看似简单的启停技术,马自达也要玩出黑科技

先啰嗦两句:

不久之前,我们的浙江站上架了一台顶配的2018款马自达 阿特兹。我无意中发现了它所配备的i-ELOOP技术简直就是屌炸天的存在,并挖坑立帖竖牌坊,要给大家解析下这个技术。却不料,当我开拔杭州准备一展身手之时,这台顶配阿特兹被客户爸爸捷足先登,这番填坑行动眼看就要夭折……

幸好,上海站的同事及时给我收了一台2017款的阿特兹——收车组的同事也是很好学的,这几周一直在广撒网。


但不幸的是,这帮人功课没做足,2017款次顶配阿特兹不带i-ELOOP,所以我们正式版的填坑作业还要再等等。今天这篇文章让我们来聊聊同样被我挖坑过、同样以字母i开头的“i-Stop”启停技术:


马自达i-Stop技术简介

简而言之,世上启停技术分为三大类:

起动马达驱动式,以博世为代表;

皮带驱动式(BSG),以法雷奥为代表;

马自达i-Stop式;

其实i-Stop的结构和普通的起动马达驱动式启停系统没有什么区别,都只是创驰蓝天发动机+起动马达而已,马自达的皮带或发电机并没有拖动曲轴的能力。

【你看着按钮的成色,多么秀色可餐】

但是从使用体验上来说,马自达的i-Stop比起博世研发的传统启停系统更加柔和。它的表现和理论上最柔顺的BSG比起来,并不差劲。


(虽然有点儿土,但的确能说明问题啊!)


为什么马自达i-Stop那么秀?

硬件一样而效果不一样,唯一的解释只能是“软件不一样”。


马自达所做的仅仅是在启停系统的控制算法中,加入了一些小细节:

“创驰蓝天发动机在停机时,活塞并不处于上止点或下止点。”


为什么这么做?我们不妨来分析一下。

首先,奉上曲轴受力图一张:

不妨对曲轴进行受力分析,看看曲轴旋转的力矩和哪些因素有关:


由此可知,如果活塞恰好停在了上止点——因为创驰蓝天是4缸机,所以必然有同样多的活塞停在了下止点——连杆和曲轴曲柄方向重叠,燃烧产生的力并不会转化为曲轴旋转的力矩。


就好比你直上直下的推小车,力气再大,小车都不会挪一下。但如果力的方向变化一下(突破自锁角即可),小车就可以被推动。


如果是在发动机运行时,因为飞轮、曲轴等零部件的本身惯性,这个“死局”往往一下子就突破了。


(图片来自:nicholasbottiglieri.wordpress.com)

但如果在启动一瞬间,因为发动机零部件都没有运动,一旦活塞处于上、下止点时,点火能量是无法让曲轴旋转起来的。即便是有较小的夹角,旋转曲轴的力矩可能也比较小。所以在正常的启动车辆、启停系统工作时,发动机都需要起动马达辅助,用电机带动曲轴旋转。


说了这么多,其实讲的都是正常车辆的正常情况。之所以聊这些,是因为我们要重新审视一个小白级问题:为什么不在启动一瞬间喷点油,用燃烧的力量驱动发动机旋转?


通过上述的公式、分析,我们知道这招如果可行,前提条件必须是活塞不能停留在上下止点,最好越远越好(即冲程中段位置)。


此外,因为没有吸气冲程,空气流速低,所以燃烧室内的新鲜空气数量不多。又因为没有压缩冲程和点火提前角,燃烧效率和燃烧速度都不理想。所以喷入的燃油能爆发出来的力量其实不太够。而产生的排放和消耗的能源又显得特别不理想。


马自达的工程师在标新立异搞i-Stop时,其实就是这么考虑的,而且把负面因素都考虑到了:

在启停系统激活,车辆马上停机时,创驰蓝天发动机通过曲轴位置传感器找到合适的停机点,通过关闭节气门,让活塞停留下非上、下止点位置。


当需要再次启动发动机时,ECU会先喷射一些燃油进入燃烧室,然后火花塞点火。利用燃烧混合气的燃烧膨胀的作用力,推动活塞,从而驱动曲轴旋转。


然而,曲轴位置传感器和曲轴信号盘精度不太高,又为了降低控制成本,马自达不(mei)需(ban)要(fa)将活塞停留在冲程中段位置(大约60°曲轴转角区间内)。也就是说,难免还是有力大无穷却只能勉强推动曲轴旋转的情况。也同样因为控制精度问题,i-Stop没办法在坡道>8°的地方使用。


所以马自达的工程师还是会让起动马达辅助驱动一下曲轴。这样做还有一个好处,就是可以压缩一下燃烧室,让混合气燃烧效率更高,既节约又环保。


因为是相对低压的气体燃烧做功,粗糙狂野的起动马达贡献的力量比较小,所以马自达创驰蓝天车辆的i-Stop显得比较温柔和谐。而且还有一个“副作用”——启动速度比博世、法雷奥的系统更快。据马自达的资料,它的启动时间只要0.3s左右,只需常见启停系统的50%左右时间。


总结

马自达i-Stop启停技术并非是什么开天辟地的原创科技——和一直跳票的i-ELOOP一样——但是工程师将现有的不同技术完美融合,实现了左右兼顾鱼和熊掌兼得落霞与孤鹜齐飞碧池和牌坊同立的优美局面。


总而言之,不服不行!


本内容来自汽车之家创作者,不代表汽车之家的观点和立场。
车系: 阿特兹
标签: 技术解析
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