Kraftstoff sparen – Umwelt schonen

Gleich ein ganzes Bündel von Maßnahmen sorgt dafür, dass moderne Autos weniger Treibstoff verbrauchen. Dazu gehören besonders effektive Getriebe, intelligente Generatorregelungen und Start-Stopp-Systeme.

Hohe Kraftstoffpreise und von der EU angedrohte Strafzahlungen ab dem Jahr 2012 für einen zu hohen durchschnittlichen CO2-Ausstoß der Fahrzeugflotte zwingen die Autohersteller dazu, ihre Autos umweltfreundlicher zu machen. Elektroautos sollen künftig dabei helfen, dass der Individualverkehr die EU-Vorgaben bezüglich des CO2-Ausstoßes erfüllt. Jedoch müssen die Hersteller auch die herkömmlichen Antriebe verbessern, weil es noch viele Jahre dauern wird, bis die Hersteller E-Mobile in Großserie anbieten können.

Volkswagen nennt seine besonders verbrauchsarmen Fahrzeuge mit herkömmlichem Antrieb „Blue-Motion-Technology“-Modelle. Hinter dieser Bezeichnung verbergen sich nicht nur besonders genügsame Motoren, sondern ein ganzes Paket von Maßnahmen. Das beginnt mit aerodynamischen Veränderungen wie strömungsgünstigen, glatten Fahrzeugunterböden und reicht über intelligente Generatorregelungen bis hin zu effektiven Getrieben.

Volkswagen setzt in vielen dieser Modelle zum Beispiel ein Siebengang-Direktschaltgetriebe (DSG) mit „trockener“ Doppelkupplung ein, um den Kraftstoffverbrauch der Autos zu zügeln. Dieses neue Getriebe ergänzt das bereits 2003 von VW vorgestellte Sechsgang-DSG mit „nassen“, das heißt in Öl laufenden Lamellenkupplungen, und ist für kleine Motoren mit maximal 250 Nm Drehmoment geeignet.

Dank der „trockenen“ Reibkupplungen, wie sie aus jedem Fahrzeug mit Handschaltgetriebe bekannt sind, konnten die Entwickler gegenüber dem Sechsgang-DSG 4,8 Liter Getriebeöl einsparen. Diese Änderung verbessert den Wirkungsgrad, weil das Öl nicht nur die Zahnräder schmiert, sondern systembedingt auch für sogenannte „Planschverluste“ im Getriebegehäuse verantwortlich ist. Im Sechsgang-DSG leitet nämlich eine Pumpe ständig eine große Menge Öl über die Zahnräder und durch die Lamellenkupplung. Dabei nimmt das Öl zwar eine große Wärmemenge auf und führt sie über einen Kühler ab. Das kostet aber auch Energie – besonders im Stop-and-go-Verkehr.

All das ist beim Siebengang-DSG besser gelöst: Die „trockene“ Reibkupplung gibt die Wärme durch Konvektion, also Wärmestrahlung, an die Umgebungsluft im Getriebegehäuse ab. Eine etwas verkürzte Anfahrübersetzung erzeugt zudem weniger Reibwärme. Das ist auch ein Grund dafür, dass dieses Getriebe einen Gang mehr besitzt. So konnten die Entwickler den siebten Gang als Overdrive für verbrauchsgünstige Streckenfahrt auslegen, ohne dass die Drehzahlsprünge zwischen den Gängen zu groß werden.

Hoher Wirkungsgrad des Doppelkupplungsgetriebes

Ein Doppelkupplungsgetriebe kombiniert die Vorteile eines Wandler-Automatikgetriebes mit denen eines Handschaltgetriebes. Das Handschaltgetriebe hat den besten Wirkungsgrad und vermittelt Sportlichkeit sowie Fahrspaß. Das klassische Wandlerautomatikgetriebe bietet dem Fahrer durch die automatische Schaltfunktion vor allem Komfort, erhöht dafür aber meist den Kraftstoffverbrauch. Der Wandler ist übrigens nichts anderes als ein hydraulisches Strömungsgetriebe, das als Kupplung zwischen Motor und Hauptgetriebe das Motordrehmoment im unteren Drehzahlbereich um den Faktor 2,5 erhöht. Dieser Vorgang kostet Energie, die weniger in Fortbewegung und mehr in Wärme verwandelt wird.

