Start-Stopp-Automatik: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 30. November 2011, 17:09 Uhr

Kurzfassung

Mit Hilfe dieser Funktion wird der Motor automatisch abgestellt, wenn er nicht benötigt wird, wie z.B. bei Fahrzeugstillstand an einer Ampel oder im Stau. Dadurch wird der Verbrauch erheblich reduziert. Dieser Verbrauchsvorteil wird jedoch nicht zu Lasten der Schadstoffemissionen erzielt. Mit Einführung der Schnellstartfunktion und Maßnahmen im Rahmen der Betriebsstrategie von BMW wird ein negativer Einfluss auf die Schadstoffemissionen verhindert.

Einleitung

Im Automobilbereich sind Start-Stopp-Systeme im Grunde schon lange bekannt und wurden z.B. im Golf Ecomatic (1990), Lupo 3l (1999) oder Audi A2 (1999) eingesetzt. Dieso Modelle wurden allerdings von den Kunden nicht geschätzt und als gewöhnungsbedürftig und unkomfortabel empfunden, daher waren sie kein Erfolg. BMW hat beschlossen ein für die Großserie geeignetes Start Stopp System zu entwickeln, das den BMW Anspruch an Dynamik und Komfort gerecht wird. Um eine möglichst breite absenkende Wirkung alle Typen zu enwickeln, wurden für den Erstanlauf die volumenstarken 4-Zylinder Benzin- und Dieselmodelle BMW 1er und 3er Baureihe mit Handschaltgetriebe ausgewählt. Das Start Stop System wird in diesen Modellen seit 2007 serienmäßig verbaut. Nun werde ich näher auf dieses Thema eingehen.

Funktion im Fahrzeug

Die BMW Auto Start Stop Funktion wird zum Großteil mit hilfe der sich schon im Fahrzeugbordnetzverbund befinden und für die neue Auto Start Stop Funktion "intelligent" vernetzten Bauteilen. Die Grundfunktionalität ist in der Motorsteuerung abgelegt. Die Bedienung durch den Fahrer erfolgt über den Schalthebel und die Kupplung.

Bedienung

Eine einfache Bedienung und hohe Nachvollziehbarkeit der Funktion waren die wichtigsten Entwicklungsziele von BMW. Somit wurde die BMW Auto Start Stop Funktion an die übliche Betätigung von Schalthebel und Kupplung gekoppelt. Nimmt der Fahrer bei ausrollendem Fahrzeug oder im Stand den Gang heraus und den Fuß von der Kupplung, geht der Motor automatisch aus. Der Motorstopp wird nur freigegeben, wenn dieser ohne negative Auswirkungen auf Sicherheit und Komfort möglich ist. Andernfalls wird der Motorstopp über das Setzen eines "Abschaltverhinderers" aufgehalten und der Motor läuft weiter. Die wichtigsten Abschaltverhinderer sind z.B. "Motortemperatur" oder "Anforderung Klimaanlage".

Bei erfolgtem Motorstopp wird dem Fahrer in den Instrumenten angezeigt.Der Motor ist nun im startbereitem Zustand. Alle Steuergeräte sind in diesem Zustand aktiv und erfüllen ihre Funktion. Die elektrischen Verbraucher werden während dieser Motorstoppphase von der Batterie mit Strom versorgt. Während des Motorstopps wird die Lüftungsleistung der Klimaanlage etwas reduziert, um Luftdurchsatz und Lüftergeräusch zu verringern. Während einer durchschnittlichen Standzeit des Motors von 25-35 Sekunden (z.B. an einer roten Ampel) kühlt die Klimaanlage den Innenraum noch eine Zeit lang mit Hilfe der gespeicherten Restkälte im Kältekreislauf. Da das Start Stop Systhem an die Kupplung gekoppelt ist bestimmt der Fahrer selber, ob es zum Motorstapp kommen soll oder nicht. Sollte ein Kunde keinen automatischen Motorstopp wünschen, muss er lediglich den Fuß auf dem Kupplungspedal lassen. Hinzu kommt, dass sich die BMW Start Stop Funktion über einen Taster in der Mittelkonsole deaktivieren lässt. Somit bleibt der Fahrer der Herr über das Auto und bestimmt weiterhin selbst, wie sich das Fahrzeug verhält. Der Motorstart erfolgt im üblichen Bewegungsablauf. Sobald die Kupplung bei grüner Ampel getreten wird startet der Motor sofort automatisch. Dank der neu entwickelten Schnellstartfunktion kann nach Einlegen des Ganges sofort losgefahren werden. Das Gefühl, beim Anfahren auf den Motorstart warten zu müssen, stellt sich bei der hier erzielten Startzeit von maximal 500 Millisekunden gar nicht erst ein. Beim Motorstart erlischt die Start Stop Anzeige. Im April 2007 wurde die BMW Auto Start Stop Funktion erfolgreich im Markt eingeführt. Die Auswertung von Informationen aus dem Servicebereich lässt darauf schließen, dass das System bei den Kunden sehr beliebt ist.

