스타트-스탑 시스템

thumb|Perodua Myvi의 스타트-스탑 시스템 해제 버튼

스타트-스탑 시스템(또는 아이들링 스탑이나 마이크로 하이브리드)은 내연기관 차량이 공회전하는 시간을 줄여 연료 소비와 배출가스를 줄이기 위해 엔진을 자동으로 정지시키고 다시 시동하는 기술이다. 이 시스템은 차량의 정지와 출발이 잦은 신호등이나 교통 체증이 발생하는 도심 환경에서 가장 유용하다.

본래 하이브리드 전기차를 위해 개발되었으나, 현재는 하이브리드 파워트레인이 없는 다양한 일반 차량에서도 찾아볼 수 있다. 비하이브리드 차량의 경우 연비 개선 효과가 3~10% 정도로 보고되고 있으며, 일부 추정치는 최대 12%에 달한다. 미국 에너지부에 따르면, 미국에서만 공회전으로 인해 연간 이상의 연료가 소비된다.

스타트-스탑 작동 방식은 차량 유형에 따라 다르다. 수동변속기 차량의 경우 보통 기어가 중립에 있고 클축를 놓았을 때 시스템이 활성화되며, 클러치를 밟으면 엔진이 다시 가동된다. 자동 시스템은 엔진 부하와 부속 장치 수요를 모니터링하며, 공기조화 장치 사용이나 배터리 잔량 부족 등 특정 조건에서는 스타트-스탑 기능을 무효화할 수도 있다.

엔진 정지 중에도 기능을 유지하기 위해, 전통적으로 서펜타인 벨트에 의해 구동되던 에어컨 컴프레서나 워터 펌프 같은 부속 장치들은 전기로 구동되도록 재설계되기도 한다. i-ELOOP 시스템이 장착된 마쓰다 3와 같은 일부 차량은 엔진이 꺼져 있을 때 부속 장치에 전력을 공급하기 위해 슈퍼커패시터를 사용한다.

스타트-스탑 기술은 아시아와 유럽 시장에서 판매되는 혼다 스쿠터와 같은 이륜차에도 적용되었다.

 특징 
스타트-스탑 기술은 규제의 차이로 인해 유럽에서 먼저 도입되었다. 신유럽 주행 사이클(NEDC)의 25%가 공회전 상태인 반면, 미국 환경보호청(EPA) 테스트에서는 공회전 비중이 약 11%에 불과하기 때문이다. 스타트-스탑 활성화는 운전자의 조작뿐만 아니라 작동 조건에도 달려 있다. 카탈리틱 컨버터의 적절한 활성화와 매끄러운 재시동을 위한 적절한 윤활을 보장하기 위해 엔진이 적정 온도에 도달해야 한다.

수동변속기 차량의 경우, 엔진 정지는 보통 완전히 멈추기 위해 브레이크를 밟고 기어를 중립으로 옮긴 뒤 클러치를 놓을 때 발생한다. 자동변속기 차량은 완전히 멈출 때까지 브레이크를 밟으면 정지하며, 차량이 멈췄을 때 풋 브레이크 페달을 누르면 정지 기능이 활성화된다. 만약 자동변속기를 수동으로 조작하여 속도를 줄이고 핸드브레이크를 사용하여 최종적으로 정지했다면 엔진은 꺼지지 않는다.

 강화된 구성 요소 
추가적인 정지 및 시동 사이클은 엔진과 전기 시스템에 가해지는 부하를 증가시키므로, 시스템의 내구성과 장기적인 마모 저항성을 강화하기 위해 차량의 많은 부품을 수정하고 보강해야 한다. 시스템이 없는 구형 차량과 유사한 수준의 내구성, 편안, 사용자 경험을 달성하기 위해 자동차 제조사는 차량의 산업 디자인에 다음과 같은 개선 사항을 포함할 수 있다.

