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Un sistema de arranque y parada de un vehículo o sistema de parada y arranque (también conocido como S&S , microhíbrido o vehículo eléctrico microhíbrido ( μHEV )) [1] apaga y reinicia automáticamente el motor de combustión interna para reducir la cantidad de tiempo que el motor pasa en ralentí , reduciendo así el consumo de combustible y las emisiones . Esto es más ventajoso para los vehículos que pasan una cantidad significativa de tiempo esperando en los semáforos o se detienen con frecuencia en atascos . La tecnología de arranque y parada puede volverse más común con regulaciones gubernamentales más estrictas de ahorro de combustible y emisiones . [2] Esta característica está presente en los vehículos eléctricos híbridos, pero también ha aparecido en vehículos que carecen de un tren motriz eléctrico híbrido . Para los vehículos no eléctricos, las ganancias de ahorro de combustible de esta tecnología suelen estar en el rango de 3-10%, potencialmente tan alto como 12%. [3] En los Estados Unidos, según el Departamento de Energía , el ralentí desperdicia más de 6 mil millones de galones estadounidenses (23 mil millones de litros; 5.0 mil millones de galones imperiales) de combustible por año. [4]
En un vehículo con transmisión manual, el sistema de parada y arranque se activa deteniendo el vehículo, poniendo la marcha en punto muerto y soltando el embrague. El motor no se detendrá si el vehículo está en movimiento, incluso si se siguen los pasos antes mencionados (esto no es así para todos los vehículos). El motor se vuelve a poner en marcha cuando se presiona el embrague antes de seleccionar una marcha para mover el vehículo. El motor también puede volver a ponerse en marcha si hay demanda de energía, por ejemplo, del sistema de aire acondicionado .
Dado que los accesorios de los automóviles, como los compresores y las bombas de agua, generalmente se han diseñado para funcionar con una correa serpentina en el motor, esos sistemas deben rediseñarse para que funcionen correctamente cuando el motor está apagado. Por lo general, se utiliza un motor eléctrico para alimentar estos dispositivos. En los vehículos en los que el compresor del aire acondicionado aún funciona con la correa de transmisión, algunos conductores encienden el aire acondicionado como una forma improvisada de desactivar el sistema de arranque y parada. En el Mazda 3, se utiliza un supercondensador para alimentar el aire acondicionado y otros accesorios como parte del sistema i-ELOOP; el aire acondicionado y los ventiladores se reducen significativamente a configuraciones mínimas cuando el motor está apagado. Con el aire acondicionado y el ventilador en configuraciones máximas, el supercondensador se agotará en cinco segundos y el motor se encenderá automáticamente. [5] [6] [7]
Esta tecnología también se ha utilizado en los scooters Honda en los mercados asiáticos durante la última década. [8] El modelo PCX 125 cc de Honda se lanzó en 2010 con esta tecnología para el mercado europeo, aunque su modelo norteamericano no la incorpora. [9]
La tecnología start-stop se introdujo primero en Europa debido a diferencias normativas: el 25 por ciento del Nuevo Ciclo de Conducción Europeo (NEDC) se pasa al ralentí, [10] mientras que solo un 11 por ciento de la prueba de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) se pasa al ralentí. La activación del sistema start-stop depende de las acciones específicas del conductor, así como de las condiciones de funcionamiento. El motor debe haber alcanzado la temperatura adecuada para garantizar un encendido adecuado de su convertidor catalítico y una lubricación adecuada para un reinicio sin esfuerzo.
En un automóvil con transmisión manual, el motor se apaga normalmente al frenar hasta detenerse por completo, cambiar la caja de cambios a punto muerto y soltar el embrague. Los automóviles con transmisión automática se apagan al frenar hasta detenerse por completo; el apagado se activa presionando el pedal del freno cuando el automóvil se detiene. Si el automóvil se desacelera inicialmente mediante el uso manual de la caja de cambios automática y se logra detenerlo finalmente utilizando el freno de mano, el motor no se apagará.
