Система старт-стоп и ее применение в автомобилях Subaru

Последнее время для экономии топлива и сокращения вредных выбросов многие автопроизводители оснащают автомобили системой старт-стоп. Ожидается, что к 2022 году 55 миллионов продаваемых ежегодно автомобилей будет оснащено системами старт-стоп. В Европе, где стоимость топлива существенна, около 45% новых автомобилей уже оснащено системой старт-стоп. Производители декларируют снижение расхода топлива при использовании этой системы от 6% до 31%, однако многие автомобилисты не доверяют таким системам, считают их раздражающими или опасаются износа двигателя или поломки стартера. Существует и такое мнение, что эти системы - больше навязанная законодательством бесполезная пустышка и очередное маркетинговое ухищрение автопроизводителей, выгодное больше им, чем автомобилистам. Многие автовладельцы даже выключают ее сразу же, как только садятся в свои машины. Что же это такое и действительно ли она помогает сэкономить?

Идея крайне проста: пока автомобиль стоит в пробке или ждет пассажиров, можно выключить двигатель. В принципе, в затяжных пробках многие водители и сами выключают двигатель, но эта система делает это автоматически, даже на светофорах. Первые эксперименты по созданию такой системы предприняла компания Toyota в середине 1970-х годов, установив на свою модель Crown устройство, выключающее двигатель после 1,5-секундного простоя. Тестирование в городском потоке Токио показало снижение расхода топлива на 10%. Первые автомобили  Subaru, оснащенные системой старт-стоп (Idling Stop System) были продемонстрированы в Японии в 2011 году, в России  Subaru XV с системой старт-стоп стал доступен для покупки только в этом году.

Конечно, работа такой системы создает повышенную нагрузку на аккумулятор, стартер и сам двигатель. Если обычный автомобиль за свой срок службы пройдет через 50 000 циклов остановки/запуска двигателя, то автомобиль с системой старт-стоп может испытать до 500 000 таких циклов. Это создает повышенную нагрузку как на стартер с аккумулятором, так и на двигатель, подшипники коленвала которого соприкасаются с шейкой коленвала без масляной пленки при старте двигателя. Поэтому автомобили с такой системой оснащаются усиленными стартерами и аккумуляторами, которые могут выдержать большее число запусков, обеспечивают больший пусковой ток, быстрее заряжаются и выдерживают глубокие разряды,  используются улучшенные масла и материалы для подшипников коленвала, чтобы уменьшить износ двигателя от частых стартов.

По принципу работы системы старт-стоп делятся на три основных типа:

1. Первый вариант такой системы мало отличается от обычного автомобиля. Система следит за движением автомобиля и действиями водителя и глушит двигатель через определенное время после того, как автомобиль останавливается. Когда водитель отпускает педаль тормоза (или выжимает педаль сцепления на автомобилях с механической коробкой передач) двигатель запускается.
2. Второй вариант использует совмещенный стартер-генератор - устройство, которое может работать как в качестве стартера, так и в качестве генератора. Впервые такую систему представила компания Citroën в 2006 году. Производить такой стартер-генератор стали французская компания  Valeo  и японская Denso. Такой стартер-генератор работает бесшумно и затрачивает меньшее время на пуск двигателя.
3. Третий вариант предложила компания Mazda под названием SISS (Smart Idle Stop System). Такая система не требует внедрения специальных элементов, или узлов. Блок управления двигателем при помощи датчика положения коленчатого вала останавливает двигатель в определенном положении, способствующем его последующему пуску. Когда водитель отпускает педаль тормоза и система определяет, что необходимо запускать двигатель, топливо подается в цилиндр, находящийся на такте рабочего хода, и  воспламеняется искрой от свечи зажигания, тем самым облегчая работу стартера и уменьшая время запуска. Эта система работает только на автомобилях с автоматической трансмиссией.

Существуют определенные нюансы в работе системы старт-стоп- например, она не выключает двигатель, если включены мощные потребители электроэнергии (кондиционер, обогрев заднего стекла и т.п.), при движении с небольшой скоростью или маневрировании, при сильном разряде аккумулятора, и т.п.

Система старт-стоп работает только при скорости движения выше 4 км/ч, при этом водительская дверь должна быть закрыта, а сам водитель должен быть пристёгнут, производители могут устанавливать дополнительные условия. Кроме того, система не будет включаться в непрогретом автомобиле и в условиях минусовых температур, поэтому у нас  зимой  такая система чаще всего работать не будет.

На автомобилях Subaru применяется система старт-стоп первого типа, но с определенными усовершенствованиями. Для системы "старт-стоп" Subaru (Idling Stop System или ISS) используется стартер с так называемыми “тандемными соленоидами”. Применение этого стартера позволяет сократить промежуток времени между остановкой и запуском двигателя, а, стало быть, и началом движения автомобиля приблизительно до 0,2 секунды. Также на автомобили Subaru с системой старт-стоп установлены специально разработанные реле катушки зажигания и стартер, которые  повторно запускают двигатель в течение всего лишь 0.35 секунд после того как водитель отпустил педаль тормоза. Функцию автоматического запуска/остановки двигателя можно отключить с кнопки в салоне.

Стартер Subaru с тандемными соленоидами был разработан, чтобы справляться с ситуациями, когда двигатель уже останавливается, но все еще крутится по инерции, и в этот момент водитель намеревается продолжить движение. Обычная система старт стоп в такой ситуации не может включить стартер, потому что маховик двигателя еще крутится, а шестерня стартера - нет. В результате может случиться поломка зубьев шестерни или как минимум неприятный хруст. В усовершенствованной  Idling Stop System Subaru для того, чтобы избежать поломки, стартер запускается еще до того, как шестерня стартера и маховик вошли в зацепление, при этом первый соленоид в «тандеме» отвечает за возбуждение электромотора стартера и синхронизацию скорости его вращения с маховиком двигателя автомобиля.  Второй соленоид плавно передвигает шестерню стартера и приводит ее в зацепление с зубчатым венцом маховика.

