Auto-Start-Stopp-Systeme
Vor einigen Jahrzehnten führten deutsche Wissenschaftler Traktionstests an einem Audi LS mit einer Motorleistung von 55 kW durch. Die Tests ergaben, dass das Auto im Leerlauf 0,35 ccm und beim Anfahren 1,87 ccm Kraftstoff verbraucht. Es liegt also auf der Hand, dass man durch das Abschalten des Motors während eines Stillstands, der länger als 5 Sekunden dauert, etwas Kraftstoff sparen kann.
Die Möglichkeit, den Kraftstoffverbrauch zu senken, indem man den Motor auch bei einem sehr kurzen Stopp ausschaltet und dann wieder anlässt, führte zur Entwicklung von Steuerungssystemen, die diese Vorgänge automatisch durchführen.
Die von Volkswagen Anfang der 80er Jahre eingeführte Lösung ist ein gutes Beispiel für ein solches System. Der Motor konnte vom Fahrer oder automatisch abgeschaltet werden, je nach Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der Motortemperatur und der Stellung des Gangwahlhebels. Er wurde durch einen Anlasser in Gang gesetzt, wenn der Fahrer den ersten oder zweiten Gang einlegte und das Gaspedal betätigte, ohne die Kupplung loszulassen. Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter 5 km/h fiel, stoppte das System den Motor durch Schließen des Leerlaufluftkanals. Wenn der Motor nicht ausreichend aufgeheizt war, verhinderte der Temperatursensor das Abstellen des Motors. Dies geschah, um den Verschleiß des Anlassers zu verringern, da das Anlassen eines erwärmten Motors viel weniger Zeit erfordert als das Anlassen eines kalten Motors. Außerdem reduzierte die Steuerung die Belastung des Akkumulators durch Abschalten der Heckscheibenheizung.
Heute sind Autos immer häufiger mit ähnlichen Steuerungssystemen ausgestattet, die für das Anlassen und Abstellen des Motors verantwortlich sind. Diese Systeme werden in der Regel als Start-Stopp, Start&Stop oder Stop-and-Go bezeichnet.
Starter in Start-Stopp-Systemen
Bei den meisten Lösungen für Start-Stopp-Systeme in Autos wird der Motor mit einem herkömmlichen Anlasser gestartet. Da das Fahrzeug jedoch sehr häufig gestartet wird, muss der Anlasser langlebiger sein als ein herkömmlicher Anlasser. Deshalb ist er mit einem stärkeren Elektromotor und verschleißfesteren Bürsten ausgestattet. Außerdem wurde die Einwegkupplung im Kupplungsmechanismus geändert und die Form der Ritzelzähne korrigiert.
All diese Neuerungen führen zu einer geringeren Geräuschentwicklung des laufenden Anlassers, was für den Fahrkomfort von nicht geringer Bedeutung ist, wenn man bedenkt, dass wir den Motor sehr oft starten.
Umkehrbare Lichtmaschine
Selbst ein modernisierter und verstärkter Anlasser ist nicht für den Dauerbetrieb geeignet. Anders verhält es sich jedoch bei einer Lichtmaschine, deren Rotor sich von dem Moment an dreht, in dem der Motor anspringt, bis er stehen bleibt. Dies ist wahrscheinlich der Ursprung der Idee, dass man die Lichtmaschine während des Starts mit der Kurbelwelle drehen könnte, so dass sie sich in einen Elektromotor verwandelt. Die Firma Valeo entwickelte einen solchen Starter-Generator für Start-Stopp-Systeme, genannt StARS (Starter Alternator Reversible System).
Das System basiert auf einem reversiblen Elektromotor, der sowohl die Funktion des Anlassers als auch die des Generators übernimmt. Die reversible Lichtmaschine kann leicht anstelle der klassischen Lichtmaschine montiert werden. Er ermöglicht ein sehr sanftes Anfahren. Im Vergleich zum herkömmlichen Anlasser entfällt der Einkuppelvorgang, so dass keine zusätzlichen Geräusche entstehen.
Während des Anlaufs wird der reversible Generator zu einem Elektromotor. Daher müssen seine Ankerwicklungen mit Wechselspannung versorgt werden, während der Gleichstrom an die Erregerwicklung (des Rotors) geliefert werden muss. Um die Wechselspannung aus einem Bordgenerator zu gewinnen, ist der Einsatz eines so genannten Wechselrichters erforderlich.
Außerdem können die Ankerwicklungen nicht über den Spannungsregler und die Diodenbrücken mit Wechselspannung versorgt werden, da sie zu diesem Zeitpunkt von den Wicklungen entfernt werden müssen. Im Moment des Starts wird der reversible Generator zum Elektromotor mit einer Leistung von höchstens 2-2,5 kW und einem Drehmoment von 40 Nm. Dadurch kann der Motor innerhalb von 350 bis 400 ms angelassen werden.
In dem Moment, in dem der Motor in Gang gesetzt wird, hört die Wechselspannung auf, durch die Ankerwicklungen zu fließen. Der reversible Generator wird wieder zu einem Wechselstromgenerator mit Spannungsregler und Dioden, die an die Ankerklemmen angeschlossen sind, um das Bordnetz mit konstanter Spannung zu versorgen.
Andere Hersteller rüsten den Motor zusätzlich mit einem konventionellen Anlasser und einer reversiblen Lichtmaschine aus, um den Motor nach längerem Stillstand zum ersten Mal zu starten.