Do czego służy system Start-Stop

W celu zmniejszenia zużycia paliwa oraz emisji szkodliwych gazów do atmosfery, producenci samochodów stale oferują innowacyjne technologie skonstruowane do zoptymalizowania pracy silnika oraz związanych z nim podzespołów. Jednym z najbardziej udanych rozwiązań technologicznych jest system Start-Stop, który gasi silnik w trakcie krótkich postojów, na przykład, podczas postoju w korku lub na światłach drogowych. Nasz artykuł zaprezentuje, jak dany system działa, a także wskaże jego wady i zalety.

Historia technologii

Pierwsze próby stworzenia systemu, który kontrolowałby pracę silnika oraz zapobiegałby przed jego pracą na biegu jałowym dokonane zostały w latach 1970-tych przez Toyotę. Samochód Toyota Crown w wersji sedan został wyposażony w urządzenie gaszące silnik po okresie 1,5 sekundy pracy na biegu jałowym.

Później, w pierwszej połowie lat 1980-tych, podobne technologie zostały wdrożone w modelach Audi 100 i Volkswagen Santana. Silnik był ręcznie gaszony i odpalany poprzez wciśnięcie przycisku. Model Fiat Regatta ES posiadał takie same rozwiązanie, jednak aby ponownie odpalić silnik należało wcisnąć pedał gazu. Z biegiem czasu dane samochody zostały rozszerzone o samochody Opel Ascona, Volkswagen Lupo i Audi A2.

Do czasów dzisiejszych większość dobrze znanych marek wyposaża swoje samochody w system Start-Stop. Wśród nich są takie firmy jak Peugeot, Citroën, Smart, Volvo, Land Rover, Volkswagen, SEAT, Nissan, Fiat, Bentley, BMW, Ford, Chevrolet, Hyundai, Honda, Jaguar, Kia, Mazda, Toyota i inni.

Zasada działania i rodzaje systemów

Każdy producent samochodowy oferuje swoje własne metody wdrażania automatycznego gaszenia i ponownego odpalania jednostki napędowej.

 Najbardziej znane są technologie opracowane przez następujące firmy: 

• Bosch. Ich system nazwany został Stop&Start. Jest on jednym z najprostszych i najbardziej niezawodnych systemów. Umożliwia on zmniejszenie zawartości substancji szkodliwych w gazach spalinowych o 8%, a także zmniejszenie spalania paliwa – o 15%. Możesz je znaleźć w takich samochodach jak Audi, BMW, Volkswagen, Fiat, jak i również w samochodach innych marek. Wymaga on potężniejszego rozrusznika, który jest w stanie wytrzymać wielokrotne próby odpalania silnika. System kontrolowany jest przez sterownik silnika. Praca systemu oparta jest na odczytach następujących elementów czujnikowych: czujnika prędkościowego samochodu, czujników ustawienia pedału sprzęgła i hamulca, czujnika położenia wału korbowego, czujnika stopnia naładowania akumulatora oraz innych czujników.

Po zdiagnozowaniu, że samochód uległ zatrzymaniu, system automatycznie gasi silnik. Po wciśnięciu pedału sprzęgła w samochodach w manualną skrzynią biegów lub zwolnieniu pedału hamulca w samochodach w automatyczną skrzynią biegów silnik ulega odpaleniu. W dalszych generacjach systemu, dla zapewnienia większej ekonomii jazdy silnik może być zgaszony także w trakcie jazdy, jednak wyłącznie w momencie, gdy sterownik silnika wysyła odpowiednią komendę po oszacowaniu prędkości samochodu, ustaleniu, czy miało miejsce jakiekolwiek manewrowanie autem, czy droga jest pochyła, itp.

• Kia Motors. System znany jest pod nazwą ISG (Idle Stop&Go). Posiada on taką samą metodę działania co system Stop&Start marki Bosch, jednak poza gaszeniem i ponownym odpaleniem silnika kontroluje on także pracę alternatora. W trakcie przyspieszania system go odłącza, a całe obciążenie przechodzi na akumulator. Podczas hamowania alternator jest ponownie aktywowany i ponownie ładuje akumulator. Dane podejście powoduje również znaczne oszczędności spalania paliwa – około 6% w cyklu łączonym oraz do 15% podczas jazdy w mieście.
• Valeo. Jest on nazywany STARS (Starter Alternator Reversible System). Dany system jest wykorzystywany przez Citroëny, Mercedesy-Benz oraz inne samochody. Umożliwia on zmniejszone spalanie paliwa o około 10%. Posiada on swoją własną jednostkę kontrolną. System wykorzystuje alternator odwracalny, który jest połączeniem funkcji rozrusznika i alternatora. Dzięki specjalnemu napędowi pasowemu oraz specjalnie opracowanemu napinaczowi urządzenie jest w stanie przenosić siłę w jednym z dwóch właściwych kierunków: albo na odpalenie silnika, albo na ładowanie akumulatora. Główną zaletą danego podejścia jest wysoka prędkość reakcji: odpalenie silnika zajmuje dwukrotnie krótszy okres czasu niż w przypadku konwencjonalnego rozrusznika. Dodatkowo siłą pochodząca z hamowania jest wydajnie wykorzystywana.
• Mazda. Jest on nazywany SISS (Smart Idle Stop System) lub i-Stop. Jest on wyłącznie kompatybilny z automatyczną skrzynią biegów oraz silnikami benzynowymi z bezpośrednim wtryskiem paliwa. Zapewnia on niższe spalanie paliwa do 9%. Wielokrotne odpalenie silnika odbywa się poprzez wymuszenie wtrysku paliwa do wnętrza cylindrów oraz zapłon mieszanki powietrzno-paliwowej. W tym celu w trakcie hamowania tłoki ustawiane są w najkorzystniejszej pozycji do szybkiego odpalenia silnika. Rozrusznik wykorzystywany jest wyłącznie jako pomocnicze źródło energii.

