Start/Stopp-Systeme unter der Lupe

Start/Stopp-Systeme setzen sich immer mehr durch. Sie helfen den Automobilherstellern, den Kohlendioxid-Ausstoß im NEFZ-Zyklus zu senken. Wie funktionieren diese Systeme und welche Komponenten werden dafür benötigt? Die amz-Redaktion hat sich beim Systemlieferanten Bosch darüber informiert.

Immer mehr Automobilhersteller setzten das Start/Stopp-System bei neuen Fahrzeugmodellen ein. Im Stadtabschnitt des NEFZ-Zyklus bringt es eine Kohlendioxid-Einsparung von bis zu acht Prozent. Künftig sollen mit erweiterten Start/Stopp-Funktionen noch höhere Einsparungen möglich sein. Da das System von Bosch größtenteils auf bereits im Fahrzeug vorhandene Sensoren zurückgreift, lässt es sich vergleichsweise einfach und kostengünstig realisieren. Der weltweit führende Automobilzulieferer geht davon aus, dass bis 2017 etwa 90 Prozent der Neufahrzeuge mit einem Start/Stopp-System ausgestattet sein werden.

Start/Stopp-Funktionen
Aufgabe des Start/Stopp-Systems ist es, den Motor auszuschalten, wenn er bei Haltephasen nicht benötigt wird und ihn automatisch wieder zu starten, wenn der Fahrer weiterfahren möchte. Der Motor wird nur dann abgeschaltet, wenn alle Abschaltvoraussetzungen erfüllt sind. Je nach Konzept des Fahrzeugherstellers zählen dazu Parameter wie zum Beispiel Motortemperatur, Ladezustand der Batterie, Außentemperatur, Anhängerbetrieb und Steigung der Fahrbahn. Zusätzlich schaltet das System den Motor erst dann ab, wenn die Geschwindigkeit unter circa acht Kilometer in der Stunde liegt, der Leerlauf eingelegt und die Kupplung nicht betätigt ist. Bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe wird der Motor erst bei Stillstand und bei betätigtem Bremspedal abgeschaltet.

Wenn der Fahrer das Kupplungspedal betätigt, wird der Motor wieder gestartet, so dass der Fahrer nach dem Einlegen des ersten Gangs unverzüglich weiterfahren kann. Bei Automatik-Fahrzeugen wird der Motor beim Lösen des Bremspedals gestartet, wenn beispielsweise die Innentemperatur nur durch das Einschalten des Klimakompressors auf dem gewünschten Niveau gehalten werden kann oder der Ladezustand der Batterie beziehungsweise der Vakuumvorrat im Bremskraftverstärker einen definierten Schwellenwert unterschreitet.

Erforderliche Zusatzsensoren
Die Start/Stopp-Funktionalitäten sind im Motorsteuergerät integriert. Es ist mit einer zusätzlichen Software, dem so genannten Start/Stopp-Koordinator und mit ebensolchen Schnittstellen zum Starter und zu diversen Sensoren ausgestattet. Dazu zählt beispielsweise der Batteriesensor. Er ist am Minuspol der Batterie montiert und bildet den zentralen Bestandteil des elektronischen Energiemanagements. Der Batteriesensor erfasst präzise den Strom, die Spannung und die Temperatur der Batterie und ermittelt anhand der gemessenen Werte deren Energieaufnahme- und Abgabefähigkeit.
Bei Fahrzeuge mit Schaltgetriebe benötigt das Start/Stopp-System zusätzlich einen Neutralgangsensor. Er zeigt an, ob ein Gang eingelegt ist. Außerdem setzt Bosch einen intelligenten Kurbelwellensensor mit bidirektionaler Drehrichtungserkennung ein. Er misst auch das Rückpendeln des Motors beim Abschalten. Dank dieser Information kennt das Steuergerät die genaue Motorposition beim Stillstand. Dadurch kann ein wesentlich schnellerer Start erfolgen, da auf die Synchronisation zur Nockenwelle verzichtet werden kann.

Je nach Systemauslegung der Fahrzeughersteller kann zusätzlich ein Differenzdrucksensor für den Bremskraftverstärker verbaut sein. Er überwacht während der Stopp-Phase den Druck im Bremskraftverstärker, damit nach dem Start eine ausreichende Bremskraftverstärkung sichergestellt ist.
Aus Sicherheitsgründen werden die Start/Stopp-Funktionen nur dann aktiviert, wenn ein Fahrer im Auto sitzt und die Motorhaube geschlossen ist. Diese Informationen liefern ein Gurtschlossschalter und ein Schalter für die Motorhaubenposition. Auf Wunsch kann der Fahrer die Start/Stopp-Funktionen auch manuell über einen Schalter am Armaturenbrett ausschalten.

