DE102012019609B4

DE102012019609B4 - Verbesserung der Wiederholbarkeit von CO2- und Kraftstoffverbrauchsmessungen

Info

Publication number: DE102012019609B4
Application number: DE102012019609.1A
Authority: DE
Inventors: Johann Himmelsbach
Original assignee: AutomotiveThermoTech GmbH
Current assignee: AutomotiveThermoTech GmbH
Priority date: 2012-10-08
Filing date: 2012-10-08
Publication date: 2024-03-21
Anticipated expiration: 2032-10-09
Also published as: DE102012019609A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung und/oder Vorhersage des Kraftstoffverbrauchs und/oder der CO2-Abgasemissionen von Kraftfahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine an einem Prüfstand, der für Kraftstoffverbrauchs- und Abgasmessung geeignet ist und insbesondere eine Abgasrolle umfasst, wobei der Kraftstoffverbrauch und/oder die CO2-Abgasemissionen über eine vorgegebene Fahrkurve ermittelt werden, so dass eine Abweichung der Messdaten zweier an sich gleicher Messungen von mehreren nicht völlig konstant haltbaren Eingangsgrößen, wie Starttemperatur, Motordrehzahl, Motorlast etc. zu erwarten ist, wobei• die Messung des Kraftstoffverbrauchs und/oder der CO2-Abgasemissionen ein reales Messergebnis der CO2-Emission und/oder des Kraftstoffverbrauchs liefert,• dadurch gekennzeichnet, dass das reale Messergebnis auf ein normiertes Messergebnis mit einem vorgegebenen Wert des Luftdrucks und/oder der Luftfeuchtigkeit in der Umgebung umgerechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung/Vorhersage des Kraftstoffverbrauchs und/oder der CO2-Abgasemissionen von Kraftfahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine an einem Prüfstand, der für Kraftstoffverbrauchs- und Abgasmessung geeignet ist und insbesondere eine Abgasrolle umfasst, wobei der Kraftstoffverbrauch und/oder die CO2-Abgasemissionen über eine vorgegebene Fahrkurve ermittelt werden, so dass eine Abweichung der Messdaten zweier an sich gleicher Messungen von mehreren nicht völlig konstant haltbaren Eingangsgrößen, wie Starttemperatur, Motordrehzahl, Motorlast etc. zu erwarten ist. Sie betrifft sowohl den Entwicklungsprozess als auch die Homologation von Herstellerangaben bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emission.
Derartige Verfahren zur Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs sind bekannt und beispielsweise in der EP 1 701 141 A2 und der EP 1 538 426 B1 beschrieben. Der jeweilige Kraftstoffverbrauch wird dabei entweder aus einer Kohlenstoffbilanz der Abgaswerte berechnet oder direkt mittels Kraftstoffverbrauchsmessgeräten (Waagen, Durchflussmessgeräten etc.) ermittelt, während das Fahrzeug definierten Fahrkurven, z.B. gemäß des sogenannten NEDC, innerhalb eines relativ engen Toleranzbandes folgt.
Es ist insbesondere bekannt, dass die Messung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emisonen auf Abgasrollen zur Simulation von Fahrkurven, beispielsweise nach dem NEDC bzw. gemäß der Regeln Nr. 83 und Nr. 101 der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen von Europa (UN/ECE) hohe Anforderungen bezüglich der eingesetzten Messtechnik stellt.
Dennoch ist es erfahrungsgemäß nach wie vor sehr schwierig wenn nicht unmöglich, mit Hilfe dieser oder zusätzlich verfeinerter Messtechnik auf Abgasrollen eine wirklich befriedigende Messgenauigkeit bzw. Reproduzierbarkeit der Tests bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Eimissionen zu erreichen.
Die Schwankungen von Test zu Test betragen hier oftmals 1-2%, was im Hinblick auf die Erprobung neuentwickelter Einzelmaßnahmen zur Verbrauchsabsenkung sehr häufig nicht ausreicht.