 엔진 메인 (크랭크축) 베어링에 폴리아마이드와 같이 고체 윤활제의 특성을 가진 특수 중합체를 코팅한다. 이는 크랭크축이 멈출 때 엔진오일 막과 유체역학적 윤활이 부족해지는 것을 보완하여, 베어링 표면의 마모를 가속할 수 있는 금속 간 접촉을 방지한다.
 메인 자동차 배터리로 AGM(absorbent glass mat) 또는 EFB(enhanced flooded battery) 기술을 사용하며, 두 기술 모두 증가된 충전 사이클과 전기 부하를 견딜 수 있다. 이는 교류 발전기가 전류 생성을 멈춘 후 배터리가 차량의 모든 전기 시스템을 유지해야 하기 때문에 중요하다. 종종 배터리에는 스타트-스탑용으로 설계되었다는 표시가 붙는다.
 스타터는 너무 빨리 마모되거나 과열되지 않고 지속적인 사용을 견딜 수 있도록 보강되어 설계된다.
 메인 기계식 펌프가 멈췄을 때도 계속 작동하는 전기 워터 펌프와 함께 독립적인 내연기관 냉각 회로가 추가된다. 이는 터보차저 베어링과 같이 열에 민감한 엔진 부품에 냉각수 공급을 보장하고, 겨울철에 실내 온도를 유지하기 위함이다.
 적절한 시스템 작동 조건을 보장하고, 다음 시동을 보장하는 데 필수적인 배터리 충전 상태 등의 매개변수를 허용 범위 내로 유지하기 위해 특수 센서와 엔진 제어 장치(ECU)가 추가될 수 있다.

 역사 
1970년대의 일산화탄소 배출 규제와 연료 부족/석유 파동은 자동차 제조사들이 가스 소비를 줄이기 위한 해결책을 찾도록 압박했다. 자동 온/오프 스위치를 사용한 최초의 차량은 1974년의 6기통 토요타 크라운이었으며, 이미 교통 체증 시 10%의 가스 절감을 주장했다. 1980년대에는 City-matic 시스템을 갖춘 피아트 레가타 "ES"와 폭스바겐 폴로 "Formel E"도 유사한 장치를 사용했다. 폭스바겐 그룹은 1994년 골프 이코매틱(Ecomatic)에, 1999년에는 폭스바겐 루포 "3L"과 아우디 A2 "3L"에 이 기술을 채택했다. 이러한 초기 구현은 많은 운전자에게 다소 당혹스럽게 느껴졌고 높은 가격으로 인해 상업적인 성공을 거두지는 못했지만, 폭스바겐 루포와 아우디 A2는 출시 당시 미국에서 판매되던 어떤 양산차보다 효율적이었다.

유럽 배출가스 기준 Euro 5 이후, 공회전을 줄이는 것이 지구 온난화의 주요 원인인 CO2 배출을 줄여주기 때문에 가격대와 상관없이 점점 더 많은 차량에 스타트-스탑 시스템이 포함되고 있다.

제조사들은 시스템을 계속해서 정교하게 다듬었다. 2010년, 발레오는 2세대 스타트-스탑 시스템이 같은 해에 등장할 것이라고 발표했다. "i-StARS"라고 불리는 이 새로운 세대의 발레오 시스템은 시트로엥, 랜드로버, 푸조, 스마트, 볼보 등에 포함되었으며, 보쉬 시스템은 피아트, 닛산, 세아트, 폭스바겐 등의 가솔린 및 디젤 차량에 포함되었다. 보쉬는 자동변속기 차량을 위한 시스템도 개발했다.

마쓰다의 SISS(Smart Idle Stop System)는 전기 시동 대신 연소 시동 방식을 사용한다. 실린더 내 피스톤의 위치를 감지하여 연소에 의해 즉시 시동이 가능한 설정으로 엔진을 정지시킨다. 마쓰다는 0.35초 이내의 더 조용하고 빠른 엔진 재시동을 주장한다.

기아의 ISG 에코다이내믹스(EcoDynamics) 시스템은 보쉬, 발레오, 바르타의 부품을 사용한다.

 제조사 
 알렉산더 데니스 
일부 알렉산더 데니스 Enviro200 MMC 및 Enviro400 MMC 버스에는 버스 정류장에서 엔진을 정지시키는 스타트-스탑 시스템이 장착되어 있다.

 벤틀리 
스타트-스탑 기술은 2016년 벤틀리 벤테이가 모델에 처음으로 적용되었다. 벤틀리의 시스템은 차량이 멈추거나 천천히 움직일 때 엔진을 정지시킨다.