El sistema debe implementarse junto con modificaciones y refuerzos en muchos de los componentes del automóvil para reforzar la durabilidad del motor y del sistema eléctrico y la resistencia al desgaste a largo plazo, ya que los ciclos adicionales de parada y arranque imponen mayores cargas en esos sistemas. Para lograr niveles similares de durabilidad , comodidad y experiencia de usuario a los de los automóviles más antiguos sin el sistema, el fabricante del automóvil puede incluir cualquiera de las siguientes mejoras en el diseño industrial del automóvil :
Las emisiones de monóxido de carbono y la escasez de combustible/crisis del petróleo de la década de 1970 empujaron a los fabricantes de automóviles a encontrar soluciones para reducir el consumo de gasolina. El primer vehículo en utilizar el interruptor de encendido/apagado automático fue el Toyota Crown de seis cilindros en 1974 [13] [14] y ya afirmaba un ahorro de gasolina del 10% en el tráfico. En la década de 1980, el Fiat Regata "ES" con el sistema City-matic [15] [16] y el Volkswagen Polo "Formel E" [ cita requerida ] también utilizaron dispositivos similares. El Grupo Volkswagen también lo adoptó en el Golf Ecomatic en 1994 y en el Volkswagen Lupo "3L" y el Audi A2 "3L" en 1999. Aunque estas primeras implementaciones fueron consideradas bastante desconcertantes por muchos conductores, y los altos precios no lograron que estos autos tuvieran mucho éxito comercial, tanto el Volkswagen Lupo como el Audi A2 (en su apalancamiento de "3 litros") eran más eficientes que cualquier automóvil de producción disponible en los EE. UU. en el momento de su lanzamiento. [17]
Desde la entrada en vigor de la norma europea sobre emisiones Euro 5, cada vez más vehículos incluyen un sistema start-stop, independientemente del nivel de precio [18], ya que la reducción del ralentí también reduce las emisiones de CO 2 de los vehículos , una de las principales causas del calentamiento global. [19]
Los fabricantes continuaron perfeccionando el sistema. En 2010, Valeo anunció que su segunda generación Start-Stop aparecería ese mismo año. [20] Esta nueva generación se llamaría "i-StARS". El sistema Valeo está incluido en Citroën , Land Rover , Peugeot , Smart y Volvo , mientras que el sistema Bosch está incluido en Fiat , Nissan , SEAT y Volkswagen , con varias motorizaciones, incluidas la gasolina y el diésel. Bosch desarrolló un sistema para coches automáticos. [21]
El sistema de parada inteligente en ralentí (SISS) de Mazda utiliza el arranque por combustión en lugar del arranque eléctrico. Al detectar la posición de los pistones en los cilindros, el motor se detiene en una configuración que permite el arranque inmediato por combustión. Mazda afirma que el motor vuelve a arrancar de forma más silenciosa y rápida en 0,35 segundos. [22] [23]
El sistema Kia ISG EcoDynamics utiliza componentes Bosch , Valeo y Varta . [24]
Algunos autobuses Alexander Dennis Enviro200 MMC y Enviro400 MMC están equipados con sistemas de parada y arranque que detendrán el motor en las paradas de autobús. [25] [26]
La tecnología de parada y arranque se incorporó por primera vez en un Bentley en 2016, en el modelo Bentayga . El sistema de Bentley detiene el motor cuando el coche se detiene o se mueve lentamente. [27]
BMW está incluyendo esta tecnología en muchos de sus coches y en la línea MINI para 2008 como parte de su marca Efficient Dynamics. BMW estaba interesada en encontrar formas de reducir las pérdidas parásitas en los motores, por lo que la empresa llevó la tecnología un paso más allá. En lugar de utilizar un generador de arranque integrado (ISG), BMW ha utilizado un motor de arranque mejorado, un motor de arranque convencional, desarrollado por Robert Bosch GmbH , que puede soportar el mayor número de arranques del motor en un vehículo con sistema de parada y arranque.