Auch im Hinblick auf die Homologation des Kraftstoffverbrauchs - z.B. gemäß Regelung Nr. 101 (UN/ECE) je nach Testergebnis der ersten bzw. zweiten Messung mit entweder 1, 2, oder 3 Messungen - sind Schwankungen von Test zu Test von 1-2% nicht voll befriedigend.
Analoges gilt auch für alle anderen wichtigen Regeln der Homologation bzw.
Zulassung von Fahrzeugen bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemission, beispielsweise gemäß der amerikanischen, japanischen und chinesischen Gesetzesvorschriften (s.u.a. FTP-Test bzw. FMVSS in den USA, TRIAS in Japan und CCC in China).
Speziell bei der Fahrzeugneuentwicklung werden bei der Bewertung der i.a. relativ geringen Verbesserungen von Einzelmaßnahmen zur Kraftstoffeinsparung sehr viele Messungen zur Mittelwertbildung herangezogen, um wenigstens einigermaßen verlässliche Aussagen zu bekommen.
Das ist sehr zeitaufwändig und teuer und liefert letztlich vielfach dennoch nicht die gewünschte Sicherheit und Genauigkeit.
Vor diesem Hintergrund zeigen das europäische Patent EP 1 538 426 B1 und die europäische Patenanmeldung EP 1 701 141 A2 Wege auf, wie die Streuung der Messergebnisse verbessert werden kann.
Beide Schriften gehen davon aus, dass sich ein ganz erheblicher Aufwand für das Trainieren eines neuronalen Netzes mit einer ganzen Reihe von Messungen letztlich auszahlt, weil damit letztendlich die Streuung der Messergebnisse erheblich reduziert werden kann.
Ob die damit erreichbare Reduktion der Schwankungen von Messung zu Messung auch eine Verbesserung der Genauigkeit des Absolutwertes der Messung bewirkt hängt in hohem Maße von der Sorgfalt der Versuchsdurchführung, der Anzahl der Messungen und der richtigen Wahl der Eingangsgrößen ab. Der Absolutwert der Messung ist damit letztlich nicht sicher oder zumindest von Fahrzeug zu Fahrzeug neu zu hinterfragen.
In die tägliche Praxis der Abgasrollenmessung hat eine derartige Vorgehensweise nach Kenntnis des Erfinders aber bisher keinen Eingang gefunden, was vermutlich primär am hohen Aufwand für das Trainieren des neuronalen Netzes und der komplexen Versuchsauswertung liegt.
Dem gegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein einfacheres und/oder ein genaueres Verfahren zur Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs und/oder der CO2-Eimissionen zur Verfügung zu stellen, bei dem eine durch Schwankungen verursachte Streuung der Verbrauchs- bzw. CO2-Messergebnisse reduziert wird, wobei eine verbesserte Wiederholgenauigkeit der Messungen erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird von der Erfindung des Patentanspruchs 1 gelöst.
Dabei ist die Erkenntnis eingeflossen, dass die bekannten Vorgehensweisen zur Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emission auf der Abgasrolle oder bei vergleichbaren Tests auf dem Motorprüfstand - im Gegensatz zur bekannten Vorgehensweise bei der Bestimmung des maximalen Motordrehmoments und der maximalen Motorleistung - einen Einfluss des Umgebungsdrucks und Umgebungsluftfeuchtigkeit nicht in Betracht ziehen.
Die analytische Betrachtung der Drosselungs- bzw. der Ladungswechselverluste hat in diesem Umfeld jedoch überraschender Weise ergeben, dass der Einfluss des Umgebungsdrucks und Umgebungsluftfeuchtigkeit von Test zu Test alles andere als vernachlässigbar ist, zumindest sobald durch eine Vielzahl an Messfahrten ein möglichst genauer Mittelwert gesucht wird.
Diese grundlegende Erkenntnis ist insbesondere im Hinblick auf die Minimierung der Schwankungen von Kraftstoffverbrauchs- und CO2-Messwerten bei den relativ geringen Motorlasten in Abgasrollentests wie beispielsweise dem NEDC von nicht zu unterschätzender Bedeutung.
