[Back]

C. Matzer:
"Bestimmung von Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen von Pkw in realen Betriebszuständen mittels Messung und Simulation";
Supervisor, Reviewer: S. Hausberger, B. Geringer, H. Eichlseder; Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik | TU Graz / IFA. TU Wien, 2020.

This thesis dealt with fuel consumption and emissions of passenger cars in real operating conditions in the context of the HBEF A update. HBEF A is the handbook of emission factors for road transport and was first published in 1995. The HBEF A contains emission factors in g/km or #/km for all relevant road vehicle types and for a variety of traffic situations from urban
cycles to driving on the motorway without speed limits. The traffic situations are simulated with average fleet vehicles using the simulation model PHEM (Passenger car and Heavy duty Emission Model). Within the scope of this work, the emission factors of HBEF A were revised based on new knowledge and new available measurement data. For the update of the emission factors several new methods were developed. With the developed methods the following points
could be realized in HBEF A for the first time:

a) Emission measurements of passenger cars in real driving conditions could be considered by the developed C02 power interpolation method. By including such measurement data, the number of measured vehicles can be increased considerably and, in particular, the representativeness of the measured driving conditions can be improved significantly.

b) The influence of the ambient temperature on the NOx emissions of diesel passenger cars could be considered in HBEF A. Measurements show, that low ambient temperatures can lead to significantly higher NOx emissions.

c) The software update EA 189 of diesel passenger cars of the VW group could be considered. Due to the EA 189 mandatory recall the emission behaviour changed in the type approval cycle and in real driving conditions.

d) The cooling of the SCR (Selective Catalytic Reduction) system of diesel passenger cars in special driving situations ( e.g. traffic jams) could be taken into account. The cooling effects may result in higher end-of-tailpipe NOx emissions. With the consideration of these cooling effects the emission behaviour for HBEF A low-load cycles could be reproduced physically correct for the first time.

e) PHEM vehicle data ( e.g. rolling resistance, air resistance and load) could be adapted more accurately to the average real world driving conditions using real fuel consumption data. The emission measurements of vehicles carried out within this work as well as by other laboratories in Europe made it possible to establish representative emission factors for HBEFA using the methods developed. As basis for the data usability, the measurement program of all laboratories involved was coordinated and minimum requirements conceming vehicle selection, measurement program, evaluation methods and data forms have been elaborated.

Keywords: HBEFA, Fuel consumption, Emissions, Emission factors, Emission model, PHEM, Passenger Car

Diese Arbeit beschäftigte sich mit Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen von Pkw in realen Betriebszuständen im Rahmen der HBEFA-Aktualisierung. HBEFA ist die Abkürzung für Handbuch für Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs und wurde 1995 erstmals veröffentlicht. Das HBEF A enthält Emissionsfaktoren in g/km bzw. #/km für alle relevanten Straßenfahrzeugtypen und für eine Vielzahl von Verkehrssituationen. Zu den Verkehrssituationen zählen z. B. Stausituationen oder Fahrten auf der Autobahn ohne
Geschwindigkeitsbegrenzung. Die Verkehrssituationen werden mit Fahrzeugen, die den
Durchschnitt der Flotte repräsentieren, mittels des Simulationsprogramms PHEM (Passenger car and Heavy duty Emission Model) simuliert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Pkw Emissionsfaktoren des HBEF A aufgrund neuer Erkenntnisse und neuer Messdaten aktualisiert. Für die Aktualisierung wurden auch neue Methoden entwickelt. Mit den neu erarbeiteten Methoden konnten folgende Punkte im HBEF A erstmals umgesetzt werden:
a) Emissionsmessungen von Pkw im realen Straßenverkehr konnten mithilfe der
entwickelten CO2-Leistungsinterpolationsmethode berücksichtigt werden. Durch
Einbeziehung solcher Messdaten kann die Anzahl an vermessenen Fahrzeugen
erheblich erhöht und insbesondere die Repräsentativität der Emissionsfaktoren durch
die gemessenen Fahrzustände entscheidend verbessert werden.

b) Der Einfluss der Umgebungstemperatur auf das NOx-Emissionsniveau von Diesel-Pkw
konnte abgebildet werden. Messungen haben gezeigt, dass niedrige Umgebungstemperaturen zu erheblich höheren NOx-Emissionen führen können.

c) Das Softwareupdate EA 189 der VW-Konzernfahrzeuge konnte abgebildet werden.
Durch den EA 189-Pflichtrückruf änderten sich nicht nur die Emissionen im
Typprüfzyklus, sondern auch im realen Straßenverkehr.

d) Das Auskühlen des zur NOx-Reduktion eingesetzten SCR (Selective Catalytic
Reduction)-Systems von Diesel-Pkw in speziellen Fahrsituationen (z. B. Stau) konnte
berücksichtigt werden. Dadurch wurde das Emissionsverhalten für HBEFA Niederlastzyklen erstmals physikalisch korrekt abgebildet.

e) Die PHEM-Fahrzeugdaten (z. B. Rollwiderstand, Luftwiderstand und Beladung)
konnten anhand realer Kraftstoffverbrauchsdaten genauer an die durchschnittlichen
Umwelt- und Fahrsituationen angepasst werden. Durch Fahrzeugmessungen, die im Rahmen dieser Arbeit sowie auch von anderen Labors in Europa durchgeführt wurden, konnten repräsentative Emissionsfaktoren für das HBEF A, unter Anwendung der erarbeiteten Methoden, erstellt werden. Als Grundlage dazu wurde das Messprogramm der Labors koordiniert und unter anderem einheitliche Mindeststandards für Fahrzeugauswahl, Messinhalte, Auswertung und Datenformate ausgearbeitet.

Schlagwörter:
HBEF A, Kraftstoffverbrauch, Emissionsmodell, PHEM, Pkw Emissionen, Emissionsfaktoren