BMW ha desarrollado el sistema de tal manera que el alternador no esté activado la mayor parte del tiempo. Esto significa que los componentes eléctricos del vehículo normalmente funcionan con energía de la batería . Cuando es necesario cargar la batería o al desacelerar o frenar, el alternador se activa para recargar la batería ( frenado regenerativo ). Dado que esta batería experimenta características de carga muy diferentes a las de una batería de automóvil normal, BMW utilizó en su lugar una batería de tipo AGM ( absorción de fibra de vidrio ).
Debido al uso del frenado regenerativo , algunos han comenzado a llamar a este tipo de sistema un microhíbrido , un paso por debajo de un sistema híbrido suave donde el ISG se puede utilizar para ayudar al motor o incluso para conducir el vehículo.
Citroën introdujo en 2006 un sistema más refinado en sus modelos C2 y C3 , denominado "Stop and Start". La implementación de Citroën combina una caja de cambios automatizada SensoDrive y un alternador reversible controlado electrónicamente [28] o generador-arrancador integrado (ISG). Un ISG, también conocido como "alternador-arrancador integrado", combina la función del motor de arranque y el alternador en una sola unidad; los fabricantes incluyen a Valeo [29] y Denso . [30]
FCA introdujo el sistema fabricado por Robert Bosch GmbH a finales de 2008 en el Fiat 500. [ 31] A partir de septiembre de 2009, Alfa Romeo también introdujo este sistema en su serie Alfa Romeo Mito utilizando motores MultiAir de gasolina Turbo de 1,4 L de Fiat Powertrain Technologies (FPT) . [32]
A finales de 2010, Ford anunció que su sistema start-stop, que ya se utilizaba en sus modelos híbridos y en varios modelos convencionales en Europa, se introduciría en Norteamérica con los modelos de 2012, inicialmente con motores de 4 cilindros y, más tarde, proliferando en los V6 y V8. Con el tiempo, el sistema estuvo disponible en todos los vehículos Ford. [33]
En 2013, anunció que la tecnología start-stop se incorporaría a los modelos Ford Fusion de segunda generación , e incorporó sistemas start-stop en el modelo Ford F150 2015 por primera vez como una característica estándar en lugar de una opción. [34] Anteriormente, solo la versión V-6 turboalimentada de 2,7 litros venía con stop-start, que requiere una batería de estera de fibra de vidrio absorbente (AGM) más robusta (y costosa) que puede manejar mejor el ciclo constante y el mayor consumo de los accesorios del vehículo con el motor apagado. [35]
En 2008, General Motors lanzó su modelo híbrido Chevrolet Tahoe con tecnología de dos modos AHS2 , que combina tecnología start-stop con frenado regenerativo y modo de vehículo eléctrico en determinadas condiciones a menos de 29 mph.
En 2012, General Motors lanzó su modelo Chevrolet Malibu Eco con tecnología eAssist , que combina tecnología start-stop con frenado regenerativo y refuerzo eléctrico en determinadas condiciones. [36]
En 2014, General Motors anunció que los Chevrolet Impala y Malibu tendrían un sistema de arranque y parada (no eAssist) en todos los modelos.
Honda ha estado utilizando la función start-stop durante más de una década a través de su sistema híbrido suave IMA en los modelos Insight de primera generación en el mercado doméstico japonés desde 1999 [ cita requerida ] y más recientemente en el Civic Hybrid .
Si bien tanto el Kia Rio como el Rio5 comparten el mismo nuevo motor de cuatro cilindros de 1.6 L con inyección directa con su primo Hyundai Accent/Verna (también recientemente rediseñado para 2012), Hyundai no mencionó esta característica en su línea Accent. [37] El Hyundai 1.4 manual tiene el sistema ISG (Intelligent Stop & Go) (en Israel).