Angesichts der ohnehin fast immer vorhandenen Schwankungen der Rollentests von 1-2% ist diese Erkenntnis letztlich nur bei einer entsprechenden „Anfangs-Vermutung“ und auch dann nur in Verbindung mit einer entsprechend hohen Anzahl an Rollenmessungen nachweisbar. Vermutlich wurde sie deshalb bisher übersehen oder zumindest unterschätzt.
Die Umsetzung dieser Erkenntnis in eine Verbesserung der Messgenauigkeit bez. eine Reduktion der Schwankungen von Messung zu Messung kann zum einen über messdatenbasierte Korrelationen erfolgen, unter zu Grundlegung zumindest annähernd vergleichbarer Kraftstoffverbrauchsmessungen bei unterschiedlichen Werten des Luftdrucks und/oder der Luftfeuchtigkeit.
Zum anderen ist aber auch eine Umsetzung mittels theoriebasierter bzw. halbempirischer Korrelationen möglich, oder mittels Korrelationen, die eine Mischung aus Rechnung und Messung beinhalten.
In diesem Zusammenhang bleibt festzuhalten, dass bereits eine relativ ungenaue Korrelation, z.B. basierend auf einer relativ groben Theorie oder gar nur basierend auf Messungen an anderen Fahrzeugen mit einem ähnlichen Motor, in der Regel bereits eine Verbesserung bringt.
Das nachfolgende sehr einfache Beispiel an einem Fahrzeug mit einem Ottomotor geht stellvertretend für eine Vielzahl an Motorlast- und Motordrehzahlpunkten im Fahrzyklus, z.B. gemäß NEDC, von einem Betriebspunkt mit

• einem momentanen Frischluftmassenstrom von mpkt_L = 13 g/s,
• einem Druck vor der Drosselklappe von p_u,mess = 1040 mbar,
• einem Druck nach der Drosselklappe von p_nDK = 830 mbar und
• einer Lufttemperatur T_u der Umgebung = T_u2 vor der Drosselklappe = 25°C aus.

Ohne Berücksichtigung weiterer Drosselstellen betragen damit die Drosselverluste P_DK des Motors unter der Annahme einer adiabaten Drosselung an der Drosselklappe $\begin{array}{l} P_{DK} = {cp}_{L} \cdot {mpkt}_{L} \cdot (T_{u} - T_{u} \cdot {(p_{nDK} / p_{u,mess})}^{0,286}) \\ = 1 kJ / kgK \cdot 0,013kg / s \cdot ((273,15 + 25) K - (273,15 + 25) K \cdot {(830 / 1040)}^{0,286}) \\ = 1 kJ / kgK \cdot 0,013kg / s \cdot (298,15 - 279,52) K \\ =0,242 kW \end{array}$
als reine Strömungsverluste ohne Berücksichtigung des inneren Wirkungsgrades des Motors. Der Exponent von 0,286 = (1,4 - 1)/1,4 geht bei dieser Abschätzung von einem Polytropenkoeffizienten von 1,4 aus, basierend auf dem Verhältnis der spezifischen Wärmekapazitäten c_p/c_v von Luft von näherungsweise 1,4. In Verbindung mit aus der Motorsteuerung aufgezeichneten Verläufen der maßgeblichen Drücke, Temperaturen und des Luftmassenstroms liefert dieser Ansatz eine relativ vertrauenswürdige Untergrenze der Ladungswechselverluste.