Anforderungen an Bordnetz, Starter und Kraftstofffilter
Das Bordnetz von Fahrzeugen mit Start/Stopp-System ist deutlich höheren Belastungen ausgesetzt als jenes konventioneller Automobile. Deshalb wird es ausschließlich von EFB- (Enhanced Flooded Battery) oder AGM-Batterien (Absorbent Glass Mat) mit Spannung versorgt. Sie sind leistungsfähiger und zyklenfester als klassische Blei-Säure-Batterien. Zudem bieten sie eine verbesserte Ladungsaufnahme, einen besseren Stromfluss und höhere Startleistung selbst bei niedrigen Ladezuständen. Desweiteren muss berücksichtigt werden, dass beim Betätigen des Starters das Spannungsniveau des Bordnetzes kurzzeitig abfällt. Dies kann die Funktion elektronischer Geräte beeinträchtigen und führt beispielsweise zur Unterbrechung des Radioempfangs, der Freisprecheinrichtung oder der Navigation. Um dies zu vermeiden, wird bei Fahrzeugen mit Start/Stopp-System ein Spannungsstabilisator eingebaut. Der so genannte DC/DC-Wandler stabilisiert die Spannung für Teile des Bordnetzes beim Motorstart und verhindert Beeinträchtigungen der Komfortfunktionen. Die Zahl der Startvorgänge nimmt bei Fahrzeugen mit Start/Stopp-Systemen etwa um den Faktor sechs zu. Deshalb hat Bosch die Starter für Start/Stopp-Systeme mit stärkeren Lagern, verbessertem Planetengetriebe, verstärktem Einspurgetriebe und optimiertem Kollektor ausgestattet. Diese Auslegung soll es ermöglichen, dass der Starter den häufigeren Starts über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs standhält. Die höhere Zahl der Startvorgänge führt auch dazu, dass der Kraftstofffilter häfiger starken Druckpulsationen ausgesetzt ist. Deshalb haben die Bosch-Ingenieure für Start/Stopp-Anwendungen besonders robuste Kraftstofffilter entwickelt, um ein Bersten zu vermeiden.

Efficiency Line-Generatoren
Der Generator muss bei Fahrzeugen mit Start/Stopp-System nicht zwangsläufig ausgelegt sein. Dennoch bieten geregelte Generatoren viele Vorteile in Verbindung mit dem Start/Stopp-System, beispielsweise die Bremsenenergierückgewinnung. Mit Blick auf die Zunahme des Bedarfs an elektrischer Energie im Auto und der Start/Stopp-Systeme hat Bosch eine effizienzgesteigerte Generatorenserie, die so genannte Efficiency Line (EL), entwickelt und in Serie gebracht. Durch eine verbesserte elektrische Auslegung und optimierte Materialien konnten die Ingenieure den Wirkungsgrad auf über 70 Prozent steigern. Die EL-Generatoren geben bereits bei Leerlaufdrehzahl zehn Prozent mehr Leistung ab. Damit ermöglichen sie ein schnelleres Laden der Batterie und ein häufigeres Nutzen der Start/Stopp-Funktion. Eine zusätzliche analoge oder digitale Kommunikationsschnittstelle, zum Beispiel ein LIN-Bus, schafft ferner die Voraussetzung für eine intelligente Generatorregelung. Dadurch lässt sich die elektrische Energie weitgehend im Schubbetrieb gewinnen.

Künftige Weiterentwicklungen
Bosch entwickelt die Start/Stopp-Funktionen ständig weiter, um das Kraftstoffeinsparpotenzial dieser Technik weiter ausschöpfen. So wird zum Beispiel daran gearbeitet, dass der Motor auch bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe bereits beim Ausrollen ausgeschaltet werden kann. Dies stellt die Entwickler jedoch vor einige technische Hürden. Tritt der Fahrer beispielsweise während des Ausrollens auf Gas und will weiterfahren, muss der Motor ohne Verzögerung wieder anspringen. Um das zu realisieren, entwickelt Bosch den so genannten synchronisierten Wiederstart, bei dem der Starter sanft in den noch auslaufenden Motor einspuren kann. Hierfür wird die Drehzahl des Starterritzels an diejenige der Kurbelwelle angepasst, bevor es in den Zahnkranz einspurt. Dazu ist ein spezielles Starter-Design, das den Einspurvorgang des Ritzels vom Startvorgang trennt, und eine angepasste Motorsteuerungssoftware nötig.
Ein weiteres Kraftstoffeinsparpotential von bis zu zehn Prozent im Realbetrieb verspricht die Funktion Start/Stopp-Segeln. Bei dieser Funktion wird der Schwung des Fahrzeugs genutzt, um mit ausgekuppeltem und abgeschaltetem Motor zu rollen. Während der Segelphase werden sicherheitsrelevante Funktionen wie Servolenkung oder Bremskraftunterstützung durch eine redundante Auslegung des Bordnetzes aufrecht erhalten.
Bosch hat das Start/Stopp-System 2007 in Serie eingeführt. Es wird bereits in vielen Modellen führender Automobilhersteller wie Audi, BMW, Fiat, Porsche und Volkswagen verbaut. Das Start/Stopp-System wird Werkstattfachleuten künftig immer häufiger begegnen.


Quelle: amz - auto | motor | zubehör Nr. 12-2011

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