El sistema Intelligent Eco Stop/Start de Jaguar se instaló por primera vez en los modelos XF [38] y XJ en 2011 antes de expandirse al resto de la gama.
Los rediseñados Kia Rio y Rio5 (hatchback) 2012 debutaron en el Salón del Automóvil de Nueva York de 2011 y se anunciaron con su función Intelligent Stop and Go (ISG), o tecnología de parada y arranque. [39]
Kia afirma que la combinación de inyección directa de combustible y sistema stop-start ofrecerá 30 mpg en ciudad y 40 mpg en carretera tanto en transmisiones manuales como automáticas de 6 velocidades.
En 2008, Land Rover equipó su Freelander con Stop/Start que podía reducir el consumo de combustible y las emisiones hasta en un 10%. [40] A partir de 2016, todos los modelos Land Rover y Range Rover están equipados con Intelligent Eco Stop/Start .
Mahindras fue la primera en la India en lanzar un sistema microhíbrido basado en el sistema de arranque y parada en mayo de 2000. Esto implicó tecnología local y el primer desarrollo de componentes de su tipo, como sensores de pedal de embrague y punto muerto basados en sensores Hall , y más tarde una empresa conjunta con Bosch para vehículos basados en riel común .
El sistema i-Stop, el primer sistema de arranque y parada de Mazda , detecta qué pistón está en la mejor posición para reiniciarse más rápido, que es el que está en la fase de combustión, cuando el aire y el combustible están en el cilindro, listos para encenderse. La mezcla en este cilindro se enciende mediante la bujía, forzando a ese pistón hacia abajo y, con la ayuda del motor de arranque, da como resultado un tiempo de reinicio del motor casi instantáneo de 0,35 segundos. [41]
En 2011, Mazda anunció i-ELOOP, un sistema que utiliza un alternador de voltaje variable para convertir la energía cinética en energía eléctrica durante la desaceleración. La energía almacenada en un condensador de doble capa se utiliza para suministrar la energía que necesitan los sistemas eléctricos del vehículo. Cuando se utiliza junto con el sistema de arranque y parada de Mazda, i-Stop, la empresa afirma que se consigue un ahorro de combustible de hasta el 10 %. [42]
Nissan utiliza la marca S-Hybrid (estilizada en mayúsculas como "S-HYBRID") para su sistema microhíbrido. El sistema S-Hybrid está completamente contenido dentro del compartimiento del motor y no requiere una batería de tracción. Los vehículos con el sistema S-Hybrid están equipados con un motor de control de energía (ECO), que sirve como alternador y motor de arranque del motor de gasolina. Estos vehículos también están equipados con una "batería secundaria" adicional ubicada en el compartimiento del motor para alimentar los accesorios eléctricos del vehículo cuando el motor de gasolina se ha apagado, en lugar de utilizar un alternador de accionamiento constante. Cuando el conductor levanta el pie del acelerador o frena, el motor ECO se acciona como un alternador para mantener la carga de la "batería secundaria". Además de usarse para reiniciar el motor, el motor ECO también aplica 50 N⋅m (5,1 kg⋅m; 37 lb⋅ft) de torque durante un segundo al cigüeñal cuando se arranca desde una parada, lo que proporciona una pequeña cantidad de asistencia del motor eléctrico. [43]
En 2010, Opel introdujo el sistema Start/Stop en sus modelos EcoFLEX . El sistema se utiliza con los motores de gasolina Familia 0 , Ecotec y MGE y los motores diésel MultiJet , Circle L y Familia B.
Perodua introdujo por primera vez el sistema de parada y arranque en 2016, denominado "Eco idle", en el Bezza . Inicialmente, solo estaba limitado a la variante tope de gama, Advance. Posteriormente, los modelos más nuevos, como el Myvi , Aruz , Ativa y Alza , comenzaron a incorporar este sistema de serie, incluso en los modelos básicos.
Renault introdujo esta tecnología en todos sus modelos europeos en 2010.
