został on wyposażony w mocniejszy silnik elektryczny i odporne na zużycie szczotki. Ponadto zmieniono sprzęgło jednokierunkowe w mechanizmie sprzęgła i poprawiono kształt kół zębatych.
Wszystkie te innowacje skutkują mniejszym hałasem generowanym przez obracający się rozrusznik, co ma niemałe znaczenie dla komfortu jazdy, biorąc pod uwagę, że często uruchamiamy silnik.
Odwracalny alternator
Nawet zmodernizowany i wzmocniony rozrusznik nie nadaje się do pracy ciągłej. Inaczej jest jednak w przypadku alternatora, którego wirnik obraca się od momentu uruchomienia silnika aż do jego zatrzymania. Stąd prawdopodobnie wziął się pomysł obracania alternatora wraz z wałem korbowym podczas rozruchu, zamieniając go w silnik elektryczny. Firma Valeo opracowała taki alternator rozruchowy dla systemów Start-Stop o nazwie StARS (Starter Alternator Reversible System)
System opiera się na odwracalnym silniku elektrycznym, który pełni funkcje zarówno rozrusznika, jak i alternatora. Odwracalny alternator można łatwo zamontować w miejsce konwencjonalnego alternatora. Umożliwia on bardzo łagodny rozruch. W porównaniu do klasycznego rozrusznika, nie ma procesu sprzęgania, więc nie jest wytwarzany dodatkowy hałas.
Podczas rozruchu alternator rewersyjny staje się silnikiem elektrycznym. Dlatego jego uzwojenia twornika muszą być zasilane napięciem przemiennym, podczas gdy napięcie stałe musi być dostarczane do uzwojenia wzbudzenia (wirnika). Aby uzyskać napięcie przemienne z alternatora pokładowego, wymagane jest użycie tak zwanego falownika.
Ponadto uzwojenia twornika nie mogą być zasilane napięciem przemiennym przez regulator napięcia i mostki diodowe. W momencie rozruchu alternator z falownikiem staje się silnikiem elektrycznym o mocy do 2-2,5 kW i momencie obrotowym 40 Nm. Pozwala to na uruchomienie silnika w czasie od 350 do 400 ms.
Gdy silnik zacznie się poruszać, napięcie przemienne przestaje przepływać przez uzwojenia twornika. Alternator rewersyjny ponownie staje się generatorem prądu przemiennego z regulatorem napięcia i diodami podłączonymi do uzwojeń twornika w celu zapewnienia stałego napięcia w układzie elektrycznym pojazdu.
Ponadto inni producenci wyposażają silnik w dodatkowy konwencjonalny rozrusznik i alternator rewersyjny, aby włączyć silnik po raz pierwszy po dłuższym okresie bezczynności.