Lo Start&Stop è probabilmente la tecnologia più discussa di un’auto moderna — il pulsante che un automobilista su due preme prima di uscire dal vialetto di casa. Spegne il motore nell’istante in cui l’auto si ferma e lo riaccende nel momento in cui si rilascia la frizione o il freno, e lo fa decine di migliaia di volte nella vita dell’auto: sulla carta, un motorino d’avviamento e una batteria normali non sopravvivrebbero a un simile carico di lavoro. Renderlo possibile ha richiesto rinforzare quasi ogni componente coinvolto nell’avviamento del motore, non solo aggiungere una riga di software.
Quando la centralina decide che è davvero sicuro fermarsi
Il motore non si spegne semplicemente perché l’auto è ferma. Prima di procedere, la centralina controlla una lunga lista di condizioni, tutte insieme, più volte al secondo: la portiera e il cofano sono chiusi, la cintura è allacciata, la batteria ha carica sufficiente ed è abbastanza calda da garantire un riavvio affidabile, il motore e il catalizzatore hanno raggiunto la temperatura di esercizio (un motore freddo è escluso, sia per le emissioni sia per il calore dell’abitacolo), il climatizzatore non richiede raffreddamento o sbrinamento intensi, il volante non è girato abbastanza da richiedere l’assistenza piena del servosterzo e, su un’auto manuale, il cambio è in folle con la frizione rilasciata invece che innestata in marcia. Se anche una sola di queste condizioni non è rispettata, il sistema lascia semplicemente il motore acceso — ed è per questo che lo Start&Stop può sembrare incostante da una fermata all’altra: non è un malfunzionamento, sta rifiutandosi di scommettere su un riavvio di cui non è sicuro.
Il motorino d’avviamento ha dovuto smettere di essere un componente qualsiasi
Un motorino d’avviamento tradizionale su un’auto senza Start&Stop è costruito per circa 50.000-100.000 innesti nell’intera vita utile — di fatto solo avviamenti a freddo, al massimo qualche volta al giorno. Un’auto che spegne e riaccende il motore a ogni semaforo e a ogni coda può accumulare lo stesso numero di cicli in due o tre anni. I costruttori hanno risposto con motorini d’avviamento rinforzati, omologati per centinaia di migliaia di innesti, con pignoni, cuscinetti e spazzole aggiornati e progettati specificamente per riavvii frequenti a motore caldo, non per l’occasionale avviamento a freddo. Conta anche la velocità di riavvio: chi rilascia la frizione si aspetta il motore acceso in qualche decimo di secondo, non il tranquillo “gira e parte” di un vecchio avviamento a freddo.
L’alternatore-motorino a cinghia: lo stesso lavoro senza un motorino separato
Le implementazioni più sofisticate rinunciano del tutto al tradizionale motorino a pignone e usano un alternatore-motorino a cinghia (belt starter-generator, BSG) — un alternatore potenziato, montato sulla cinghia degli accessori, capace anche di far ripartire l’albero motore su richiesta. È più veloce e sensibilmente più silenzioso di un pignone che si reinnesta sulla corona del volano, e siccome è la stessa macchina che già genera elettricità mentre il motore gira, è un naturale trampolino verso i sistemi mild-hybrid, dove lo stesso motore a cinghia assiste anche l’accelerazione e recupera energia in frenata — la stessa idea di fondo trattata nel nostro articolo sulla frenata rigenerativa, semplicemente ridimensionata da un intero powertrain elettrico a un sistema di assistenza a 48V o 12V innestato su un motore endotermico.