In erster Näherung würde der gleiche Motor beim gleichen Fahrzeugbetriebspunkt in einer Rollen-Testfahrt bei einem der Normung exemplarisch zu Grunde gelegten Umgebungsdruck von p_u,norm = 1000 mbar in etwa die folgenden Werte aufweisen:

• momentaner Frischluftmassenstrom von mpkt_L = 13 g/s (für gleiche Leistung bei Lambda=1, noch nicht um die Auswirkungen der reduzierten Ladungswechselarbeit korrigiert),
• Druck vor der Drosselklappe p_u,norm = 1000 mbar,
• Druck nach der Drosselklappe von p_nDK = 830 mbar,
• Lufttemperatur T_u der Umgebung = T_u2 vor der Drosselklappe = 25°C,

\begin{array}{l} P_{DK,nom} = {cp}_{L} \cdot {mpkt}_{L} \cdot (T_{u} - T_{u} \cdot {(p_{nDK} / p_{u,nom})}^{0,286}) \\ = 1 kJ / kgK \cdot 0,013kg / s \cdot ((273,15 + 25) K - (273,15 + 25) K \cdot {(830 / 1000)}^{0,286}) \end{array}

\begin{array}{l} = 1 kJ / kgK \cdot 0,013kg / s \cdot (298,15 - 282,68) K \\ =0,201 kW \end{array}

Daraus ergibt sich ein Schätzwert für die Differenz der Leistung der Ladungswechselarbeit dP_LW = P_{DK, norm} - P_DK = (0,201 - 0,242) kW = - 0,041 kW (reine Strömungsverluste ohne Berücksichtigung des inneren Wirkungsgrades des Motors).
Daraus ergibt sich näherungsweise eine momentane Kraftstoffverbrauchsdifferenz dm_Bst zur Aufbringung dieser Differenz der Ladungswechselarbeit dP_LW von $\begin{array}{l} {dm}_{Bat} = {dP}_{LW} / (η_{i} \cdot H_{u}) \\ = - 0,041 kW/ (0,20 \cdot 41500 kJ / kg) = \\ = - 0,00494 g / s . \end{array}$
Hierbei ist η_i der innere Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine zur Aufbringung dieser Differenz der Ladungswechselarbeit dP_LW und H_u der untere Heizwert. Alternativ zur Verwendung von η_i Werten kann bei der Bestimmung von dm_Bst natürlich auch mit anderen bekannten Methoden gearbeitet werden, beispielsweise mit der sogenannten Kennfeldverschiebung, wie sie bei der Berücksichtigung der sich im Warmlauf ändernden mechanischen Motorreibleistung vielfach angewandt wird.
Bezogen auf den an diesem Messpunkt bei 1040 mbar Umgebungsdruck real messbaren Momentanwert des Kraftstoffmassenstroms von ca. 0,8916 g/s bedeutet der Wert von - 0,00494 g/s eine Veränderung des Verbrauchs um 100 · (- 0,00494 / 0,8916) % = - 0,55 %.
Bezogen auf den im Gesamt-NEDC bei 1040 mbar Umgebungsdruck real gemessenen Mittelwert des Kraftstoffmassenstroms von 0,5663 g/s ergeben sich sogar 100 · (- 0,00494 / 0,566 ) % = - 0,87 %.
Diese Vorgehensweise wird für die über der Zeitdauer des Tests verfügbaren Messwerte eines jeden Zeitschritts dt wiederholt und gemittelt bzw. über die Testdauer integriert (= Integral(dm_Bst(t) · dt)) und dann durch die Messdauer der ganzen Messung dividiert.
In der Praxis haben sich mit dieser Vorgehensweise Korrekturwerte (im Mittel über den gesamten Test) von etwa 0,4 % - 1,0 % ergeben.
Die exemplarisch aufgezeigte Normierung des Kraftstoffverbrauchsmesswerts, der bei einem Umgebungsdruck von 1040 mbar ermittelt wurde, auf einen Umgebungsdruck von 1000 mbar fördert die Aussage zu Tage, dass der bei 1040 mbar real gemessene Kraftstoffverbrauchswert etwa 0,55% zu hoch ist.
Das gilt zumindest wenn man in erster Näherung annimmt, dass der Umgebungsdruck von 1000 mbar einen guten Mittelwert darstellt, welcher wesentlich häufiger auftritt als ein Umgebungsdruck von 1040 mbar, und welcher in einer Vilezahl von Testtagen sogar unterschritten wird.
