Entwicklung von optimierten Betriebsstrategien zur Absenkung von Kraftstoffverbrauch und Stickoxidemissionen bei einem Dieselhybridfahrzeug

Abstract

Der Hybridantrieb in Verbindung mit einem Dieselmotor bietet die Möglichkeit, sowohl den Kraftstoffverbrauch als auch die Stickoxidemissionen des Verbrennungsmotors in einem Fahrzyklus abzusenken und damit einen Beitrag zur CO2-Reduktion und Luftreinhaltung zu leisten.<br />In der vorliegenden Arbeit wird dargelegt, welche Maßnahmen zu einer maximalen Reduktion von Kraftstoffverbrauch und Stickoxidemissionen beitragen können. Das Hauptaugenmerk wird auf die Entwicklung von jeweils angepassten Betriebsstrategien gelegt. Insbesondere wird auf die möglichst optimale Lastpunktverschiebung des Verbrennungsmotors eingegangen, mit deren Hilfe die Batterie geladen oder entladen wird.<br />Der Entwurf der Betriebsstrategien erfolgt unter Zuhilfenahme von Simulationsmodellen des konventionellen und des Hybridantriebsstranges.<br />Die Simulationsergebnisse werden mit Messungen auf einem Engine-in-the-Loop-Prüfstand verglichen. Es zeigt sich eine gute Übereinstimmung und damit eine hohe Aussagekraft der Simulationsergebnisse.<br />Die Untersuchungen zeigen, dass die Minimierung des Kraftstoffverbrauches und die Minimierung der Stickoxidemissionen gegenläufige Maßnahmen bzw. Betriebsstrategien erfordern. Durch entsprechende Auslegung der Betriebsstrategie ist ein guter Kompromiss zwischen Verbrauch und Stickoxid-Emissionen möglich.<br />Insgesamt erzielte die beste Verbrauchsstrategie eine Verbrauchseinsparung im Vergleich zum konventionellen Fahrzeug von knapp 18%. Die beste NOx-Verminderungsstrategie konnte die Stickoxide um mehr als 58% reduzieren.<br />

A Diesel Hybrid powertrain has the potential to decrease fuel consumption as well as nitrous oxide emissions of the internal combustion engine, thus contributing to the reduction of greenhouse gas and pollutants in the air.<br />In this thesis, measures to reduce fuel consumption and nitrous oxide emissions to a minimum level are presented, by turning the attention to specially adapted hybrid control strategies. In particular, a near-optimal load point shifting of the internal combustion engine is discussed, which determines charging and discharging of the battery.<br />Design of the hybrid control strategies is done with the help of simulation models of the conventional and the hybrid powertrain.<br />Simulation results are compared to measurements obtained from an engine-in-the-loop test bed. High correlation between simulation and test bed is achieved, thus proving the validity of the simulation results.<br />Research shows that minimization of fuel consumption and minimization of nitrous oxide emissions require diametrical measures resp. control strategies.<br />The maximum fuel reduction potential found was 18% in comparison to the conventional powertrain. The best control strategy aimed at decreasing nitrous oxide emissions reduced NOx emissions by 58%.