Kundenerlebnis

Die BMW Auto Start Stop Funktion ist im Gegensatz zu den meisten Sprit-Spar-Maßnahmen für den Kunden direkt erlebbar. Nach einer kurzen Eingewöhnungsphase möchten viele Kunden auf die Funktion nicht mehr verzichten. Es ist für die Kunden offensichtlich, dass der ruhende Motor keinen Kraftstoff benötigt („spürbares Sparen“). Damit nimmt die Start Stop Funktion einen hohen Stellenwert ein und gilt bei den Kunden als sehr beliebte und effenzielle Sprit-Spar-Maßnahme. Außerdem werden in Kundenumfragen der verblüffend schnelle Motorstart per Kupplungspedalbetätigung und die Ruhe und Entspannung beim Fahrzeugstillstand sehr positiv bewertet. Rote Ampeln verlieren Dank der BMW Auto Start Stop Funktion einen Teil ihres Schreckens, da das Stress-Gefühl, Zeit zu verlieren und Kraftstoff zu verschwenden, nicht so stark aufkommt.

Betriebsstrategie

Es wurden sehr viele Anforderungen an die Betriebsstrategie gestellt. Sicherheit und Komfort dürfen durch die BMW Auto Start Stop Funktion nicht eingeschränkt werden. Auch das BMW typische Fahrerlebnis und die Nachvollziehbarkeit des Systemverhaltens müssen darin berücksichtigt sein. Die Betriebsstrategie wurde mit Hilfe der Festlegung von System-Deaktivierern, Abschaltverhinderern und Einschaltauffordern umgesetzt.

System-Deaktivierer verhindern einen automatischen Motorstopp und Motorstart, sobald die Grundvoraussetzungen für eine ordnungsgemäße Systemfunktion nicht gegeben sind z.B. wenn der Fahrer nicht angegurtet ist, die Auto Start Stop Funktion ist per Tasterbetätigung ausgeschaltet wurde oder Sensorfehler vorliegen.

Abschaltverhinderer bewirken, dass der Motor während eines Fahrzeugstillstands nicht abgestellt wird. Hierfür sind ausschlaggebend Sicherheits- und Komfortgründe, wie z.B. der Motor ist nicht betriebswarm, Geschwindigkeit > 3km/h, Betätigung der Lenkung, Rückwärtsfahrt, Außentemperatur <3°C, Anforderung der Klimaanlage, beginnender Beschlag der Frontscheibe, Bremsunterdruck zu gering, Batterieladezustand nicht ausreichend und relevante Fehlerspeichereinträge in der Motorsteuerung.

Eine Einschaltaufforderung wird vom Auto Start Stop Funktion gesetzt, wenn der Motor während eines Stopps zur Energiebereitstellung für die Fahrzeugfunktionen benötigt wird. Ohne Einwirkung des Fahrers startet der Motor z.B. wenn das Fahrzeug anrollt, die Klimaanlage ein Kühlungsdefizit erkennt, die Frontscheibe beschlägt, der Bremsunterdruck durch mehrfaches Betätigen der Bremse nicht mehr ausreichend ist oder der Batterieladezustand unter einn bestimmten Wert abgesunken ist.

Systemkomponenten

Schon an der Vielzahl der Einflussfaktoren wird der hohe Grad der Systemvernetzung erkennbar, die auf die Betriebsstrategie einwirken. Die BMW Auto Start Stop Funktion nutzt vorhandene Bordnetztkomponenten und Kommunikationswege und bezieht ihre Eingangsinformationen von den im Fahrzeug vorhandenen Steuergeräten. Die Informationen fließen in der Motorsteuerung zusammen. Hier werden die jeweiligen Entscheidungen der Betriebsstrategie getroffen.