 BMW 
BMW는 이피션트 다이내믹스(Efficient Dynamics) 브랜드의 일환으로 2008년부터 많은 차량과 미니 라인업에 이 기술을 포함하고 있다. BMW는 엔진의 기생 손실을 줄이는 방법에 관심을 가져왔으며, 이를 한 단계 더 발전시켰다. 통합형 시동 발전기(ISG)를 사용하는 대신, BMW는 로버트 보쉬 GmbH가 개발한 향상된 스타터를 사용하여 스타트-스탑 차량의 늘어난 엔진 시동 횟수를 견딜 수 있게 했다.

BMW는 대부분의 시간 동안 교류 발전기가 활성화되지 않도록 시스템을 개발했다. 즉, 차량의 전기 부품들이 평소에는 배터리 전원으로 작동한다는 의미이다. 배터리 충전이 필요하거나 감속 또는 제동 시에만 교류 발전기가 활성화되어 배터리를 재충전한다(회생 제동). 이 배터리는 일반 자동차 배터리와 매우 다른 부하 특성을 겪기 때문에, BMW는 대신 AGM 타입을 사용했다.

회생 제동을 사용하기 때문에 일부에서는 이 유형의 시스템을 마이크로 하이브리드라고 부르기 시작했다. 이는 ISG가 엔진을 돕거나 차량을 직접 구동할 수 있는 마일드 하이브리드 시스템보다 한 단계 낮은 단계이다.

 시트로엥 
시트로엥은 2006년 시트로엥 C2와 시트로엥 C3 모델에 "Stop and Start"라는 이름의 더 정교한 시스템을 도입했다. 시트로엥의 방식은 SensoDrive 자동화 변속기와 전자 제어식 가변 교류 발전기 또는 통합형 시동 발전기(ISG)를 결합한 것이다. 통합형 시동 발전기라고도 불리는 ISG는 스타터와 교류 발전기의 역할을 하나의 장치로 통합한 것이며, 제조사로는 발레오와 덴소가 있다.

 다이하쓰 
다이하쓰의 "Eco Idle" 아이들링 스탑 메커니즘은 다이하쓰 무브(Move)와 무브 콘테(Move Conte)의 일부 등급에 처음 설치되었으며, 점차 모든 다이하쓰 경자동차의 표준이 되었다. 미라 e:S에 설치된 시스템은 가솔린 기관을 장착한 CVT 차량용으로는 세계 최초였다. 브레이크를 밟아 속도가 이하가 되면 자동으로 엔진을 정지시켜 아이들링 스탑 시간을 늘림으로써 연비를 개선했다. 또한 전용 부품 수를 줄여 추가적인 경량화와 "소형화"를 달성했다.

 피아트 크라이슬러 오토모빌스 
FCA는 2008년 말 피아트 500에 로버트 보쉬 GmbH가 제작한 시스템을 도입했다. 2009년 9월부터 알파 로메오 역시 피아트 파워트레인 테크놀로지스(FPT)의 1.4 L 터보 가솔린 멀티에어(MultiAir) 엔진을 사용하는 알파 로메오 미토 시리즈에 이 시스템을 도입했다.

 포드 
2010년 말, 포드는 유럽의 여러 주력 모델과 하이브리드에 이미 사용 중인 스타트-스탑 시스템을 2012년형 모델부터 북미 시장에 도입할 것이라고 발표했다. 초기에는 4기통 엔진에 적용되었으나 이후 V6와 V8로 확산되었으며, 결과적으로 모든 포드 차량에서 사용 가능하게 되었다.

2013년에는 2세대 포드 퓨전 모델에 스타트-스탑 기술이 적용될 것임을 발표했고, 2015년형 포드 F-150 모델에는 옵션이 아닌 표준 사양으로 처음 내장했다. 이전에는 2.7리터 터보차저 V6 버전만 스탑-스타트 기능이 포함되었는데, 이는 엔진이 꺼진 상태에서 빈번한 사이클과 차량 부속 장치의 큰 전력 소비를 더 잘 처리할 수 있는 견고하고 비싼 AGM 배터리를 필요로 하기 때문이다.

 제너럴 모터스 
2008년, 제너럴 모터스는 스타트-스탑 기술과 회생 제동, 그리고 시속 29마일 이하의 특정 조건에서 전기차량 모드를 결합한 AHS2 투모드(two-mode) 기술을 적용한 쉐보레 타호 하이브리드 모델을 출시했다.