Perché è la batteria il componente che si usura davvero
Il componente sotto maggiore stress, però, non è il motorino d’avviamento: è la batteria. Una normale batteria al piombo-acido allagata è progettata per erogare una grande scarica di corrente a partire da carica piena e poi essere subito ricaricata dall’alternatore; non è costruita per sopportare scariche parziali ripetute seguite da ricarica, che è esattamente ciò che accade decine di volte al giorno in un’auto con Start&Stop, specialmente con autoradio, luci e climatizzatore ancora accesi a motore spento. Per questo le auto con Start&Stop usano quasi universalmente una batteria EFB (Enhanced Flooded Battery) o AGM (Absorbent Glass Mat) invece di una batteria allagata semplice: entrambe si basano sulla stessa chimica al piombo-acido di una batteria auto tradizionale — una famiglia completamente diversa dalla chimica agli ioni di litio del pacco di trazione di un’auto elettrica, come quello descritto nel nostro articolo sulla batteria delle auto elettriche — ma rinforzate internamente (piastre più spesse, separatori in fibra di vetro imbevuti di elettrolita per l’AGM) specificamente per tollerare cicli profondi e frequenti. Montare il tipo di batteria sbagliato su un’auto con Start&Stop la porta a guastarsi anni prima del previsto, che è di gran lunga il reclamo più comune legato in pratica a questo sistema.
Quanto carburante fa risparmiare davvero?
Dipende quasi interamente da come si guida. Nel traffico cittadino denso, con code lunghe e frequenti fermate, lo Start&Stop può azzerare quasi del tutto il tempo trascorso al minimo, esattamente lo scenario che la fase a bassa velocità del ciclo di omologazione WLTP è pensata per premiare; i costruttori dichiarano tipicamente cifre nell’ordine del 3-8% sul ciclo combinato, con risparmi reali in ambito urbano spesso superiori. In autostrada, con poche fermate, il sistema si attiva a malapena, quindi il risparmio è vicino allo zero — ed è anche per questo che lo Start&Stop esiste: è stata una delle leve più economiche e rapide a disposizione dei costruttori per ridurre la CO2 media di flotta nella guida urbana, quando gli obiettivi europei sulle emissioni si sono fatti più stringenti, senza toccare il motore in sé.
La ricerca UE dietro l’hardware: batterie migliori e accumulatori di energia più veloci
Due progetti UE finanziati con lo strumento SME Instrument nell’ambito di Horizon 2020 hanno affrontato esattamente i due colli di bottiglia hardware descritti sopra. LEFAPO (“Lead free automotive SLI power”, 2016-2018, €2,53M) ha sviluppato un sostituto senza piombo e non pericoloso della tradizionale batteria auto SLI (Starting-Lighting-Ignition), progettato esplicitamente per durare “almeno sei volte più a lungo in vita da start-stop” rispetto a una batteria al piombo-acido standard, tollerando scariche fino al 90% di profondità — un attacco diretto al problema dell’usura della batteria descritto sopra, da un angolo chimico diverso rispetto a EFB/AGM. CAPOWER (“Advanced material for cost effective and high density ultracapacitors for the transport sector”, 2016-2018, €1,86M) ha seguito l’approccio complementare: invece di una batteria migliore, un materiale per ultracondensatori più economico, capace di caricarsi e scaricarsi abbastanza rapidamente da assorbire i picchi di corrente improvvisi richiesti da Start&Stop, frenata rigenerativa e sistemi KERS, affrontando la barriera di costo che aveva finora tenuto gli ultracondensatori fuori dalle auto di serie nonostante fossero tecnicamente adatti esattamente a questo compito.
Usura davvero il motore più in fretta?
È il mito più duro a morire, e vent’anni fa aveva un senso: un motore avviato a freddo, senza ancora piena pressione dell’olio, subisce effettivamente un’usura leggermente maggiore in quel primo secondo rispetto a uno già in moto. Ma lo Start&Stop riavvia solo un motore caldo che stava girando fino a un attimo prima, con l’olio già distribuito su ogni superficie dei cuscinetti, e i motorini rinforzati e la logica della centralina descritti sopra esistono proprio per rendere quel riavvio delicato e rapido. Studi indipendenti su flotte nel lungo periodo e i dati di garanzia dei costruttori non hanno trovato differenze significative nella durata del motore tra versioni con e senza Start&Stop dello stesso propulsore — la batteria e il motorino d’avviamento sono progettati per assorbire i cicli in più proprio perché il motore non debba farlo.
Foto: © Car-Shooters