Das BMW Auto Start Stop System ist aktiv, wenn die Motorhaube geschlossen ist, der Fahrer angegurtet ist, der Motor läuft, das Fahrzeug angerollt ist und die Funktion nicht über den Taster in der Mittelkonsole ausgeschaltet wurde. Zum Auslösen eines automatischen Motorstopps werden das Geschwindigkeitssignal, die Kupplung und der Nullagesensor im Getriebe ausgewertet. Der Motorstopp erfolgt, sobald das Fahrzeug zum Stillstand kommt, der Kunde den Fuß von der Kupplung nimmt und keine weiteren Abschaltverhinderer anliegen, wie z.B. lehre Starterbatterie. Der automatische Motorstart erfolgt bei Treten der Kupplung über das CAS (Car Access System) per Startfreigabe an den Starter. Der Anlasser wurde aufgrund der höheren Anforderungen an Lebensdauer und Dauerfestigkeit entsprechend verstärkt ausgeführt. Weitere Signale, die von der Betriebsstrategie zum Setzen von Abschaltverhinderern und Einschaltaufforderern herangezogen werden, senden die Klimaanlage, der Bremsunterdrucksensor und der "intelligente" Batteriesensor. Die spezielle und zyklenfeste 12V Batterie stellt die Stromversorgung während der Stopp Phasen sicher.

Funktion und Emissionen

Einfluss auf CO2 Emissionen

Die BMW Auto Start Stop Funktion trägt zur Reduzierung der CO2 Emissionen bei, indem der Motor bei Fahrzeugstillstand abgestellt wird. Die eingesparte Menge Kraftstoff ist abhängig vom Leerlaufverbrauch und der Zeit, die sich das Fahrzeug im Stillstand befindet. Bei den modernen BMW Vierzylinder Benzin und Dieselmotoren beträgt der Leerlaufverbrauch nur ca. 0,4 – 0,6 Liter Kraftstoff pro Stunde. Die für den Motorstart erforderliche Kraftstoffmenge beträgt 0,17 – 0,33 ml und der Energiebedarf des elektrischen Anlassers liegt bei ca. 800 Wattsekunden (entspricht ca. 0,2 ml Kraftstoff). Daraus errechnet sich, dass es schon ab ca. 4-5 Sekunden energetisch vorteilhaft, den Motor während einer Stillstandsphase abzustellen. Im Vergleich der verschiedenen BMW Modelle hatten die BMW 116i den höchsten Stadtanteil mit den meisten Stoppphasen. Im Mittel betrug die Stillstandszeit 16% der Fahrtzeit und die durchschnittliche Stoppdauer 25-35 Sekunden. Das heißt ein BMW 116i Fahrer spart ca 3% - 5% Kraftstoff.

Einfluss auf Schadstoffemissionen beim Benziner

Die neu entwickelte Schnellstartfunktion verhindert, dass während des Startvorgangs zusätzliche unverbrannte Kohlenwasserstoffe entstehen. Mittels des neu entwickelten Kurbelwellenlagesensors können Einspritzung und Zündung schon bei der ersten Kompression erfolgen. Gegenüber eines normalen Motorstarts betragen der Zeitgewinn 200 ms und damit die gesamte Startzeit 380 ms.

Das Aufheizen des Motors wird während der Warmlaufphase durch die Motorstopps leicht verzögert. Am Ende des Stadtanteils im EU-Verbrauchszyklus (Europaweite Test zum Kraftdtoffverbrauch) liegt die Kühlwassertemperatur des Benzinmotors mit Motorstopp um 10°C niedriger als ohne Motorstopp. Die Warmlaufphase des Motors verlängert sich dadurch geringfügig. In der Energiebilanz ist der Kraftstoff-Einspareffekt durch das Abstellen des Motors in den Leerlaufphasen jedoch höher als der Effekt durch einen schnelleren Warmlauf bei weiter laufendem Motor. Zur Behebung dieses verzögerten Warmlaufs sind Maßnahmen im Wärmemanagement bei BMW in Entwicklung. Am Ende des Überlandanteils haben sich die Aufheizkurven mit und ohne Motorstopp wieder angeglichen.

Entscheidend für die Abgasqualität ist die auch während der Stoppphasen erhaltene Bereitschaft der Abgasreinigungssysteme. Beim Benzinmotor wird der Motor im EU-Verbrauchszyklus ab der 3. Stillstandsphase abgestellt. In den ersten beiden Stillstandsphasen ist ein Motorlauf erforderlich, um den Katalysator auf die erforderliche Betriebstemperatur zu bringen. Während der Motorstillstandsphasen fällt die Temperatur des Katalysators zwar geringfügig um ca. 20-30°C ab, jedoch bleibt die Temperatur im Speicherkatalysator aufgrund seiner hohen Wärmekapazität nahezu konstant. Sowohl im NOx-Speicherkat (NOx = Stickoxid) als auch im Vorkatalysator bleibt die Temperaturt erhalten, so dass die Schadstoffe auch nach den Stoppphasen zuverlässig umgewandelt werden.