Am Rande sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass diese oben beschriebene stark vereinfachende Vorgehensweise den Ansatz beinhaltet, dass ein Ottomotor bei Lambda-1-Betrieb bei beiden Umgebungsdrücken die gleiche Luftmasse verbrennen muss, d.h. der Druck und die Temperatur nach der Drosselklappe muss ohne variable Ventilsteuerung etc. in erster Näherung konstant sein. Bei Bedarf ist eine Verfeinerung der Berechnung dahingehend vorteilhaft, in Iterationsschritten eine leichte Korrektur des Luftmassenstroms vorzunehmen, die sich aus der Kraftstoffverbrauchsdifferenz ergibt.
1 zeigt ein exemplarisches Ergebnis dieser Vorgehensweise, wobei die Motorsteuerungsdaten einer Einzelmessfahrt zu Grund gelegt wurden und dann als Sensitivitätsanalyse eine Auswertung für verschiede Werte des inneren Motorwirkungsgrades η_i erfolgte, mit η_i-Werten von 15, 20, 30 und 40 %. Dabei ist die relative Kraftstoffverbrauchdifferenz im NEDC über dem Umgebungsdruck aufgetragen, wie sie sich als Mittelwert über den gesamten Test ergibt.
Die oben anhand eines Messpunktes beschriebene Sensitivität des Verbrauchs auf den Umgebungsdruck ist erwartungsgemäß auch bei Betrachtung des gesamten Test-Zyklus zu finden.
Es wird mit 1 insbesondere deutlich, dass bei Einzelmessungen bereits der Durchzug eines Sturmtiefs im Anschluss an eine Hochdruckwetterlage zu signifikanten systematischen Messfehlern führen wird.
Auch die Durchführung einer sehr großen Anzahl von Tests, um beispielsweise mittels eines Fahrzeugumbaus eine relativ kleine Kraftstoffverbrauchsverbesserungsmaßnahme von beispielsweise 0,2 % nachzuweisen, ist in Anbetracht von 1 ohne Umgebungsdruckkorrektur zum Scheitern verurteilt, sobald sich die Wetterlage ändert: Bereits eine Zunahme des Umgebungsdrucks um ca. 15 mbar würde einen solchen Effekt neutralisieren, eine stärkere Zunahme sogar auf eine komplette Fehlinterpretation führen.
Das ist insbesondere deshalb so problematisch, weil sich viele potentielle Einzelschritte der Verbesserung in solch kleinen Prozentzahlen bewegen.
Die Annahme konstanter Werte für η_i in 1 ist natürlich nur ein erster Schritt um hier eine erste Korrekturmöglichkeit aufzuzeigen.
In der Regel sind für Motoren für alle Drehzahlen und Motorlasten ganze Kennfelder für η_i verfügbar oder aus Kraftstoffverbrauchs- und Reibleistungskennfeldern ableitbar, so dass es insbesondere vorteilhaft ist, diese last- und drehzahlvariablen Kennfelder zur Steigerung der Genauigkeit zu nutzen, am besten zusätzlich unter Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit der rein mechanischen Reibung.
Alternativ können die üblicherweise im Rahmen der Motorentwicklung aufgebauten Simulationsprogramme für den Ladungswechsel und die Verbrennung eine geeignete Korrektur-Korrelation für die Umgebungsdruckabhängigkeit der Reibleistung oder gar gleich des Mehrverbrauchs einschließlich der η_i-Einbeziehung bereitstellen.
Aber bereits mit der Annahme konstanter Werte für η_i gemäß 1 ergibt sich mit relativ wenig Aufwand bereits eine Verbesserung der Rollen-Messergebnisse.
Der besondere Vorteil liegt hier nicht nur in der einfachen Anwendbarkeit sondern auch in der hohen Transparenz und der Nachprüfbarkeit der Korrektur für alle an der Motorentwicklung Beteiligten.
Hierzu zählt letztlich auch das Personal des mit der Prüfung der Kraftstoffverbrauchs- und/oder CO2-Angaben des Kfz-Herstellers beauftragten behördlich anerkannten Technischen Dienstes.
