Sistemi Start-Stop. Funziona?

Uno dei modi per ridurre il consumo di carburante, noto da molti anni, è spegnere il motore anche durante una breve sosta dell'auto. Nelle auto moderne, i sistemi Start-Stop sono responsabili di questo compito.

Nei test di trazione effettuati in Germania negli anni '55 su un'Audi LS con motore da 0,35 kW, è stato riscontrato che il consumo di carburante al minimo è di 1,87 cm5. XNUMX./s e all'inizio di XNUMX, vedere XNUMX. Questi dati hanno mostrato che lo spegnimento del motore con uno stop per più di XNUMX secondi consente di risparmiare carburante.

Più o meno nello stesso periodo, test simili sono stati eseguiti da altre case automobilistiche. La possibilità di ridurre i consumi di carburante arrestando il motore anche a brevissime fermate e riavviandolo ha portato allo sviluppo di dispositivi di controllo che svolgono queste azioni in modo automatico. La prima fu probabilmente la Toyota, che negli anni Settanta utilizzò nel modello Crown un dispositivo elettronico che spegneva il motore da fermo per più di 1,5 secondi. I test negli ingorghi di Tokyo hanno mostrato una riduzione del 10% del consumo di carburante. Un sistema funzionante in modo simile è stato testato su una Fiat Regata e su una Volkswagen Polo 1a Formel E. Un dispositivo in quest'ultima vettura ha consentito al conducente di spegnere il motore, o semplicemente automaticamente, a seconda della velocità, della temperatura del motore e della posizione della leva del cambio. Il motore è stato riavviato con lo starter acceso quando il guidatore ha premuto il pedale dell'acceleratore con il pedale della frizione premuto e la 2a o 5a marcia era innestata. Quando la velocità del veicolo è scesa al di sotto di XNUMX km/h, il sistema ha spento il motore, chiudendo il canale del minimo. Se il motore era freddo, il sensore di temperatura ha bloccato lo spegnimento del motore per ridurre l'usura del motorino di avviamento, perché un motore caldo impiega molto meno tempo per avviarsi rispetto a uno freddo. Inoltre il sistema di controllo, per ridurre il carico sulla batteria, spegneva il lunotto termico quando l'auto era parcheggiata.

I test su strada hanno mostrato una riduzione del consumo di carburante fino al 10% in condizioni di guida avverse. Anche le emissioni di monossido di carbonio sono diminuite del 10%. Poco più del 2 per cento. è invece aumentato il contenuto di ossidi di azoto e quasi 5 idrocarburi nei gas di scarico. È interessante notare che non vi è stato alcun effetto negativo del sistema sulla durata del motorino di avviamento.

Moderni sistemi start-stop

I moderni sistemi start-stop spengono automaticamente il motore quando è parcheggiato (in determinate condizioni) e lo riavviano non appena il conducente preme il pedale della frizione o rilascia il pedale del freno in un veicolo con cambio automatico. Ciò consente di ridurre i consumi di carburante e le emissioni di anidride carbonica, ma solo nel traffico urbano. L'utilizzo del sistema Start-Stop richiede che alcuni componenti del veicolo, come il motorino di avviamento o la batteria, durino più a lungo e proteggano gli altri dagli effetti dei frequenti arresti del motore.

I sistemi Start-Stop sono dotati di sistemi di gestione dell'energia più o meno sofisticati. I loro compiti principali comprendono il controllo dello stato di carica delle batterie, la configurazione dei ricevitori sul bus dati, la riduzione dei consumi energetici e l'ottenimento della tensione di carica ottimale al momento. Tutto questo per evitare una scarica troppo profonda della batteria e per garantire che il motore possa essere avviato in qualsiasi momento. Valutando costantemente le condizioni della batteria, il controller del sistema ne monitora la temperatura, la tensione, la corrente e il tempo di funzionamento. Questi parametri determinano la potenza di avviamento istantanea e lo stato di carica attuale. Se il sistema rileva un livello di batteria basso, riduce il numero di ricevitori abilitati secondo l'ordine di spegnimento programmato.

I sistemi Start-Stop possono essere dotati opzionalmente di recupero dell'energia frenante.

I veicoli con sistemi Start Stop utilizzano batterie EFB o AGM. Le batterie del tipo EFB, a differenza di quelle classiche, hanno piastre positive rivestite con un rivestimento in poliestere, che aumenta la resistenza della massa attiva delle piastre a scariche frequenti e cariche di corrente elevata. Le batterie AGM, invece, hanno fibra di vetro tra le piastre, che assorbe completamente l'elettrolita. Non ci sono praticamente perdite da esso. Ai terminali di questo tipo di batteria è possibile ottenere una tensione leggermente superiore. Sono anche più resistenti alla cosiddetta scarica profonda.

