Experimentelle Untersuchung der CO2-Emissionen und limitierten Abgaskomponenten von Erdgasfahrzeugen im realen Straßenverkehr

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, Erdgasfahrzeuge bezüglich Abgasemissionen, Kraftstoffverbrauch und Effizienz des Antriebsstrangs rechnerisch und experimentell zu untersuchen und das technologische Potenzial dieser Antriebstechnologie zu ermitteln. Dazu wurden einleitend Erdgasantriebe bezüglich Effizienz, spezifischer Leistung, CO2-Emissionen und Kraftstoffverbrauch mit Dieselmotoren und benzinbetriebenen Ottomotoren theoretisch verglichen. Darüber hinaus wurde eine rechnerische Methode angewendet, die anhand von Zertifizierungsdaten, sowie technischen Fahrzeug- und Motordaten eine vergleichende Bewertung hinsichtlich der realen Kraftstoffeffizienz, des Kohlendioxidausstoßes und des Drehmomentverhaltens von verschiedenen Antriebskonzepten mit Verbrennungsmotor ermöglicht.<br />In Hauptteil der Arbeit wurde eine weiterentwickelte On-board Experimentalmethode eingesetzt, um Fahrzeuge hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen im realen Straßenverkehr zu untersuchen. Dieses in Echtzeit arbeitende, mobile Abgasmesssystem beeinflusst aufgrund seiner kompakten Bauweise und des niedrigen Energieverbrauchs die Eigenschaften des Fahrzeuges nur minimal und ermöglicht dadurch die detaillierte Untersuchung der Fahrzeuge unter tatsächlich auftretenden Fahrwiderständen und Umgebungsbedingungen. Die ermittelten Ergebnisse bilden einen gewichteten Mittelwert aus vielen hundert bis tausend einzelnen Messdatensätzen des jeweiligen Streckenabschnittes.<br />Die zur Nachbearbeitung eingesetzte Datenanalysemethode ermöglichte eine vergleichende Bewertung der Real-world Messergebnisse bei unterschiedlichen Verkehrsbedingungen. Sie basiert auf der mittleren Streckengeschwindigkeit des Fahrzeuges. Als weitere maßgebende Einflussgrößen auf den Kraftstoffverbrauch konnten die Fahrwiderstände und der mittlere Lastzustand identifiziert werden.<br />

The work around this thesis aimed to calculative and experimental investigation of the emission behaviour, fuel economy and powertrain efficiency of natural gas vehicles and to the identification of the potential of this powertrain technology.<br />For this purpose preliminary theoretical comparison between natural gas powertrains and diesel- as well as gasoline engines regarding the efficiency, specific power, CO2-emissions and fuel economy was conducted. In addition, a computational method based on certification data, vehicle- and engine data was applied for a comparative assessment of the real fuel efficiency, carbon dioxide emissions and the engine torque behaviour of different drive concepts with combustion engines.<br />In the main part of the work an advanced On-board experimental method was applied to investigate the real-world fuel consumption and exhaust emissions of the vehicles. The portable exhaust gas emission measurement system woks in real-time. Due to its compact design and low energy consumption the driving behaviour of the vehicles is affected to a minimal value. This enables a detailed investigation of the vehicles under real occurring driving resistances and environmental conditions.<br />The results represent a weighted average of many hundred to thousand individual data sets of the respective track sections.<br />The analytical method used for post processing of the measured data enabled a comparative assessment of the real-world emission measurements in different traffic conditions. It is based on the average vehicle speed on a specific route. The driving resistances and the average engine load were identified as additional influencing factors on fuel consumption.