Ein besonders einfacher und (vermutlich) für alle Beteiligten konsensfähiger Weg besteht hier nicht zuletzt darin, hinreichend sichere Annahmen zu treffen, dass sich in jedem Fall keine unrealistisch guten Kraftstoffverbräuche ergeben.
Das kann beispielsweise dadurch geschehen, dass so hohe Werte von η_i angenommen werden, dass auf jeden Fall keine zu starke Korrektur nach unten oder oben erfolgen kann. Je nach Anwendung müssten hier aus Sicht des Erfinders η_i-Werte von 0,30 - 0,50 ohne größere Diskussionen konsensfähig sein.
Das liegt daran, dass in der Praxis η_i-Werte nahe 0,50 weder bei Dieselmotoren noch bei Ottomotoren erreicht werden, weshalb bei Dieselmotoren und mit hohem Luftüberschuss betriebenen Ottomotoren ein Wert zwischen 0,40 und 0,50 als besonders vorteilhaft anzusehen ist.
Bei Ottomotoren mit Lambda1-Betrieb dürfte sogar ein Wert deutlich unter 0,50 konsensfähig sein, weshalb hier als im Hinblick auf einen weitgehenden Konsensus als bevorzugter Bereich für η_i zwischen 0,30-0,40 vorgeschlagen wird.
Dabei ist davon auszugehen, dass die Sachbearbeiter, die den jeweiligen Motor bis in die tiefsten Details kennen und weiterentwickeln in der Regel mit deutlich kleineren Werten für η_i arbeiten werden, weil sie damit eine möglichst vollständige Fehlerkorrektur und damit die maximale Messgenauigkeit erreichen können.
Analog zum obigen Beispiel sind in den Patentansprüchen weitere aus den Patentansprüchen heraus hinreichend verständliche Möglichkeiten definiert, die eine vorteilhafte Korrektur bezüglich des Umgebungsdruckeinflusses beschreiben, ohne dass die erfindungsgemäße Vorgehensweise auf diese Beispiele beschränkt ist.
In analoger Weise, wie ein reduzierter Druck der Umgebungsluft einen geringeren Messwert für den Kraftstoffverbrauch liefert, ist davon auszugehen, dass eine Erhöhung der Luftfeuchtigkeit in realistischen Grenzen eine Reduktion der Drosselverluste und des Kraftstoffverbrauchs bewirkt: Der Sättigungsdampfdruck von Wasser beträgt beispielsweise 23,3 mbar bei 20°C, 28,1 mbar bei 23°C und 42,4 mbar bei 30°C. Diese Ecktemperaturen sind deshalb von besonderem Interesse, weil Abgasrollentests zur Kraftstoffverbrauchsmessung in der Regel in diesem Temperaturbereich gefahren werden und nicht immer genau die Zielwerte der Luftfeuchtigkeit erreicht werden.
Je nach Umgebungstemperatur und relativer Luftfeuchtigkeit kommen daher beim Wasserdampfdruck schnell einige mbar an Druckdifferenz zusammen, was bei höherem Dampfdruck zumindest bei Labdal-Ottomotoren in der Regel gleichbedeutend mit einer Entdrosselung und einer Verbrauchsreduktion ist, weil die Drosselklappe für den gleichen Luft- bzw. Sauerstoffmassenstrom mehr öffnen muss.
Eine besonders einfache Vorgehensweise sieht hier vor, die Differenz des Dampfdrucks relativ zum Norm-Dampfdruck zu bilden, diese Differenz mit negativem Vorzeichen zu versehen, diese Differenz jeweils zum Umgebungsluftdruck zu addieren, und dann die obige oder eine ähnliche Normierung bezüglich des Luftdrucks mit den neuen, um den Einfluss des Dampfdrucks korrigierten, Luftdruckwerten vorzunehmen.
