Benutzerdefinierte Suche
kfztech.de Logo   mobile.de - Der Fahrzeugmarkt im Internet   
Kfz-Technik Abkürzungs-ABC Auto kfztech TV Unterricht
www.kfztech.de

Elektrik

 Integrierte Starter-Generator-Systeme

Die Zukunft des Stromnetzes im Auto

Ein Startergenerator

ist wie der Name vermuten lässt Starter und Generator in einem.  Der Startergenerator ist in der Lage den Motor in Sekundenbruchteilen anzuwerfen (Starter), den Motor evtl. zu  beschleunigen (Booster) und dann auch noch elektrischen Strom erzeugen (Generator). Heutige leistungsstarke Startergeneratoren können, wenn sie in Hybridelektrokraftfahrzeugen eingesetzt werden Energie sparen, indem sie beim Abbremsen des Fahrzeugs elektrische Energie in die Fahrzeugbatterie zurückspeisen (Rekuperation). Von Voll-Hybridfahrzeugen wie z.B. dem Toyota Prius soll aber hier nicht die Rede sein.

Grundsätzlich unterscheidet man Systeme mit riemengetriebenem Startergenerator, die man auch als Micro-Hybrid-Systeme bezeichnet und Systeme, die direkt von der Kurbelwelle angetrieben werden. So lange das 42 V Bordnetz aber nicht umgesetzt wird, werden solche Systeme aber kaum auf den Markt kommen.

 

Continental forschte und entwickelte an einem Kurbelwellen Starter Generator, der mit dem Kürzel ISAD auf sich aufmerksam machte. Ein Serieneinsatz kam aber nicht zustande.

ISAD bedeutet Integrated Starter Alternator Damper. Eine weitere gebrauchte Abkürzung ist z.B. auch ISG, was Integrierter Starter Generator bedeutet. Bei ZF Sachs verwendet man den Namen Dynastart.

An die Kurbelwelle oder an das Getriebe angeflanschte Startergeneratoren benötigen eine intelligente Steuerung. Viele Funktionen welche heute Starter und Generator einzeln übernehmen werden in einem System vereint. Zusätzlich wird der Funktionsumfang verbessert und deutlich erweitert.

 ISAD - Integrierter Starter Alternator Damper
Integrierter Starter Alternator Damper (ISAD) von Continental 

Vorteile

 

Der Wirkungsgrad ist sehr hoch, er liegt über 80% und die Generatorleistung kann größer als 8 KW betragen.
Integrierte Startergeneratoren können ihren Vorteil besonders in 42 V Systemen ausspielen.

Da kein Ritzel beim Start einspuren muss, sind solche Systeme auch viel schneller und leiser, als herkömmliche Starter. Startergeneratoren können sowohl das Abgas und den Verbrauch reduzieren und auch noch die Drehschwingungen des Motors dämpfen (Damper!).

Nach dem Start des Motors kann der Startergenerator ein zusätzliches elektromotorisches Drehmoments zur Anfahr-Unterstützung - bereitstellen. Dies wird als sogenannte Boost-Funktion bezeichnet.

Und last but not least bietet so ein System auch eine Start-/Stop Automatik. Dies sind alles Vorteile, die sie für einen Hybridantrieb interessant machen.
Dynastart von ZF
Dynastart - System von ZF Sachs 

Allein durch die
Start/Stopp-Funktion ließen sich mehr als 5% Kraftstoff sparen. In Kombination mit regenerativem Bremsen wären mehr als 11% möglich. Weiteres Kraftstoffeinsparpotential könnte sich durch die Booster Funktion ergeben. Hier kann zum einen die Fahrdynamik eines Fahrzeuges deutlich erhöht werden oder durch Verwendung eines hubraumschwächeren Motors (Downsizing) in Verbindung mit einem ISAD-System würden die Kosten, bei gleichbleibender Fahrzeugdynamik (Beschleunigungsverhalten), für Kraftstoff und Fahrzeuganschaffung deutlich reduziert.  
 Von Honda ist seit Jahren der Honda IMA im Einsatz.

