Hoe werkt een start stop systeem in auto en waar is ISG voor

Om het brandstofverbruik en de uitstoot van schadelijke stoffen in de lucht te reduceren, ontwikkelen autoproducenten voortdurend innovatieve technologieën om de prestaties van de motor en de bijbehorende onderdelen te verbeteren. Tot de succesvolste technologische oplossingen behoort het start-stopsysteem, dat ervoor zorgt dat de motor bij kortstondig stilstaan afslaat, bijvoorbeeld in het geval van een file of voor een verkeerslicht. In dit artikel gaan we in op de werking van het systeem en de voor- en nadelen ervan.

De voorgeschiedenis van deze technologie

In de jaren zeventig ondernam Toyota de eerste poging om een systeem te ontwikkelen dat de motorwerking controleert en voorkomt dat de motor stationair draait. De sedan Toyota Crown werd uitgerust met een systeem dat de motor na 1,5 seconde stationair draaien uitschakelde.

Vervolgens werden er gedurende de eerste helft van de jaren tachtig soortgelijke technologieën in omloop gebracht in de Audi 100 en Volkswagen Santana. Met één druk op de knop kon de motor handmatig worden uitgeschakeld en daarna weer worden gestart. Bij de Fiat Regata ES werd een vergelijkbare oplossing aangeboden, maar daar moest men het gaspedaal intrappen om de motor weer te kunnen starten. Mettertijd werden de Opel Ascona, Volkswagen Lupo en Audi A2 aan het rijtje met auto´s met dergelijke technologie toegevoegd.

Tegenwoordig rust het merendeel van de bekende merken hun voertuigen met een start-stopsysteem uit. Tot deze merken behoren Peugeot, Citroën, Smart, Volvo, Land Rover, Volkswagen, SEAT, Nissan, Fiat, Bentley, BMW, Ford, Chevrolet, Hyundai, Honda, Jaguar, Kia, Mazda, Toyota en nog meer.

Het werkingsprincipe en de verschillende soorten

Elke autofabrikant hanteert zijn eigen methode voor het automatisch uitschakelen en opnieuw starten van de motor. Het bekendst zijn de technologieën die de onderstaande bedrijven hebben ontwikkeld:

• Bosch. Dit systeem draagt de naam Stop&Start. Dit is de simpelste en betrouwbaarste versie van zulke systemen. Dankzij dit systeem is het mogelijk om het percentage schadelijke deeltjes in de uitlaatgassen met 8% te reduceren en het verbruik van brandstof met 15%. U treft het aan bij Audi, BMW, Volkswagen en Fiat, evenals bij voertuigen van andere merken. Dit systeem vereist een krachtigere startmotor die in staat is om herhaaldelijk te starten. Het systeem wordt bestuurd door de ECU van de motor. De werking ervan wordt bepaald door de meetwaarden van de volgende sensoren: snelheidssensor, koppelingspedaal- en rempedaalsensoren, krukassensor, accusensor en dergelijke.

Zodra de auto tot stilstand gekomen is, wordt de motor door het systeem automatisch uitgeschakeld. Wanneer vervolgens – in het geval van een auto met een handgeschakelde versnellingsbak – het koppelingspedaal ingedrukt of – bij auto´s met een automatische versnellingsbak – het rempedaal losgelaten wordt, zal de motor starten. Bij nieuwere versies van het systeem kan de motor ook tijdens het rijden worden uitgeschakeld om brandstof te besparen. Daarvoor dient de ECU echter eerst het nodige commando te geven, nadat deze een inschatting van de snelheid van de auto gemaakt heeft en bepaald heeft of er gemanoeuvreerd wordt, of de weg hellend is enz.

• Kia Motors. Het systeem wordt ISG (Idle Stop&Go) genoemd. Het werkt volgens hetzelfde principe als Stop&Start van Bosch, maar stuurt naast het uitschakelen en starten van de motor tevens de dynamo aan. In het geval van acceleratie ontkoppelt het systeem de dynamo en de volledige lading wordt naar de accu overgeheveld. Als men dan remt, wordt de dynamo weer geactiveerd en laadt daarbij de accu op. Deze methode maakt ook significante brandstofbesparingen mogelijk – zo'n 6% in de gecombineerde modus en tot 15% in het stadsverkeer.
• Valeo. De naam van dit systeem is STARS (Starter Alternator Reversible System). Het wordt onder meer gebruikt door Citroën, Mercedes-Benz en andere automerken. Dankzij dit systeem is een reductie van het brandstofverbruik van circa 10% haalbaar. Het beschikt over een eigen regeleenheid. Het systeem maakt gebruik van een omkeerbare dynamo die de functies van een startmotor en een dynamo combineert. Een speciale aandrijfriem en een speciaal ontworpen spaninrichting maken het mogelijk om het vermogen achtereenvolgens in beide richtingen te geleiden: ofwel de motor starten dan wel de accu opladen. Het grootste voordeel van deze methode is de snelle reactietijd: het starten van de motor vergt maar de helft van de tijd die een gewone startmotor nodig heeft. Daarnaast wordt de energie die vrijkomt bij het remmen efficiënt omgezet.
• Mazda. Dit systeem wordt SISS (Smart Idle Stop System) of i-Stop genoemd. Het is uitsluitend compatibel met auto´s met een automatische versnellingsbak en benzinemotoren met rechtstreekse brandstofinspuiting. Hiermee kan een brandstofbesparing van tot maar liefst 9% behaald worden. Herhaaldelijk starten van de motor wordt mogelijk gemaakt door geforceerde brandstofinjectie in de cilinders en ontsteking van het brandstof-luchtmengsel. Omwille hiervan worden de zuigers tijdens het afremmen in de gunstigste stand gezet om snel weer te kunnen starten. De starter wordt uitsluitend als aanvullende energiebron gebruikt.