In Analogie zu 1 zeigt 2 das Ergebnis einer solchen Vorgehensweise. Als Normpunkt wurde in diesem Beispiel ein Dampfdruck von 14 mbar gewählt, was 50% des Dampfdrucks bei 23°C entspricht.
Im Gegensatz zu 1 bedeutet in 2 ein höherer Druck eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs bzw. in analoger Weise eine Reduktion der CO2-Eimission.
Die Empfindlichkeit des Kraftstoffverbrauchs auf die an der Abgasrolle denkbaren Änderungen des Dampfdrucks ist gemäß 2 zwar deutlich kleiner als die Empfindlichkeit bezüglich der denkbaren Umgebungsdrücke gemäß 1, aber speziell für höchste Messgenauigkeit - je nach Qualität der Konditionierung der Abgasrolle - nicht immer vernachlässigbar.
Da beide Arten der Korrektur mit dem gleichen Berechnungswerkzeug vorgenommen und linear überlagert werden können, ist es insbesondere vorteilhaft, die ohnehin vorhandenen Messdaten zur Luftfeuchtigkeit im Prüfraum zu nutzen und diese stets in die Berechnung der Korrektur bezüglich des Umgebungsdrucks einzubeziehen.
Als alternative Methode zur einfachen Korrektur der Druckempfindlichkeit der Kraftstoffverbrauchs- und CO2-Messung mittels der oben beschriebenen Bilanz an der Drosselklappe eines Ottomotors wird nachfolgend ein weiteres einfaches Verfahren vorgeschlagen, bei welchem die Motordrehzahl und der Umgebungsdruck p_u,mess der realen Messung als Eingangsgrößen der Normierung dienen. Hierbei wird

• eine Druckdifferenz relativ zum Normdruck der Umgebung p_u,norm gemäß dp_u = p_u,mess - p_u,norm gebildet,
• daraus mittels der Motordrehzahl n und des Hubvolumens V_h der Brennkraftmaschine eine momentane Differenz der Leistung der Ladungswechselarbeit dP_LW bestimmt, insbesondere unter Verwendung der Näherungsgleichung dP_LW = - (n/(2·60)) · dp_u · V_h,
• die momentane Kraftstoffverbrauchsdifferenz dm_Bst mittels eines inneren Wirkungsgrades η_i der Brennkraftmaschine zur Aufbringung dieser Differenz der Ladungswechselarbeit dP_LW und des unteren Heizwertes H_u bestimmt, insbesondere näherungsweise gemäß der Gleichung dm_Bst = dP_LW / (η_i · H_u),
• und die Normierung des Kraftstoffverbrauchs dadurch vorgenommen, dass eine zeitliche Integration der momentanen Kraftstoffverbrauchsdifferenzen dm_Bst über die Messdauer erfolgt und der zeitliche Mittelwert dieses Wertes zum Messwert als Kraftstoffverbrauchsunterschied addiert wird.

Dieses Verfahren geht davon aus, dass der Umgebungsdruck beim Ausschieben der Abgase bei offenen Auslassventilen nahezu über den gesamten Hubweg des Kolbens am Kolben anliegt und eine negative Arbeit am Kolben bewirkt.
Je größer der Umgebungsdruck, desto größer ist hierbei der Druck auf den Kolben, so dass der Versuch gerechtfertigt erscheint, auf diesem Weg eine Korrelation für den Umgebungsdruckeinfluss herzuleiten, auch wenn diese Annahme natürlich anwendungsspezifisch hinterfragt werden muss, u.a. im Hinblick auf die Phasen geringer Ventilöffnung, die Ventilsteuerzeiten, die Ventilüberschneidung und die Druckpulsationen in den involvierten Rohrsystemen.