IMA steht für Integrated Motor Assist. Es handelt sich um einen milden Hybriden mit einem Kurbelwellen-Startgenerator, der erstmals im  Honda Insight eingebaut wurde und z.B. auch im Hinda Civic IMA erfolgreich angeboten wird.
 Honda Civic IMA
Bei Honda als IMA schon lange im Einsatz
 

 Riemengetriebener Startergenerator

Vom riemengetriebenen Startergenerator wurde oft berichtet. Valeo hat ihn als StARS in mehreren Fahrzeugen bereits im Einsatz.

Valeos Starter-Generator  wurde erstmals 2004 im PSA Konzern eingebaut. Der riemengetriebene Starter-Generator verbindet mit Hilfe einer elektronischen Steuerung die Funktionen von Starter und Generator in einer leicht einzubauenden Einheit.
 
StARs von Valeo

 

 

Das System ermöglicht eine Stopp-Start-Funktion, die automatisch den Motor abschaltet, wenn das Fahrzeug steht, und umgehend und lautlos wieder startet, wenn der Fahrer einen Gang einlegt oder die Bremse löst.

Da das System die bestehenden Generator-Befestigungen nutzt, ist das System eine flexible Aufsatz-Lösung, die nicht in das Design des Antriebsstranges eingreift – ganz im Gegensatz zu integrierten Starter-Generatoren, die zwischen Motor und Getriebe platziert werden und folglich eine grundlegende Umgestaltung dieser Systeme erfordern.

Endverbraucher profitieren von bis zu 10 Prozent Kraftstoffersparnis, geringerem Geräuschniveau beim Anlassen, Null Geräuschen und Abgasen bei stehendem Fahrzeug sowie von einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch. Dem Umweltschutz wird Rechnung getragen aufgrund der fehlenden Abgasproduktion im Stillstand - im überfüllten Stadtverkehr stehen Autos unter Umständen mehr als 30 Prozent ihrer Betriebszeit.

Start-Stopp-Funktion
Start-Stopp-Funktion 

i-StARS

Bei der jüngsten Weiterentwicklung des Systems, dem i-StARS, wurde die Steuerelektronik in die elektrische Maschine integriert, was die Integration in ein vorhandenes System noch mehr erleichtert. Das Micro-Hybrid-System schaltet den Motor automatisch aus, sobald das Fahrzeug z.B. an einer Ampel oder in einem Stau zum Stillstand kommt, und lässt ihn wieder an, wenn der Startimpuls gegeben wird; dadurch wird der CO2-Ausstoß im Durchschnitt um 5 g/km und in dichtem Stadtverkehr um bis zu 15 % gesenkt. Das i-StARS kann den Motor schon vor dem vollständigen Stillstand des Fahrzeugs stoppen, d.h. sobald die Geschwindigkeit unter 8 km/h (im Fall eines automatisierten Schaltgetriebes) und 20 km/h (im Fall eines handgeschalteten Getriebes) abfällt. So wird die Kraftstoffeinsparung optimiert und das Autofahren leichtgängiger gemacht. Der Motor wird unverzüglich (in 400 ms), vollkommen lautlos und schwingungsfrei wieder angelassen, selbst wenn der Fahrer während des Stillstands plötzlich umdisponiert. Außerdem werden die Kraftstoffeinsparungen dadurch erhöht, dass die Stillstandphasen länger und häufiger sind als bei anderen Systemen.  

PSA Peugeot-Citroën hat vor, i-StARS ab 2010 in großen Serien z.B. in den e-HDi Dieselmodelle anzubieten. Ein anderer Automobilhersteller wird ebenfalls mit i-StARS in Serie gehen.

StARS+X

Einen Schritt weiter geht Valeo mit dem StARS+X, der die Rückgewinnung kinetischer Bremsenergie und, im Bedarfsfall, die Unterstützung des Verbrennungsmotors ermöglicht. In diesem Fall spricht man von Micro-Mild-Hybridfahrzeugen. Dank seiner Fähigkeit, höhere Spannungen zu bewältigen, bietet der StARS+X doppelte Leistung.