Beim Siebengang-DSG liegt der Kraftstoffverbrauch laut Volkswagen dagegen bei gleicher Fahrweise rund sechs Prozent unter dem eines Motors mit Handschaltgetriebe. Der Grund dafür ist die elektronische Getriebesteuerung. Sie wählt für jede Fahrsituation die verbrauchsgünstige Schaltposition. In ihrem Datenspeicher stehen dazu nicht weniger als 6.000 Einzelparameter, 600 Kennlinien und 150 Kennfelder zur Verfügung.

Die besondere Bauart des Siebengang-DSG ermöglicht es, dass das Steuergerät auch ohne laufenden Motor die Kupplung betätigen und die Gänge schalten kann. Dadurch lässt sich das Getriebe mit einer Start-Stopp-Funktion kombinieren, wodurch der Motor im Stadtverkehr noch weniger verbraucht.

Das erste Modell bei VW mit Siebengang-DSG und Start-Stopp-Funktion ist der 2009 auf der IAA vorgestellte „Passat Blue Motion Technology“ mit 1,4-Liter-TSI-Benzindirekteinspritzer. Er hat außerdem eine neue Freilauffunktion, die die kinetische (Roll-)Energie des Fahrzeugs besser nutzt. Die Elektronik kuppelt im Schubbetrieb den Motor aus und hält ihn auf Leerlaufdrehzahl. Das Fahrzeug kann dadurch eine weitere Strecke rollen, als wenn der Motor im Schiebebetrieb bremst. Bei vorausschauender Fahrweise kann ein Fahrer dadurch laut VW mehr als 0,5 Liter Kraftstoff pro 100 km sparen.

Strom aus der Bewegung

Eine weitere Maßnahme, die den Kraftstoffverbrauch drücken soll, ist eine bedarfsgerechte Generatorregelung, von den Autoherstellern gern auch als Rekuperation bezeichnet. Rekuperation bedeutet in diesem Fall Energierückgewinnung mit dem bordeigenen Drehstromgenerator. Beim Anfahren bzw. Beschleunigen senkt die Elektronik die Generatorspannung ab. Dadurch ist die Generatorlast geringer, der Motor benötigt in diesem Betriebszustand weniger Kraftstoff. In Verzögerungs- und Bremsphasen hebt das Steuergerät die Generatorspannung dagegen deutlich an; die Generatorlast steigt, was die Bremswirkung unterstützt.

Das System gewinnt somit elektrische Energie, wenn der Fahrer die bewegte Fahrzeugmasse verzögert, und gibt sie an die Batterie zurück. Die Intensität dieses Wechselspiels ist – genauso wie bei der Start-Stopp-Funktion – abhängig von verschiedenen Randbedingungen, unter anderem vom allgemeinen Ladezustand der Batterie.

Um diese Bedingungen zu berücksichtigen, koordiniert das Motorsteuergerät das gesamte Energiemanagement. Die Kommunikation mit Komponenten wie Bordnetzsteuergerät, DSG-Mechatronik oder Diagnose-Interface erfolgt via CAN-Datenbus (Controller Area Network). Der im Drehstromgenerator integrierte Spannungsregler kommuniziert ebenso wie der Batteriesensor über einen LIN-Datenbus (Local Interconnect Network) mit dem Diagnose-Interface.

Politik der kleinen Schritte

Das Diagnose-Interface erhält via CAN-Datenbus Signale über Strombedarf und Batteriezustand und sendet über den LIN-Datenbus einen Spannungssollwert-Befehl an den Spannungsregler des Generators. Den Energiebedarf sowie die Energierückgewinnung passt das System an die Betriebszustände und -bedingungen an, damit das Auto nicht mit leerer Batterie liegen bleibt.

Der Erfolg der Blue-Motion-Technik liegt im Detail und in den kleinen Schritten, die insgesamt den Kraftstoffverbrauch deutlich senken. Davon profitieren die Kunden wegen niedriger Kraftstoffkosten und der Hersteller, weil er die Vorgaben der EU bezüglich des CO2-Ausstoßes erfüllen kann.

(ID:337355)