Danneggia il motore?

Diversi decenni fa, si credeva che ogni avviamento del motore aumentasse il suo chilometraggio di alcune centinaia di chilometri. Se così fosse, il sistema Start-Stop, che funziona in un'auto che guida solo nel traffico cittadino, dovrebbe terminare il motore molto rapidamente. Tenere acceso e spento probabilmente non è ciò che piace di più ai motori. Tuttavia, è necessario tenere conto del progresso tecnico, ad esempio nel campo dei lubrificanti. Inoltre, il sistema Start-Stop richiede una protezione efficace di vari sistemi, in primis il motore, dalle conseguenze di frequenti arresti. Ciò vale, tra l'altro, per garantire una lubrificazione forzata aggiuntiva del turbocompressore

Avviatore nel sistema Start-Stop

Nella maggior parte dei sistemi start-stop in uso, il motore viene avviato utilizzando un dispositivo di avviamento tradizionale. Tuttavia, a causa del numero significativamente maggiore di operazioni, ha una maggiore durata. Lo starter è più potente e dotato di spazzole più resistenti all'usura. Il meccanismo della frizione ha una frizione unidirezionale ridisegnata e l'ingranaggio ha una forma del dente corretta. Ciò si traduce in un funzionamento più silenzioso del motorino di avviamento, importante per il comfort di guida durante gli avviamenti frequenti del motore. 

Generatore reversibile

Tale dispositivo chiamato StARS (Starter Alternator Reversible System) è stato sviluppato da Valeo per i sistemi Start-Stop. Il sistema si basa su una macchina elettrica reversibile, che combina le funzioni di un motorino di avviamento e di un alternatore. Invece di un generatore classico, puoi facilmente installare un generatore reversibile.

Il dispositivo fornisce un avvio molto fluido. Rispetto a uno starter convenzionale, qui non c'è alcun processo di connessione. All'avviamento, l'avvolgimento dello statore dell'alternatore reversibile, che in questo momento diventa un motore elettrico, deve essere alimentato con tensione alternata e l'avvolgimento del rotore con tensione continua. Ottenere la tensione CA dalla batteria di bordo richiede l'uso di un cosiddetto inverter. Inoltre, gli avvolgimenti dello statore non devono essere alimentati con tensione alternata attraverso uno stabilizzatore di tensione e ponti a diodi. Il regolatore di tensione e i ponti a diodi devono essere scollegati dagli avvolgimenti dello statore per questo tempo. Al momento dell'avviamento, il generatore reversibile diventa un motore elettrico con una potenza di 2 - 2,5 kW, che sviluppa una coppia di 40 Nm. Ciò consente di avviare il motore entro 350-400 ms.

Non appena il motore si avvia, la tensione alternata proveniente dall'inverter smette di fluire, il generatore reversibile diventa nuovamente un alternatore con diodi collegati agli avvolgimenti dello statore e un regolatore di tensione per fornire tensione continua all'impianto elettrico del veicolo.

In alcune soluzioni, oltre al generatore reversibile, il motore è dotato anche di uno starter tradizionale, che viene utilizzato per il primo avviamento dopo un lungo periodo di inattività.

Accumulatore di energia

In alcune soluzioni del sistema Start-Stop, oltre ad una tipica batteria, è presente anche una cosiddetta. accumulatore di energia. Il suo compito è accumulare energia elettrica per facilitare il primo avviamento del motore e il riavvio in modalità "Start-Stop". È costituito da due condensatori collegati in serie con una capacità di diverse centinaia di farad. Al momento della scarica è in grado di supportare un sistema di avviamento con una corrente di diverse centinaia di ampere.

Условия эксплуатации

Il funzionamento del sistema Start-Stop è possibile solo in diverse condizioni. Prima di tutto, ci deve essere abbastanza energia nella batteria per riavviare il motore. Inoltre, incl. la velocità del veicolo dalla prima partenza deve superare un certo valore (ad esempio 10 km/h). Il tempo tra due soste successive del veicolo è maggiore del minimo impostato dal programma. Le temperature del carburante, dell'alternatore e della batteria rientrano nell'intervallo specificato. Il numero delle soste non ha superato il limite nell'ultimo minuto di guida. Il motore è alla temperatura di esercizio ottimale.

Questi sono solo alcuni dei requisiti che devono essere soddisfatti per il funzionamento del sistema.