Evoluzione e funzionamento dei sistemi Start-Stop

L’industria automobilistica è in continua evoluzione tecnologica anche per rispettare le severe normative ambientali e per migliorare il comfort di guida. Il sistema Start-Stop è un’ importante innovazione: introdotto ormai da oltre vent’anni, nel tempo è molto cambiato.

I generatori di avviamento a cinghia (BSG – Belt Starter Generator) e le cinghie Micro-V® Gates E-Start™ svolgono un ruolo cruciale nei moderni veicoli Mild Hybrid. Questi componenti contribuiscono all’efficienza del carburante e garantiscono una guida più fluida e silenziosa, rendendoli indispensabili per le soluzioni automobilistiche sostenibili.

Start-Stop e tecnologia BSG

I primi sistemi Start-Stop hanno iniziato ad apparire all’inizio degli anni 2000, contribuendo a ridurre le emissioni e facendo risparmiare carburante, ad esempio quando il veicolo è fermo al semaforo e il motore non è necessario.

Nei veicoli con Start-Stop, alcuni modelli avviano il motore attraverso l’alternatore anziché il motorino di avviamento. In questi casi, l’alternatore diventa temporaneamente un motore elettrico, appunto il generatore di avviamento a cinghia (BSG). Quando il BSG viene convertito in un motore elettrico, tira la cinghia accessoria innestata sull’albero motore, ruotando così l’albero motore e riavviando il motore dopo che è stato arrestato.

Questi sistemi richiedono una maggiore tensione della cinghia e una presa per funzionare senza problemi, ma offrono il vantaggio della maggiore velocità rispetto ad un avviamento convenzionale. Sono inoltre molto più silenziosi.

Per soddisfare questi requisiti operativi, Gates ha sviluppato una cinghia più robusta che trasmette la trazione necessaria e in grado di resistere a molteplici avviamenti.

Questa cinghia per sistema Start-Stop (immagine 1) presenta miglioramenti come il cavo in aramide per una maggiore resistenza e durata (1) e un materiale in gomma EPDM migliorato per un funzionamento più silenzioso (2). Il tessuto gommato sul lato posteriore della cinghia aggiunge ulteriore protezione, plasticità e resistenza alle variazioni di temperatura (3).

Evoluzione del sistema di tecnologia Start-Stop

Questo sistema si è evoluto in modo significativo con l’introduzione di un sistema a due tenditori (immagine 2) per adattarsi ai veicoli con motore diesel dell’epoca, migliorando così la presa della cinghia sulla puleggia dell’alternatore.

Le seguenti immagini 3 e 4 mostrano come i due tenditori si adattano alle esigenze del sistema.

Modalità motore a combustione

L’ immagine 3 mostra come il motore tradizionalmente tira la cinghia. Il tenditore situato tra la puleggia dell’alternatore e l’albero motore lavora di più in questo caso perché è il punto in cui la cinghia ha meno tensione (1).

Modalità Start-Stop del motore a combustione

L’ immagine 4 mostra come le forze nel sistema vengono temporaneamente modificate. Durante l’avviamento, l’alternatore diventa il motorino di avviamento e tira la cinghia mentre il motore è fermo. Questo tende il punto tra la puleggia dell’alternatore e l’albero motore, spingendo il tenditore ivi alloggiato (1). Nel frattempo, l’altro tenditore tende la cinghia prima della puleggia dell’alternatore sul lato allentato (2) per evitare di perdere trazione all’avviamento.

Mild Hybrid

I sistemi Mild Hybrid possono essere visti come un’evoluzione dei sistemi Start-Stop con BSG. Il miglioramento riscontrato in questi sistemi è determinato dalla capacità del BSG di assistere il motore a combustione in determinati momenti, ad esempio quando si parte dopo un semaforo o quando è richiesta una coppia extra (Boost Mode). Grazie a questo nuovo sistema, un gran numero di veicoli nel parco EMEA ha ridotto le emissioni di gas inquinanti soddisfacendo i più severi standard antinquinamento.

Per implementare la coppia extra offerta dal BSG e sfruttare pienamente la frenata rigenerativa, i tenditori hanno dovuto evolversi insieme al sistema. In un sistema con due tenditori indipendenti, le prestazioni della frenata rigenerativa e della modalità boost sarebbero limitate. Tuttavia, l’utilizzo di un tenditore sidewinder consente di trasferire tutta la potenza con meno tensione.

L’immagine 5 mostra una gamma di diversi modelli di tenditori sidewinder, che funzionano tutti in modo simile.

Un nuovo sistema di tensionamento

Questo nuovo sistema di tensionamento (immagine 6) funziona su un collegamento meccanico tra le pulegge su entrambi i lati della puleggia dell’alternatore. Quando una parte della cinghia è tesa, la parte con meno tensione viene immediatamente tesa dal movimento rotatorio del tenditore. Vediamo in dettaglio diverse modalità di funzionamento.

Applicazione Start-Stop

Questa modalità (immagine 7) funziona in modo simile ai tradizionali sistemi Start-Stop. All’accensione, il BSG, che diventa un motore elettrico, tira la cinghia per far ruotare l’albero motore e avviare il motore. Grazie al collegamento meccanico, quando l’alternatore applica coppia alla cinghia, la cinghia spinge la puleggia tendicinghia sul lato teso. Il tenditore ruota quindi su se stesso (1), mettendo in tensione il lato allentato della cinghia (2), impedendole di scivolare sulla puleggia dell’alternatore. Questo processo avviene in modo molto rapido e silenzioso, e spesso il conducente non se ne accorge nemmeno.

Modalità di assistenza alla coppia

In alcuni momenti di guida (immagine 8), il BSG assiste il motore a combustione, come quando si parte da un semaforo ai bassi regimi quando il motore a combustione è meno efficiente e il BSG esprime il massimo potenziale. In questa modalità, si verifica lo stesso processo dell’avviamento, ma il BSG applica una coppia molto più elevata (1) per un tempo più lungo. Il collegamento meccanico delle pulegge tenditore sidewinder è particolarmente importante a causa dell’elevata coppia trasmessa.

Modalità di interruzione rigenerativa

Durante la decelerazione, il BSG sfrutta l’inerzia del veicolo per caricare la batteria. Pertanto, l’albero BSG mostra una maggiore opposizione alla rotazione (immagine 9), aumentando la tensione della cinghia (1) e obbligando il tenditore a posizionarsi come mostrato nell’illustrazione.

Modalità inerziale

A seconda del veicolo e dell’equipaggiamento, in alcune situazioni è possibile la modalità di veleggiamento. In questo caso, durante la marcia a una certa velocità (tra 55 e 160 km/h), è possibile spegnere il motore a combustione per sfruttare l’inerzia e consumare meno carburante.

Attraverso queste modalità di funzionamento, il tenditore sidewinder ruota costantemente su se stesso, adattando la tensione al lato dell’alternatore o all’altro in base alla sua modalità di funzionamento corrente. Poiché questi dispositivi di tensionamento sono più sollecitati e lavorano continuamente, spesso hanno un periodo di manutenzione – che varia in genere da circa 90.000 a 140.000 km – stabilito dal produttore del veicolo. Gates offre kit di ricambio forniti sia di tenditore che di cinghia, per assicurare una maggiore garanzia di riparazione.