Berechnung des Kraftstoffverbrauches und der Schadstoffemission von PKW im Europaeischen Fahrzyklus

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung und Zielsetzung

2. Der Europäische Fahrzyklus

2.1. Allgemeines

2.2. Entwicklung von Fahrkurven

2.2.1. Entwicklung von Fahrkurven aus realen Fahrten

2.2.2. Entwicklung von synthetischen Fahrkurven

2.3. Beurteilungs- und Vergleichskriterien

2.4. Abgas- und Verbrauchsprüfung

2.4.1. Fahrleistungsprüfstand und Prüfablauf

2.4.2. Testfahrer

2.4.3. CVS-Verdünnungsverfahren

2.4.4. Nichtdispersiver Infrarot-Absorptionsanalysator für CO und CO2 (NDIR)

2.4.5. Chemilumineszenz-Analysator für NOX (CLA)

2.4.6. Nichtdispersiver Ultraviolett-Resonanz-Absorptionsanalysator für NOX (NDUVR)

2.4.7. Flammenionisationsdetektor für HC (FID)

2.4.8. Berechnung des Kraftstoffverbrauches

3. Programmdokumentation

3.1. Grundlegende Formeln zur Ermittlung des Motorbetriebspunktes

3.1.1. Luftwiderstand

3.1.2. Rollwiderstand

3.1.3. Beschleunigungswiderstand

3.1.4. Ermittlung des Motorbetriebspunktes

3.2. Übertragungswirkungsgrad

3.3. Programmbeschreibung

3.3.1. OTTOMAIN-Subroutine

3.3.2. NEFZMAIN

3.3.3. TRAPZD-Subroutine

3.3.4. FUNC-Subroutine

3.3.5. Ceta-Subroutine

3.3.6. Ccw- und Cmred-Funktion

3.3.7. NEFZDATA

3.4. Nachweis der formalen Lauffähigkeit

4. Anwendungsrechnungen

4.1. Magermotor

4.2. Vollvariable Ventilsteuerung (Valvetronic)

4.3. Variation des Motorhubraums

4.4. Variation des Verdichtungsverhältnisses

4.5. Variation der Fahrzeugmasse

4.6. Variation des cw-Widerstandsbeiwerts

4.7. Variation der Achsübersetzung

4.8. Variation der Zylinderzahl

5. Zusammenfassung

6. Literatur

Anhang A : Auszug aus der Richtlinie 91/441/EWG

Anhang B : Auszug aus der Richtlinie 98/69/EWG

Anhang C : Fahrzeugdaten

Anhang D : Diagramme (Anwendungsrechnungen)

D1 : Einfluss des Motorhubraums

D2 : Einfluss des Verdichtungsverhältnisses

D3 : Einfluss der Fahrzeugmasse

D4 : Einfluss des cw-Widerstandsbeiwerts

D5 : Einfluss der Achsübersetzung

D6 : Einfluss der Zylinderzahl

Zielsetzung & Themen

Das primäre Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Computerprogramms, das in der Lage ist, den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen von Personenkraftwagen basierend auf verschiedenen Fahrzeugparametern (wie Motorhubraum, Stirnfläche und Luftwiderstand) innerhalb des Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) zu berechnen. Die Forschungsfrage konzentriert sich darauf, wie ein Fortran-basiertes Prozessprogramm zur Ermittlung von Verbrauchs- und Emissionsdaten in ein übergeordnetes Simulationsmodell integriert werden kann, um eine präzise Auswertung unter Variation technischer Daten zu ermöglichen.

• Entwicklung und Implementierung eines Simulationsprogramms für den NEFZ
• Methodik zur Ermittlung von Motorbetriebspunkten basierend auf Fahrwiderständen
• Analyse des Einflusses technischer Fahrzeugvariationen (z.B. Hubraum, Verdichtung, Masse) auf Verbrauch und Emissionen
• Validierung der Programmberechnungen durch Vergleiche mit realen Fahrzeugdaten
• Untersuchung von speziellen Motorkonzepten wie dem Magermotor und der variablen Ventilsteuerung

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1. Einleitung und Zielsetzung: Diese Einführung erläutert die Relevanz von Abgasemissionen im Automobilbau und definiert das Ziel der Programmierung eines Tools zur Berechnung von Verbrauch und Emissionen im NEFZ.