In Phasen der Geschwindigkeitsabnahme wirkt das System wie eine elektrische Bremse auf den Motor. Dabei wird die zurückgewonnene Energie in Elektrizität umgewandelt und anschließend in Ultrakondensatoren gespeichert. Dieser Strom wird über einen Spannungswandler dem Bordnetz zugeführt oder aber vom Starter-Generator genutzt, um den Motor im Rahmen der Stopp-Start-Funktion neu anzulassen oder auch um bei hoher Leistungsanforderung eine Antriebsunterstützung bereitzustellen. In jedem Fall bringt das System spürbare Kraftstoffeinsparungen, die im Standard-MVEG-Standardzyklus auf 10 bis 12 % geschätzt werden.

Startergenerator in der 2. Generation

Als momentan einziger Ausrüster bietet Valeo zwei alternative Konzepte der Stopp-Start-Funktion an, nämlich ein System mit verstärktem Starter und einen Starter-Generator. Der verstärkte Starter von Valeo bringt eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs durch die Stopp-Start-Funktion um ca. 4 -6% im europäischen MVEG-Standardzyklus. Da das System keine Veränderung der Fahrzeugarchitektur erfordert, kann es sehr schnell integriert werden. Volvo bietet es als Ausrüstung seines umweltfreundlichen Modells S-40 1.6D DRIVe an, das vor kurzem von der britischen Fachzeitschrift „What car?“ aufgrund seines geringen Kraftstoffverbrauchs und CO2-Ausstoßes zum „grünen Auto“ des Jahres 2009 gekürt wurde. 
Das Microhybrid-System StARS wird seit 2004 in Fahrzeugen der Gruppe PSA Peugeot Citroën (C2 und C3) und seit 2008 als Ausrüstung der Mercedes A- und B-Klasse sowie des Smart vertrieben.
A-Klasse mit Micro-Hybrid-System
A-Klasse mi Micro-Hybrid-System von Valeo 

Ausblick

Mit leistungsfähigeren elektrischen Maschinen soll es künftig möglich sein, eine höhere Antriebsunterstützung zur Verfügung zu stellen, so dass die Leistung und folglich der Hubraum des Verbrennungsmotors erheblich reduziert werden können (Downsizing). Ein entscheidender Vorteil des Konzepts besteht darin, dass die relative Schwäche von Verbrennungsmotoren mit geringem Hubraum im Fall von Beschleunigungen bei niedrigen Drehzahlen durch das sofort bereitgestellte, starke Drehmoment der elektrischen Maschine ausgeglichen wird. So macht das System das Autofahren zugleich komfortabler, leichtgängiger und wirtschaftlicher. Mehrere, von Valeo und unabhängigen Laboren durchgeführte Untersuchungen ergaben, dass die Elektromotorleistung zwischen 10 und 15 kW liegen muss, um ein optimales Gleichgewicht zwischen Fahrkomfort, Kraftstoffverbrauch und Gesamtkosten des Systems zu erzielen. Ein Mild-Hybrid-Modell erzeugt 15 bis 20 % weniger CO2-Emissionen als ein herkömmliches Fahrzeug mit vergleichbaren Leistungen. Das Valeo-System für Mild-Hybridfahrzeuge ist mit Benzin- und Dieselmotoren kompatibel. Es wird 2013 auf den Markt kommen.

Übrigens

Ein wichtiger Grund warum immer mehr Hersteller über Startergeneratoren mit Stopp-Start-Funktion nachdenken und einführen wollen, ist die Verpflichtung die CO2-Werte und damit den Verbrauch senken zu müssen. Ein Grenzwert von 140 g/km z.B. entspricht einem mittleren Verbrauch von ca. 5,7 l/100km für Benziner und  5,1 l/100km für Diesel. Bei 120g/km sind es gerade einmal 4,9 l/100 km für Ottos und 4,4 l/100km für Selbstzünder.

Mein Dank geht an ContiTeves, mot, Siemens/VDO, Valeo  und Bosch 


Johannes Wiesinger
bearbeitet: 19.02.2015
Twitter Logo Facebook Logo

Impressum, Copyright Suche, allgemein      
Übersicht Technik Seiten Sitemap   Link Us