Real-World Abgasemissionen von schweren Pistenraupen

Abstract

Ziel dieser Arbeit war die Ermittlung der Abgasmassenemissionen von schweren Pistenfahrzeugen mit Hilfe eines portablen On-Board Messsystems. Ganz konkret wurden folgende Untersuchungen ausgeführt:<br />Einarbeitung in die On-Board Messung für Real-World Monitoring anhand von Standard CNG Fahrzeugen, experimentelle Mitwirkung bei Real-World Off-Road Messungen und systematische Auswertung der Mess- und Analyseergebnisse. Bei der Pistenraupe handelt es sich um ein umgerüstetes Fahrzeug, welches nachträglich mit einem Dual-Fuel-System erweitert wurde. Das Besondere dabei ist, dass der Verbrennungsmotor mit Diesel und Methan gleichzeitig betrieben werden kann.<br />Da diese Antriebstechnologie ein künftiges Betätigungsfeld für den Bereich Off-Road Fahrzeuge darstellen könnte, war es zunächst von Interesse, diese Pistenmaschine näher unter die Lupe zu nehmen. Zuvor musste aber noch eine intensive Literaturrecherche über die Thematik Dual-Fuel-Motoren durchgeführt werden, um möglichst viele neue Erkenntnisse aus den Grundlagenuntersuchungen zu gewinnen. Danach wurde ein Konzept zur Messmethodik für eine Real-World Analyse der Motorthermodynamik entwickelt. Damit konnten dann erste Messungen am Fahrzeug ausgeführt werden. Die Erprobungen wurden auf einem mobilen Prüfstand vorgenommen. Der Aufbau des Messsytems am Fahrzeug und die durchgeführten Messungen bildeten den Schwerpunkt dieser Messkampagne.<br />Im Postprocessing wurden alle Messdaten ausgewertet und entsprechend diskutiert. Schlussendlich soll mit den On-board Abgasmessungen das Potenzial dieser neuen Antriebstechnologie für den Einsatz einer Pistenraupe demonstriert werden. Somit galt es den Kraftstoffverbrauch und die Massenemissionen von CO2, CO, HC und NOx zunächst zu erfassen und danach zu analysieren. Dabei half es Vergleiche zum dieselmotorischen Betrieb zu ziehen, um daraus folgend die Stärken und Schwächen dieser Zündstrahltechnologie herauszuarbeiten.<br />Des Weiteren wurden mehrere Messmethoden, für die Untersuchung des Kraftstoffverbrauchs und der Substitutionsrate mit unterschiedlichen Messsystemen verglichen und validiert.<br />

The aim of this Diploma Thesis was to determine the exhaust emissions of a dual-fuel powered snow groomer vehicle by a portable on-board measurement system. The following items were conducted:<br />practice in on-board measurements for real-world monitoring of standard CNG powered vehicles, experimental assistance in real-world off-road measurements and the systematic analysis of the measurement and analytical results. The actual turbocharged diesel machine was retrofit with an additional system for biomethane. Basically the main characteristic of this propulsion technology represents the simultaneous use of two different fuels, namely diesel and methane. At the moment before launching the measurements, no intensive thermodynamics analysis was done and therefore methodical investigations in this new field of application were conducted.<br />First of all, before starting this issue, an intensive search of literature dealing with dual-fuel principle and especially internal combustion was done. After informing on that a measurement concept was carried out due to initiate the first exhaust emissions measurements of the snow groomer vehicle. For the experiments a mobile dynamometer for heavy-duty-machines came into operation. The implementation of the measurement system into the vehicle and the performed measurements were the main task of this campaign. In the post-processing step all collected data was processed and afterwards discussed. Here the potential of dual-fuel operation was pointed to the snow groomer.<br />Consequently, the portable emission measurement system detected CO2, CO, HC, NOx mass emissions and calculated the fuel consumption followed by the interpretation of the results. The comparison to the benchmark of the diesel-fuel measurements helped to find out the pros and cons of the snow groomer´s dual-fuel technology. In addition to that, new measuring methods were introduced during these investigations and a first quality check for measuring was achieved.<br />