2012년, 제너럴 모터스는 스타트-스탑 기술과 회생 제동 및 특정 조건에서의 전기 보조 기능을 결합한 eAssist 기술을 갖춘 쉐보레 말리부 Eco 모델을 출시했다.

2014년, 제너럴 모터스는 쉐보레 임팔라와 말리부의 모든 모델에 (eAssist가 아닌) 스타트-스탑 시스템을 적용할 것이라고 발표했다.

 혼다 
혼다는 1999년부터 일본 내수 시장용 1세대 혼다 인사이트 모델에, 그리고 최근에는 시빅 하이브리드에 탑재된 IMA 마일드 하이브리드 시스템을 통해 10년 이상 스타트-스탑 기능을 사용해 왔다.

 현대자동차 
기아 리오와 리오5가 현대 엑센트(2012년형으로 새로 디자인됨)와 동일한 신형 직분사 4기통 1.6 L 엔진을 공유하고 있음에도 불구하고, 현대자동차는 엑센트 라인업에서 이 기능에 대해 언급하지 않았다. 이스라엘 판매용 현대 1.4 수동 모델에는 ISG(Intelligent Stop & Go) 시스템이 장착되어 있다.

 재규어 
재규어의 인텔리전트 에코 스탑/스타트(Intelligent Eco Stop/Start)는 2011년 재규어 XF와 재규어 XJ 모델에 처음 장착된 후 나머지 라인업으로 확대되었다.

 기아 
2011년 뉴욕 오토쇼에서 데뷔한 2012년형 기아 리오와 리오5(해치백)는 지능형 스탑 앤 고(ISG) 기능, 즉 스탑-스타트 기술과 함께 발표되었다. 기아는 연료 직분사와 스탑-스타트의 결합을 통해 6단 수동 및 자동 변속기 모두에서 도심 주행 30 mpg, 고속도로 주행 40 mpg의 연비를 제공할 것이라고 주장했다.

 랜드로버 
2008년, 랜드로버는 연료 소비와 배출가스를 최대 10%까지 줄일 수 있는 스탑/스타트 기능을 프리랜더 모델에 장착했다. 2016년 기준으로 모든 랜드로버 및 레인지로버 모델에는 인텔리전트 에코 스탑/스타트가 장착되어 있다.

 마힌드라 & 마힌드라 
마힌드라는 2000년 5월 인도에서 처음으로 스탑-스타트 기반의 마이크로 하이브리드 시스템을 출시했다. 여기에는 자체 개발한 기술과 홀 센서(Hall sensor) 기반의 중합 및 클러치 페달 센서 같은 부품 개발이 포함되었으며, 이후 커먼 레일 기반 차량을 위해 로버트 보쉬 GmbH와 합작했다.

 마쓰다 
마쓰다의 첫 번째 스타트-스탑 시스템인 i-Stop 시스템은 가장 빨리 재시동할 수 있는 위치에 있는 피스톤을 감지한다. 이는 실린더 내부에 공기와 연료가 있어 점화될 준비가 된 연소 행정 단계의 피스톤이다. 이 실린더 내의 혼합기가 점화 플러그에 의해 점화되어 피스톤을 밀어내고, 스타터 모터의 도움을 받아 0.35초라는 거의 즉각적인 엔진 재시동 시간을 달성한다.

2011년 마쓰다는 감속 중 운동 에너지를 전력으로 변환하기 위해 가변 전압 교류 발전기를 사용하는 시스템인 i-ELOOP을 발표했다. 이중층 커패시터에 저장된 에너지는 차량 전기 시스템에 필요한 전력을 공급하는 데 사용된다. 마쓰다의 스타트-스탑 시스템인 i-Stop과 함께 사용하면 최대 10%의 연료 절감 효과가 있다고 주장한다.