Der Aktivkohlefilter der Tankentlüftung ist zur Vermeidung von HC Emissionen (Kohlenwasserstoff) mit in die Betriebsstrategie integriert. Bei den gelegentlich erforderlichen Spülvorgängen wird von der Motorsteuerung ein Abschaltverhinderer gesetzt, so dass der Motor nicht automatisch abgestellt wird.

Einfluss auf Schadstoffemissionen beim Dieselmotor

Auch der Dieselmotor mit der BMW Auto Start Stop Funktion verfügt über eine neue Schnellstartfunktion. Einspritzung und Zündung erfolgen bei der ersten Kompression. Das Common Rail System wurde hierzu um eine Druckhaltefunktion ergänzt. Der Motor kann im EU-Verbrauchszyklus schon ab der ersten Leerlaufphase abgestellt werden. Ähnlich wie beim Benzinmotor verzögert sich die Aufheizung des Kühlwassers durch die Motorstopps am Ende der Stadtanteils um ca. 8°C. Auch beim Dieselmotor ist der Einspareffekt durch das Abstellen des Motors in den Leerlaufphasen höher als der Effekt durch einen schnelleren Warmlauf bei weiter laufendem Motor.

In den Motor Stillstandsphasen kühlt sich der Vorkat geringfügig um ca. 5°C ab. Dies hat jedoch keinen Einfluss auf die Funktion des Katalysators. Während der Motor Stillstandsphasen werden naturgemäß keine Schadstoffe erzeugt. Dadurch wird die Gesamtbilanz der Schadstoffemissionen (HC, CO, NOx) beim Dieselmotor durch die BMW Start Stopp Funktion positiv beeinflusst. Während der gelegentlich erforderlichen Regenerationsphasen des Diesel Partikelfilters bleibt die BMW Start Stop Funktion weiterhin aktiv und der Motor wird automatisch abgestellt.

Zusammenfassung und Ausblick

Die BMW Auto Start Stop Funktion ist eine Maßnahme im BMW EfficientDynamics Programm, die einen für den Kunden erlebbaren Beitrag zur Reduzierung der CO2 Emissionen liefert. Mit dem serienmäßigen Einsatz in 2007 bei den Vierzylindermotoren mit Handschaltgetriebe ist BMW Vorreiter beim Einsatz eines Start Stopp Systems in der Großserie. Mit der BMW Auto Start Stop Funktion gelingt eine Brücke zwischen dem Kundenwunsch nach einer leistungsstarken Motorisierung einerseits und geringem Kraftstoffverbrauch anderseits. Der Motor wird einfach abgestellt, wenn er nicht benötigt wird. Da die Funktion nicht im Verborgenen arbeitet, sondern sowohl vom Fahrer als auch von Passanten wahrgenommen werden kann, hat sie einen hohen Wahrnehmungswert und unterstützt die Empfindung, sich als Besitzer eines BMW Fahrzeugs umweltbewusst zu verhalten. Der Verbrauchsvorteil der BMW Autos Start Stop Funktion im Kundenbetrieb ist abhängig von Fahrstrecke und Verkehrsfluss und liegt bei 2,5 – 5%. Im EU-Verbrauchszyklus beträgt der Verbrauchsvorteil 2,5- 3%. Aufgrund der steigenden Anforderungen an die Verbrauchseffizienz werden Start Stopp Systeme zukünftig Standard werden. Bei BMW wird an der Weiterentwicklung des System für den Einsatz bei 6-Zylindermotoren und in Fahrzeugen mit Automatikgetriebe gearbeitet.

Fragen

1. Nennen sie 5 Komponenten der Start-Stop-Atomatik

2. Wie viel Kraftstoff spart ein BMW 116i Fahrer mit der Start-Stop-Automatik prozentual?

3. Hat die Start-Stop-Automatik negative Einflüsse auf die Abgaswerte? Wenn ja, welche?

4. Was versteht man unter einem System-Deaktivierer?

5.Seit wann hat BMW die Start-Stop-Automatik in Serienmoddelen eingebaut?

Start-Stopp-Automatik: Antworten

Weblinks

http://www.autobild.de/artikel/start-stop-automatik_46766.html

http://www.hybrid-autos.info/BMW-1er-Start-Stop-2007.html

http://www.bmwarchiv.de/video/bmw-118d-efficent-dynamics-start-stop-automatik.html

Quellen

BMW AG

Forschungs- und Innovationszentrum

Knorrstraße 147

80788 München

Verfasst und geschrieben von Bastian Petersen