De voor- en nadelen

Filevorming op de weg behoort tot één van de grootste problemen waar moderne wereldsteden mee te kampen hebben. Uit recent onderzoek van het Amerikaanse bureau INRIX Roadway Analytics blijkt dat inwoners van Moskou in 2017 per hoofd in totaal 91 uur in de file stonden, inwoners van Londen 73 uur, die van Parijs 65 uur, die van Istanbul 59 uur, in Zürich 54 uur, in München 49 uur en in Oslo 47 uur. En die immense getallen werden op slechts 240 werkdagen bijeengereden, de weekenden dus niet meegerekend. Filerijden leidt tot een beduidend hoger brandstofverbruik, en hoe meer brandstof er wordt verbrand, des te meer schadelijke deeltjes worden er in de lucht uitgestoten.

De belangrijkste taak van start-stopsystemen is het vinden van een oplossing voor dit probleem. Door de motor uit te schakelen wanneer deze niet hoeft te lopen, zorgt het systeem voor een aanmerkelijk lager brandstofverbruik.

De toepassing van dergelijke systemen kent nog een verder onweerlegbaar voordeel. Door het aantal uur stationair draaien te beperken en extra vermogen aan de motor toe te voegen bij een laag toerental, dragen de systemen bij aan de optimalisering van de prestaties van de katalysator, wat de levensduur ervan verlengt en tevens koolstofafzetting op de bougies tegengaat. Bij dieselmotoren zorgen zulke systemen voor een verlangzaming van de vorming van afzettingen op de uitlaatgasrecirculatieklep, verminderen ze het verbruik van ureum en bevorderen ze een effectievere regeneratie van het dieselroetfilter.

Het start-stopsysteem kent echter ook een aantal nadelen. Het vergt een krachtigere toerusting, in het bijzonder qua startmotor en accu. De kosten van deze apparatuur liggen ongeveer twee keer zo hoog als die van conventionele apparaten. Daarnaast brengt het herhaaldelijke starten van de motor een zwaardere belasting van de krukaslagers met zich mee. Gerhard Arnold, afdelingsmanager bij Federal Mogul, stelde in een interview met het Britse magazine Autocar vast dat een gewone motor moeiteloos meer dan 50.000 kan starten en stoppen. Bij het start-stopsysteem kan het aantal cycli echter meer dan 500.000 bedragen. In dat geval zijn de standaardlagers na 100.000 keer al flink versleten.

Ook de startvertraging vormt een hinderlijke factor. Hoewel deze factor verwaarloosbaar is (bij systemen met een extra sterke starter bedraagt hij 0,8 seconden, met een omkeerbare dynamo 0,4 seconden en met brandstofinjectie-instelling 0,35 seconden), veroorzaakt het voor velen ongemak bij het rijden.

Daarnaast is een goede werking van het systeem slechts mogelijk indien aan bepaalde voorwaarden voldaan wordt .

10 voorwaarden voor een succesvolle werking van het start-stopsysteem

1. De motorkap en de bestuurdersdeur dienen dicht te zijn.
2. De bestuurder dient zijn veiligheidsgordel te hebben omgedaan.
3. De snelheid van het voertuig dient minimaal 4 km/u te bedragen.
4. De motor dient voldoende te zijn opgewarmd.
5. Het toerental van de motor mag het nominale toerental bij vrijloop niet overschrijden.
6. De ruitverwarming staat niet aan.
7. De binnentemperatuur wijkt niet meer dan 8 graden af van de ingestelde waardes. Dit is van belang gedurende de wintermaanden.
8. De acculading ligt niet onder de voor het systeem vastgestelde waarde. Bij ISG bedraagt deze bijvoorbeeld 75%.
9. De dynamo is volledig gebruiksklaar.
10. De stuuruitslaghoek is te verwaarlozen.

Conclusie

De inspanningen van diverse ondernemingen zijn op dit moment toegespitst op verbetering van het start-stopsysteem. Zo heeft de Britse firma Millers Oils reeds motoroliën op de markt gebracht waarmee de wrijving van motoronderdelen en de daaruit voortkomende slijtage met 50% kan worden verminderd. Martyn Mann, technisch directeur van de firma, is van mening dat deze en vergelijkbare producten een bijdrage moeten leveren aan de actieve stimulatie van start-stoptechnologieën. Andere producenten zijn bezig met de ontwikkeling van sterkere lagers. Tegelijkertijd spannen de technici van Bosch, Valeo, Denso en een groot aantal autoproducenten zich in om de starttijd van motoren te verkorten.

Ondanks de onvolkomenheden die de systemen nog steeds begeleiden en hun rendabiliteit – met het oog op de relatief hoge kosten voor de toerusting – staat deze technologie volgens kenners een grote toekomst te wachten. De positieve effecten voor het milieu zijn immers onmiskenbaar.