En 2009, el 750 de Roewe basado en el Rover 75 fue equipado de serie con el sistema de parada y arranque con el motor híbrido 1.8 Rover serie K. [ cita requerida ]
En 2009, el 9-5 de segunda generación incorporó una función de arranque y parada. El botón para controlar el sistema se colocó junto a la palanca de cambios, como las antiguas llaves de encendido de los SAAB. [44]
Muchos vehículos Subaru están equipados con un sistema de parada y arranque automático. Se lanzó por primera vez en 2011 para el Impreza y el Crosstrek .
El sistema de arranque y parada de Suzuki se llama EASS (Engine Auto Start Stop). [45]
Algunos fabricantes de automóviles, como Suzuki, tienen una pequeña batería de iones de litio de 12 V adicional dentro del automóvil. [46] El sistema se comercializa como "SHVS Mild Hybrid System" (Smart Hybrid Vehicle by Suzuki) y está disponible como opción en Ignis, Swift y Baleno en varios mercados.
Tata Motors introdujo este sistema en su vehículo comercial ligero Tata Ace . [47]
Toyota mostró un prototipo de su Toyota Crown de seis cilindros equipado con un interruptor de encendido y apagado automático [13] [14] en 1974, afirmando un ahorro de gasolina del 10 por ciento en el tráfico.
Más recientemente, Toyota ha estado vendiendo automóviles con sistema start-stop en sus vehículos con motor de combustión interna desde 2009, y desde 1997 en su línea híbrida Prius. [48] Tanto Toyota como Mazda introdujeron la tecnología stop-start, disponible también fuera de Japón, en algunos de sus vehículos del año modelo 2009.
Volkswagen comenzó a utilizar sistemas start-stop con el Polo Formel E con SSA alrededor de 1983, después de haber presentado el sistema en el coche de investigación Auto 2000 de 1981. [49] Más tarde, el LUPO 3L, y después en el Polo, Golf y Passat BlueMotion , que también incluyen mejoras de peso y aerodinámicas. El sistema ahora es común en la gama Volkswagen, instalado en todos los vehículos con el paquete Bluemotion Technology, aunque algunos otros modelos también tienen la tecnología. Para el Lupo 3L, con una caja de cambios manual automatizada y embrague, el motor se detiene cuatro segundos después de que el automóvil se detiene con el pie del conductor en el pedal del freno. No es necesaria ninguna otra acción. Quitar el pie del pedal del freno inicia el arranque del motor y el automóvil puede comenzar a conducir. La palanca de cambios permanece en la posición D durante todo el proceso. Lo mismo se aplica al Audi A2 1.2TDi, que es casi idéntico mecánicamente.
Volvo introdujo su tecnología start-stop en 2009 bajo su marca DRIVe. [50]
Mitsubishi Motors introdujo este sistema en 1999 bajo su marca AS&G (Auto Stop & Go), en su kei-car Mitsubishi Pistachio . [51] Mitsubishi ha estado comercializando la tecnología AS&G en sus modelos de marca ClearTec en el mercado europeo desde 2008. El sistema AS&G también está disponible en el Mitsubishi Colt (UE), que salió a la venta en Europa en 2008. Desde 2010, este sistema también se ha utilizado en el Mitsubishi ASX (UE). En 2015, AS&G se agregó al Mitsubishi Eclipse Cross .
Los vehículos híbridos/eléctricos apenas sufren retrasos en la potencia al salir de la parada, gracias a la disponibilidad instantánea de energía de la batería para los motores eléctricos. Los vehículos de gasolina y microhíbridos, por otro lado, generalmente sufren ligeros retrasos (aunque sean fracciones de segundo).