Система старт-стоп Subaru с помощью тандемных соленоидов, установленных в стартере, действует более быстро, чем традиционная система старт-стоп. Если автомобильный поток начинает двигаться, как только автомобиль остановился, традиционной системе старт-стоп потребуется какое-то время для того, чтобы подождать пока двигатель полностью остановится и только потом она сможет перезапустить его. Однако система старт-стоп Субару сокращает это время ожидания до 0,2 секунды, и может вновь инициировать двигатель гораздо быстрее, подключив специальный стартер напрямую к блоку питания еще до того, как вращения двигателя полностью прекратилось.

На автомобилях Subaru, оснащенных вариатором  Lineartronic CVT двигатель выключается через 0.5 секунды после того, как автомобиль останавливается. Когда педаль тормоза отпускают, двигатель запускается спустя 0.35 секунд.

На Subaru Impreza с шестиступенчатой механической трансмиссией двигатель также выключается через 0.5 секунды после того, как автомобиль останавливается, когда автомобиль на нейтрали или отпущена педаль сцепления. Он снова запускается через 0.35 секунды после того, как выжимается сцепление.

Достигаемая экономия топлива с использованием этой системы, очевидно, зависит от количества остановок и стартов при движении, но домашние испытания во время типичного движения в час пик в пробках показали, что двигатель останавливается на время до 20 процентов от продолжительности поездки. За реальной экономией топлива можно наблюдать, используя многофункциональный дисплей, который показывает общее время поездки, время остановки двигателя и экономию топлива в мл.

Как же работает система старт-стоп Subaru в реальности и действительно ли она позволяет сэкономить топливо?

Австралийские журналисты испытали Subaru Outback 2.5 Premium и ездили на нем неделю в обычных условиях, сочетая городскую езду и загородные поездки; вероятно, это довольно типичный режим использования автомобиля у среднего владельца.

За неделю они проехали общее расстояние в 402 км, при этом бортовой компьютер показал средний расход топлива за неделю в 8.3 л/100 км (официальные цифры расхода топлива для 2.5-литрового четырехцилиндрового Outback с горизонтально-оппозитным двигателем составляют 7.3 л/100 км)

За эту неделю, опять же в соответствии с показаниями бортового компьютера, они стояли на месте с выключенным системой старт-стоп двигателем в сумме 22 минуты и 43 секунды. На самом деле, как рассказывают испытатели, они стояли на месте намного больше, но с работающим мотором. Не вполне понятно, почему так получилось. Правда, все время был включен кондиционер, но обогреватель заднего стекла не включался, и система старт-стоп не выключалась принудительно. Интересно, что в предыдущем их опыте, проведенном с с Mazda 3, оснащенной своим вариантом системы старт-стоп (SkyActiv) двигатель вообще ни разу не выключился за целую неделю городской езды.

Вот итог испытаний. На то, чтобы проехать 402 км на Субару, было потрачено 48.43 литра бензина Аи-91. При средней цене 1.42$ за литр, это дает 68.78$. Бортовой компьютер показал, что было сэкономлено 0.603 литра топлива, и мотор был заглушен на 22 минуты 43 секунды. Это дает суммарную экономию 86 центов.

Если экстраполировать этот эксперимент на целый год, то это означает суммарный ежегодный пробег в 20 904 км, кстати, удивительно близко к среднему расстоянию, которое проезжает за год «средний» австралийский автомобилист, который, правда, существует, лишь в воображении. При расходе 8.3 л/100 км ежегодный расход топлива составил бы 1735 литров, стоимостью 2464$ (предполагая, что цена остается на уровне 1.42$ на литр). Если бы оказалось возможным достигнуть заявленных производителем цифр расхода топлива в 7.3 л/100 км, числа были бы такими: 1526 литров использованного топлива, стоимостью 2167$. Экономия 0.603 литра топлива каждую неделю соответствует 31.36 литров экономии, или сэкономленные 44.50$. Не будем глубоко забираться в скучные вычисления, но 31.36 литров - это 1.8% от 1735. Это намного меньше заявленной выгоды «от пяти до семи процентов».

Однако эти числа могут заметно изменится, если большинство поездок будет  совершаться в городе или поблизости (и очевидно, что этот тест австралийских журналистов, как говорят статистики, нерепрезентативен). Но с другой стороны, планируемой экономии на бензине надо противопоставить возможные более значительные расходы на замену интенсивно используемого аккумулятора и более высокие расходы на запасные части для усиленных узлов и деталей, которые удовлетворяют условиям технологии старт-стоп.

По мнению журналистов журнала «За рулем» система старт-стоп, установленная на автомобиль, экономит топливо, когда авто двигается по неоживленным магистралям и полупустым дорогам, и иногда останавливается на светофорах. Если ездить постоянно по пробкам система ничего не сэкономит.

Кроме экономии необходимо учитывать еще одну важную вещь - сокращение выброса CO2, а это важно и с каждым годом будет становиться все важнее, даже, несмотря на то, что оно не влияет в данный момент непосредственно на ваш кошелек.

Критическое отношение понятно, и для некоторых людей раздражающие аспекты технологии старт-стоп не перекрываются заявленными преимуществами. Несомненно, что технология старт-стоп помогает производителям достичь более приемлемых цифр расхода топлива и выбросов. А что касается того, дает ли она реальные преимущества покупателям, окончательный вывод еще не ясен.