 닛산 자동차 
닛산은 마이크로 하이브리드 시스템에 S-하이브리드(S-HYBRID) 브랜드를 사용한다. S-하이브리드 시스템은 전적으로 엔진룸 내부에 포함되어 있으며 구동용 배터리가 필요하지 않다. S-하이브리드 시스템이 장착된 차량에는 가솔린 엔진의 교류 발전기 및 스타터 모터 역할을 하는 에너지 제어(ECO) 모터가 장착되어 있다. 또한, 이 차량들은 가솔린 엔진이 정지했을 때 상시 구동 교류 발전기 대신 차량의 전기 부품에 전원을 공급하기 위해 엔진룸에 추가적인 "서브 배터리"를 장착하고 있다. 운전자가 가속 페달에서 발을 떼거나 브레이크를 밟으면 ECO 모터가 교류 발전기로 구동되어 서브 배터리 충전 상태를 유지한다. 엔진을 재시동하는 데 사용될 뿐만 아니라, ECO 모터는 정지 상태에서 출발할 때 1초 동안 크랭크축에 의 토크를 가하여 소량의 전기 모터 보조를 제공한다.

 오펠/복스홀 
2010년 오펠은 EcoFLEX 브랜드 모델에 스타트/스탑을 도입했다. 이 시스템은 가솔린 엔진 및 디젤 엔진 라인업에 걸쳐 사용된다.

 Perodua 
Perodua는 2016년 Bezza 모델에 "Eco idle"이라 불리는 스타트/스탑 시스템을 처음 도입했다. 초기에는 최고급 사양에만 한정되었으나, 이후 Myvi, Aruz, Ativa, Alza 같은 신모델에서는 기본 모델까지 표준 사양으로 탑재되기 시작했다.

 르노 
르노는 2010년에 모든 유럽 모델에 이 기술을 도입했다.

 로위 (브랜드) 
2009년, 로위의 로버 75 기반 모델인 750에 하이브리드 1.8 로버 K-시리즈 엔진과 함께 스탑-스타트가 기본 사양으로 장착되었다.

 사브 
스타트-스탑 기능은 2009년 2세대 사브 9-5에 장착되었다. 시스템 제어 버튼은 과거 사브의 점화 키 위치처럼 기어 레버 옆에 배치되었다.

 스바루 
많은 스바루 차량에 자동 스탑-스타트 시스템이 장착되어 왔다. 2011년 스바루 임프레자와 크로스트렉에 처음으로 적용되었다.

 스즈키 
스즈키의 스타트-스탑 시스템은 EASS(Engine Auto Start Stop)라고 불린다. 스즈키와 같은 일부 제조사는 차 내부에 별도의 소형 12V 리튬 이온 배터리를 하나 더 장착하기도 한다. 이 시스템은 "SHVS 마일드 하이브리드 시스템"으로 마케팅되며 여러 시장의 이그니스, 스위프트, 발레노에서 옵션으로 선택 가능하다.

 타타 자동차 
타타 자동차는 자사의 경상용차인 타타 에이스(Ace)에 이 시스템을 도입했다.

 토요타 자동차 
토요타는 1974년에 자동 온/오프 스위치가 장착된 6기통 토요타 크라운 프로토타입을 선보였으며, 교통 체증 시 10%의 가스 절감을 주장했다.

최근 토요타는 2009년부터 내연기관 차량에, 그리고 1997년부터 프리우스 하이브리드 라인업에 스타트-스탑 시스템을 적용해 판매하고 있다. 토요타와 마쓰다 모두 2009년형 모델 중 일부를 통해 일본 이외의 지역에서도 스탑-스타트 기술을 도입했다.

 폭스바겐 
폭스바겐은 1981년 Auto 2000 연구용 차량에서 시스템을 미리 선보인 후, 1983년경 SSA가 장착된 폴로 Formel E를 통해 스타트-스탑 시스템을 사용하기 시작했다. 이후 루포 3L, 그리고 중량 및 공기역학 개선 사항이 포함된 폴로, 골프, 파사트 블루모션(BlueMotion) 등에 적용되었다. 이 시스템은 현재 폭스바겐 라인업에서 흔히 볼 수 있으며 블루모션 테크놀로지 패키지가 적용된 모든 차량에 장착되지만, 다른 특정 모델에도 탑재되어 있다. 자동화 수동 변속기와 클러치가 있는 루포 3L의 경우, 운전자가 브레이크 페달을 밟고 차량이 정지한 지 4초 후에 엔진이 멈춘다. 다른 조작은 필요 없으며 브레이크 페달에서 발을 떼면 엔진 시동이 걸리고 차량이 출발할 수 있다. 기어 레버는 주행(D) 위치를 그대로 유지한다. 기계적으로 거의 동일한 아우디 A2 1.2TDi에도 같은 방식이 적용된다.