En febrero de 2001, la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras de Estados Unidos (NHTSA) planteó preguntas sobre los vehículos Honda no híbridos equipados con las transmisiones "Idle Stop" de la empresa debido a las preocupaciones sobre el "súbito avance del vehículo en un reinicio automático", en lugar del "avance gradual que se encuentra en los diseños de transmisión actuales". [52] [53]
Un error muy común en los sistemas de parada y arranque es que el uso a largo plazo puede inducir un desgaste adicional debido a la falta de lubricación con aceite. En el caso de las semicarcasas de los cojinetes del cigüeñal y los cojinetes de la biela, esto puede traducirse en un movimiento rotatorio frecuente a alta velocidad antes de que se establezca una película hidrodinámica. Durante esta fase de lubricación límite, puede producirse un contacto metal con metal entre la superficie del cigüeñal y la superficie deslizante del cojinete. Esto no fue un problema mientras el número de reinicios del motor alcanzó lo que generalmente se entendió como una magnitud normal. Sin embargo, en un vehículo con un sistema de parada y arranque, este efecto puede requerir nuevas soluciones tecnológicas para evitar el desgaste prematuro de los cojinetes, dependiendo del ciclo de conducción. En consecuencia, los futuros motores para aplicaciones de parada y arranque deben diseñarse para entre 250.000 y 300.000 arranques. Las carcasas de cojinetes tradicionales con revestimiento de aluminio o cobre muestran un desgaste severo después de solo 100.000 ciclos. [54] [ ¿ Fuente autopublicada? ]
Algunas implementaciones no utilizan un motor de arranque, [ cita requerida ] eliminando las preocupaciones sobre el desgaste del motor de arranque. El Mazda i-stop utilizado en la línea Mazda3/Axela (en Europa y JDM ) utiliza la combustión para ayudar al motor de arranque detectando la posición del pistón en el cilindro. Afirman que el reinicio del motor es más silencioso y rápido en 0,35 segundos. [55]
Algunos fabricantes de automóviles, como Suzuki, tienen una batería de iones de litio dentro del coche. [46]
Muchos consumidores de vehículos han expresado su frustración por lo que perciben como una extralimitación, incomodidad y molestia del gobierno en relación con la función de parada y arranque automáticos requerida. Además, el botón de parada y arranque automáticos se establece por defecto en la posición "encendido" cada vez que se arranca el vehículo, en lugar de estar por defecto en la posición "apagado", lo que permitiría al consumidor elegir si desea activar la función. La Agencia de Protección Ambiental (EPA) ofrece actualmente incentivos de calificación de consumo de combustible a los fabricantes de automóviles que se aseguren de que sus sistemas de parada y arranque automáticos se establezcan por defecto en la posición "encendido". Si el sistema es "sin enclavamiento" (es decir, no permanece apagado después de que se apaga el automóvil), la EPA solo calcula las cifras de ahorro de combustible cuando el sistema está activado. Si el fabricante del automóvil permite que el sistema se desactive permanentemente, entonces la EPA prueba el ahorro de combustible con el sistema encendido y apagado, luego promedia las dos cifras de ahorro de combustible. Dado que ese promedio siempre será menor que el ahorro con el sistema activado, los fabricantes de automóviles optan por volver a encenderlo cuando se reinicia el vehículo. [56] [ ¿ Fuente autopublicada? ] Como resultado, para desactivar la función de parada y arranque automáticos, tanto el gobierno como los fabricantes de automóviles obligan a los conductores de vehículos a presionar el botón de parada y arranque automáticos cada vez que arrancan el vehículo. Este inconveniente lleva a muchos consumidores a vivir con la molestia de presionar el botón cada vez que arrancan el automóvil, a buscar soluciones alternativas en el mercado de repuestos o a evitar por completo los modelos de vehículos que cuentan con esta función. [57] [ ¿ Fuente autopublicada? ]
Según las observaciones del Laboratorio de Monitoreo Global de la NOAA, en 2021 el dióxido de carbono por sí solo fue responsable de aproximadamente dos tercios de la influencia total del calentamiento de todos los gases de efecto invernadero producidos por el hombre.