Zalety i wady

Korki uliczne na drogach to jeden z głównych problemów nowoczesnych wielkich miast. Zgodnie z najnowszymi badaniami dokonanymi przez amerykańską firmę INRIX Roadway Analytics w 2017 roku, mieszkańcy Moskwy spędzają 91 godzin w korkach ulicznych, Londynu – 73 godziny, Paryża – 65 godziny, Stambułu – 59 godzin, Zurychu – 54 godziny, Monachium – 49 godzin, Oslo – 47 godzin. Dane dotyczą wyłącznie 240 dni roboczych, pomijając weekendy. Jazda w korkach znacznie zwiększa spalanie paliwa, a im więcej paliwa jest spalane, tym większa ilość szkodliwych substancji emitowana jest do atmosfery.

Jest to rozwiązaniem tych problemów, których głównym zadaniem jest system Start-Stop. Poprzez zgaszenie silnika, gdy nie ma potrzeby jego bycie na chodzie, system przyczynia się do znacznej oszczędności spalanego paliwa.

Skorzystanie z tego systemu posiada także jeszcze jedną niepodważalną zaletę. Poprzez zminimalizowanie liczby godzin pracy silnika na biegu jałowym oraz poprzez dodanie dodatkowego obciążenia jednostce napędowej przy jej niskich obrotach, system przyczynia się do zoptymalizowania wydajności katalizatora, zwiększając jego żywotność; zapobiega to także formowaniu się osadów węglowych na świecach zapłonowych. W silnikach Diesla spowalnia on formowanie się osadów na zaworze EGR, zmniejsza zużycie mocznika, przyczynia się do wydajniejszej regeneracji filtra cząstek stałych.

Niemniej jednak system Start-Stop posiada także swoje wady. Wymaga on użycia potężniejszego wyposażenia, a w szczególności rozrusznika i akumulatora. Dane urządzenia są prawie dwa razy droższe niż standardowe części. Dodatkowo powtarzane próby odpalenia silnika zwiększają obciążenie łożysk wału korbowego. W wywiadzie dla brytyjskiego magazynu Autocar, Gerhard Arnold, szef jednego z departamentów koncernu Federal-Mogul, zauważył, że konwencjonalny silnik jest w stanie z łatwością wytrzymać ponad 50 000 uruchomień jednostki napędowej i jej zgaszeń. Jednakże dzięki systemowi Start-Stop ilość danych cykli może przekroczyć 500 000. W danym przypadku standardowe łożyska bardzo solidnie zużywają się już po 100 000 uruchomień silnika.

Kolejnym irytującym czynnikiem jest opóźnienie w zapłonie silnika. Pomimo tego, że jest ono nieznaczne (dla systemów z wzmocnionym rozrusznikiem – 0,8 sekundy, dla systemów z alternatorem odwracalnym – 0,4 sekundy, dla systemów z regulowanym wtryskiem paliwa – 0,35 sekundy), nadal ono sprawia, że dla wielu kierowców opóźnienie sprawia, że jazda jest mniej komfortowa.

Dodatkowo funkcjonowanie systemu jest możliwe wyłącznie w momencie, gdy spełnione zostaną konkretne warunki.

10 niezbędnych warunków umożliwiających pracę systemu Start-Stop

1. Maska samochodu oraz drzwi kierowcy są zamknięte.
2. Kierowca zapina się pasem bezpieczeństwa.
3. Prędkość samochodu wynosi co najmniej 4 km/h.
4. Silnik jest wystarczająco rozgrzany.
5. Obroty silnika nie przekraczają wielkości obrotów silnika na biegu jałowym.
6. Funkcja odmrażania szyby czołowej jest wyłączona.
7. Temperatura wnętrza samochodu nie różni się o więcej niż 8 stopni od ustawionej wartości. Dotyczy to sezonu zimowego.
8. Poziom naładowania akumulatora nie spada poniżej wartości ustawionej wcześniej przez system. Na przykład, dla systemu ISG wynosi ona 75%.
9. Alternator jest w pełni sprawny.
10. Kąt skrętu kierownicy jest nieznaczny.

Podsumowanie

Wysiłki wielu firm mają obecnie na celu ulepszenie systemu Start-Stop. Na przykład, brytyjska firma Millers Oils zaprezentowała ostatnio oleje silnikowe, które zmniejszają  o 50% tarcie elementów silnika oraz ich zużycie. Według Martyna Manna, dyrektora technicznego firmy, te i inne produkty powinny przyczynić się do aktywnej promocji technologii systemu Start-Stop. Inni producenci pracują nad stworzeniem solidniejszych łożysk. Z kolei inżynierowie firmy Bosch, Valeo, Denso i innych producentów samochodowych pracują stale nad zredukowaniem czasu trwania odpalenia jednostki napędowej.

Jednak pomimo tego, że system ciągle posiada pewne braki, a ekonomia, jaką zapewnia – biorąc pod uwagę relatywną kosztowność wyposażenia – może wydawać się nieznaczna, dana technologia zgodnie ze zdaniem wielu ekspertów posiada wielką przyszłość. Poza tym korzyści, jakie zapewnia ona środowisku są niezaprzeczalne.