2. Der Europäische Fahrzyklus: Dieses Kapitel beschreibt die historischen Hintergründe und die technischen Details des Europäischen Fahrzyklus, einschließlich der Prüfverfahren und Messmethodiken.

3. Programmdokumentation: Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte technische Dokumentation der verwendeten Formeln, der Subroutinen und des Quellcodes für die Berechnungslogik.

4. Anwendungsrechnungen: In diesem Kapitel werden die Ergebnisse der durchgeführten Rechenläufe zur Variation von Fahrzeug- und Motordaten (wie Hubraum, Verdichtung, Masse) vorgestellt und analysiert.

5. Zusammenfassung: Hier werden die Ergebnisse der Arbeit reflektiert und die Leistungsfähigkeit sowie Erweiterbarkeit des entwickelten Berechnungsprogramms resümiert.

Schlüsselwörter

Kraftstoffverbrauch, Schadstoffemission, NEFZ, Europäischer Fahrzyklus, Fahrwiderstand, Motorbetriebspunkt, Simulationsrechnung, Verbrennungsmotor, Abgasgesetzgebung, Magermotor, Valvetronic, Programmdokumentation, Fortran, Emissionen, Automobiltechnik

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Diplomarbeit primär?

Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Implementierung eines Berechnungsprogramms, das Verbrauchs- und Emissionswerte für Pkw unter Anwendung des Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) ermittelt.

Welche Themenfelder werden abgedeckt?

Die zentralen Themen umfassen die Grundlagen des Europäischen Fahrzyklus, messtechnische Verfahren der Abgas- und Verbrauchsprüfung, die mathematische Modellierung von Fahrwiderständen sowie die softwaretechnische Umsetzung der Berechnungen.

Was ist das zentrale Ziel der Forschungsarbeit?

Das Ziel ist die Erstellung einer flexiblen Softwarelösung, die basierend auf technischen Fahrzeugparametern den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffausstöße simuliert, um verschiedene Konfigurationen vergleichen zu können.

Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?

Es wird eine numerische Simulation angewandt, die auf physikalischen Grundformeln zur Fahrwiderstandsberechnung sowie Daten aus dem NEFZ basiert und in der Programmiersprache Fortran umgesetzt wurde.

Was umfasst der inhaltliche Hauptteil der Arbeit?

Der Hauptteil gliedert sich in eine theoretische fundierte Programmplanung, eine detaillierte Dokumentation der Routinen und eine praktische Anwendungsphase, in der verschiedene Fahrzeug- und Motordaten variiert werden.

Durch welche Schlüsselwörter lässt sich die Arbeit am besten charakterisieren?

Wichtige Begriffe sind Kraftstoffverbrauch, Schadstoffemissionen, NEFZ, Fahrwiderstand, Motordatenvariation, Simulation, CO2-Reduktion und Abgastechnik.

Inwiefern ist das Programm für unterschiedliche Motoren geeignet?

Das Programm ist modular aufgebaut und kann durch Schnittstellen an unterschiedliche Motorkonfigurationen (wie etwa einen Magermotor oder Motoren mit variabler Ventilsteuerung) angepasst werden, wie in den Anwendungsbeispielen gezeigt wird.

Warum spielt die Fahrzeugmasse eine solch wichtige Rolle für die Ergebnisse?

Die Fahrzeugmasse beeinflusst direkt den Beschleunigungswiderstand. Da dieser proportional zur Masse wächst, hat eine Gewichtsreduktion laut den Simulationen signifikante Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch, insbesondere im Stadtverkehr.