 볼보 
볼보는 2009년에 DRIVe 브랜딩 하에 스타트-스탑 기술을 도입했다.

 미쓰비시 자동차 
미쓰비시 자동차는 1999년에 AS&G(Auto Stop & Go) 브랜딩으로 경차인 미쓰비시 피스타치오(Pistachio)에 이 시스템을 도입했다. 미쓰비시는 2008년부터 유럽 시장의 ClearTec 브랜드 모델에서 AS&G 기술을 마케팅해 왔다. AS&G 시스템은 2008년 유럽에서 판매를 시작한 미쓰비시 콜트에도 적용되었다. 2010년부터는 미쓰비시 ASX에도 사용되었으며, 2015년에는 미쓰비시 이클립스 크로스에 추가되었다.

 우려 사항 
하이브리드/전기 보조 차량은 배터리에서 전기 모터로 즉각적인 동력을 공급받을 수 있기 때문에 정지 상태에서 출발할 때 동력 지연이 거의 없다. 반면 가솔린 및 마이크로 하이브리드 차량은 일반적으로 약간의 지연(비록 몇 분의 1초에 불과하지만)을 겪는다.

2001년 2월, 미국 고속도로교통안전국(NHTSA)은 혼다의 "Idle Stop" 변속기가 장착된 비하이브리드 차량에 대해 문제를 제기했는데, 이는 "현재의 변속기 설계에서 볼 수 있는 점진적인 전진" 대신 "자동 재시동 시 차량이 갑자기 앞으로 튀어나가는 현상"에 대한 우려 때문이었다.

스탑-스타트 시스템의 흔한 이슈 중 하나는 장기 사용 시 오일 윤활 부족으로 인해 추가적인 마모가 발생할 수 있다는 점이다. 크랭크축 베어링 하프 쉘과 빅 엔드 베어링의 경우, 유체역학적 막이 형성되기 전에 잦은 고속 회전 운동이 일어날 수 있다. 이 경계 윤활 단계에서 크랭크축 표면과 베어링의 슬라이딩 표면 사이에 금속 간 접촉이 발생할 수 있다. 엔진 재시동 횟수가 일반적인 수준이었을 때는 문제가 되지 않았으나, 스타트-스탑 시스템이 장착된 차량의 경우 주행 사이클에 따라 조기 베어링 마모를 방지하기 위한 새로운 기술적 해결책이 필요할 수 있다. 결과적으로 스타트-스탑용 엔진은 250,000회에서 300,000회의 시동을 견딜 수 있도록 설계되어야 한다. 알루미늄이나 구리 안감을 사용한 전통적인 베어링 쉘은 단 100,000 사이클 만에 심한 마모를 보인다.

일부 구현 방식은 스타터 모터를 사용하지 않아 스타터 모터 마모에 대한 우려를 없앤다. 유럽 및 일본 내수용 마쓰다 3/엑셀라 라인업에 사용된 마쓰다 i-stop은 실린더 내 피스톤의 위치를 감지하여 연소를 통해 스타터 모터를 보조한다. 이들은 0.35초 이내의 더 조용하고 빠른 엔진 재시동을 주장한다.

스즈키와 같은 일부 제조사는 차 내부에 리튬 이온 배터리를 하나 장착한다.

미국 환경보호청은 자동차 정지-시동 시스템이 기본적으로 "켜짐" 위치로 설정되도록 보장하는 제조사에게 연비 등급 인센티브를 제공한다. 만약 시스템이 "비래칭(non-latching)" 방식(즉, 시동을 껐다 켜도 꺼진 상태가 유지되지 않는 방식)인 경우, EPA는 시스템이 작동 중일 때만 연비를 계산한다. 만약 제조사가 시스템을 영구적으로 비활성화할 수 있게 허용한다면, EPA는 시스템을 켰을 때와 껐을 때 모두 연비를 테스트한 후 두 수치를 평균낸다. 그 평균치는 항상 시스템이 작동할 때보다 낮기 때문에, 제조사들은 차량 재시동 시 시스템이 다시 켜지도록 설정하며, 일부 운전자들은 이를 불편하게 여기기도 한다.

 같이 보기 
 공회전 제한
 마이크로 자동차

 각주 

분류:자동차 기술
분류:하이브리드 차량