Einleitung und Zielsetzung
Durch den immer größeren Energieverbrauch, der vorwiegend durch fossile Brennstoffe gedeckt wird, ist die Luftverschmutzung durch die bei der Verbrennung entstehenden Abgasemissionen zu einem großen Problem geworden. Es sind nicht nur die Emissionen von Industrie, Haushalten und Kraftwerken, die dieses Problem aufkommen lassen, sondern auch in großem Maße der Straßenverkehr.
Deswegen wurde der Umweltschutz auch für den Automobilbau immer mehr ein zentrales Thema, was dazu geführt hat, dass es Ende der 50er Jahre in den USA zu ersten Gesetzgebungsmaßnahmen kam, die die Emissionen der wichtigsten giftigen Abgaskomponenten begrenzten. Dies war unbedingt notwendig, da der motorisierte Individualverkehr praktisch kontinuierlich zunahm, und auch zukünftig zunehmen wird, was folglich mit einer Emissionszunahme verbunden ist.
Mittlerweile haben alle Industriestaaten Abgasgesetze eingeführt, die die zulässigen Grenzwerte der toxischen Abgaskomponenten für Verbrennungsmotoren festlegen. Grenzwerte haben allerdings nur dann einen Sinn, wenn deren Einhaltung überwacht werden kann.
Um die Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der gemessenen Abgasemissionen zu gewährleisten, wurde in der EU 1971 der Europäische Fahrzyklus eingeführt, der in guter Näherung den Fahrbetrieb des europäischen Durchschnittsfahrers nachbilden sollte. Auf dessen Basis ließen sich die Schadstoffemissionen aller Fahrzeugtypen reproduzierbar erfassen und miteinander vergleichen.
Das Ziel dieser Arbeit ist es ein Programm zu entwickeln, das den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemission von PKW in Abhängigkeit verschiedener Fahrzeugdaten (Motorhubraum, Fahrzeugstirnfläche, Luftwiderstandsbeiwert u.a.) aus den durch Simulationsrechnungen ermittelten Verbrauchs- und Emissionsdaten des Antriebsmotors im NEFZ (Neuer Europäischer Fahrzyklus) berechnet. Dabei soll ein Fortran-Prozeßprogramm verwendet werden, das die Daten für die unterschiedlichen Betriebspunkte des Motors ermittelt. Dieses soll in geeigneter Weise in das zu entwickelnde übergeordnete Programm eingebunden werden.
Im Anschluss an den Nachweis der formalen Lauffähigkeit wird das erstellte Programm zu Rechenläufen unter Variation von ausgewählten Fahrzeug- und Motordaten eines PKW mit Ottomotor eingesetzt.
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...
- 14. 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..\li>
- 4.8. Variation der Zylinderzahl ....
- 5. Zusammenfassung.
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Berechnung des Kraftstoffverbrauches und der Schadstoffemission von PKW im Europäischen Fahrzyklus. Sie soll ein Programm entwickeln, das diese Werte unter Variation verschiedener Fahrzeugdaten berechnen kann. Das Programm wird in Fortran geschrieben und nutzt Simulationsrechnungen, um die Daten für die unterschiedlichen Betriebspunkte des Motors zu ermitteln. Die Arbeit untersucht die Auswirkungen von Faktoren wie Motorhubraum, Fahrzeugstirnfläche und Luftwiderstandsbeiwert auf den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen.
- Der Europäische Fahrzyklus als Grundlage für die Abgas- und Verbrauchsprüfung
- Entwicklung und Anwendung eines Programms zur Simulation von Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen
- Einfluss verschiedener Fahrzeugdaten auf den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen
- Einsatz von Simulationsrechnungen zur Ermittlung des Motorbetriebspunktes
- Analyse und Interpretation der Ergebnisse der Simulationsrechnungen
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Einleitung und Zielsetzung: Dieses Kapitel führt in die Thematik der Kraftstoffverbrauch- und Abgasmessung von PKW ein und erläutert die Notwendigkeit einer umfassenden Simulation dieser Prozesse. Es stellt das Ziel der Arbeit vor: die Entwicklung eines Programms zur Berechnung des Kraftstoffverbrauches und der Schadstoffemission von PKW unter Variation verschiedener Fahrzeugdaten.
- Kapitel 2: Der Europäische Fahrzyklus: Dieses Kapitel beschreibt den Europäischen Fahrzyklus, der als Grundlage für die Abgas- und Verbrauchsprüfung von PKW dient. Es erklärt die Entwicklung von Fahrkurven, die Beurteilungs- und Vergleichskriterien sowie die Abgas- und Verbrauchsprüfung selbst.
- Kapitel 3: Programmdokumentation: Dieses Kapitel präsentiert die Programmdokumentation des entwickelten Programms. Es beschreibt die grundlegenden Formeln zur Ermittlung des Motorbetriebspunktes, den Übertragungswirkungsgrad sowie die einzelnen Programm-Subroutinen.
- Kapitel 14: Anwendungsrechnungen: Dieses Kapitel zeigt Anwendungsszenarien des Programms und analysiert den Einfluss verschiedener Fahrzeugdaten auf den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen. Es untersucht die Auswirkungen von Variationen des Motorhubraums, des Verdichtungsverhältnisses, der Fahrzeugmasse, des CW-Widerstandsbeiwerts, der Achsübersetzung und der Zylinderzahl.
Schlüsselwörter
Europäischer Fahrzyklus, Kraftstoffverbrauch, Schadstoffemission, PKW, Simulation, Fahrzeugdaten, Motorhubraum, Fahrzeugstirnfläche, Luftwiderstandsbeiwert, Fortran, Simulationsrechnungen, Motorbetriebspunkt.
- Quote paper
- Dipl.-Ing. Thomas Gora (Author), 2004, Berechnung des Kraftstoffverbrauches und der Schadstoffemission von PKW im Europaeischen Fahrzyklus, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/37432