Bezüglich der Anwendung dieses vereinfachten Ansatzes zur Abschätzung des Einflusses des Umgebungsdruckes bei einer Motordrehzahl von 1270 1/min und Drücken von p_u,mess = 1040 mbar bzw. p_u,norm = 1040 mbar folgt ein einfaches Zahlenbeispiel gemäß:

• dp_u = p_u,mess - p_u,norm = 1040 mbar - 1000 mbar = 40 mbar = 4000 N/m²,
• dP_LW = - (n/(2·60)) · dp_u · V_h = - (1270/(2·60) ) 1/s · 4000 N/m²·1,6· 0,001 m³ = - 67,7 Nm/s = - 0,0677 kW
• dm_Bst = dP_LW / (η_i · H_u) = - 0,067 kW / (0,20·41500 kJ/kg) = - 0,0081 g/s.

Bezogen auf den im Gesamt-NEDC bei 1040 mbar Umgebungsdruck real gemessenen Mittelwert des Kraftstoffmassenstroms von 0,5663 g/s ergibt sich bei p_u,norm = 1000 mbar eine Abweichung von 100 · (- 0,0081 / 0,5663) % = - 1,43 %.
Die weitere Umrechnung in eine Kraftstoffverbrauchsdifferenz des gesamten Fahrzyklus kann dann beispielsweise wieder analog zu Patentanspruch 4 erfolgen.
Der Rechansatz gemäß Patentanspruch 3 ist noch deutlich einfacher als der Rechenansatz gemäß Patentanspruch 4, da keine Messdaten bezüglich des Saugrohrdrucks und des Luftmassenstroms erforderlich sind und selbst bei der Motordrehzahl eine Umrechnung der Fahrprofile mit Hilfe der vorgegebenen Gänge des Getriebes eine hinreichende Genauigkeit der Motordrehzahl liefern kann.
Im Gegenzug ist er vermutlich etwas unsicherer und ungenauer, da relativ grobe Annahmen eingeflossen sind. Insbesondere liegen in der Phase des Öffnens und Schließens der Ein- und Auslassventile wesentlich komplexere Randbedingungen vor als hier vereinfachend angenommen.
Verglichen mit den - 0,87% bei der sehr konservativen Methode nach Anspruch 4 ist der nach der Methode in Patentanspruch 3 ermittelte Wert von -1,43 % am gewählten Lastpunkt deutlich höher ausgefallen.
Da die Methode nach Anspruch 4 nur die Drosselverluste an der Drosselklappe beinhaltet, ist davon auszugehen, dass sie etwas unterkorrigiert.
Welche der beiden Korrekturmethoden letztlich am besten geeignet ist, muss noch im Rahmen von Versuchen geklärt werden.
Wichtig ist jedoch, dass auch mit diesen Unsicherheiten beide Methoden klar aufzeigen, dass eine Korrektur des Verbrauchs bezüglich des Umgebungsdruckes erforderlich ist und darüber hinaus auch ohne viele Korrelationsmessungen als machbar erkennbar ist.
Insbesondere weisen diese Ergebnisse darauf hin, dass eine empirische Korrelation einer größeren Anzahl von Rollenmessdaten bei verschiedenen Umgebungsdrücken in brauchbarer Qualität machbar sein muss.
Bis hier völlige Klarheit herrscht, ist es insbesondere vorteilhaft mit einer Vorgehensweise zu arbeiten, welche stets die kleinere der beiden errechenbaren Korrekturen verwendet, zumindest wenn man 100% gegen unliebsame Überkorrekturen abgesichert sein will.
Gegebenenfalls kann aber auch einfach ein (vorläufiger) empirischer Sicherheitsfaktor in die Methode nach Anspruch 3 eingeführt werden, z.B. indem der innere Wirkungsgrad η_i um den Faktor 1,6 erhöht wird.
Vor diesem Hintergrund ist es insbesondere vorteilhaft, zusätzlich eine Korrelation bereits verfügbarer Messdaten von Abgasrollenmessungen zu erstellen, die die Abhängigkeit des Kraftstoffverbrauchs vergleichbarer Motoren bei verschiedenen Werten des Umgebungsluftdruckes und/oder Umgebungsluftfeuchtigkeit beschreibt:
Das hilft zum einen die theoretischen Ansätze zu verfeinern und ermöglicht es anderseits für einzelne Motorfamilien universelle Korrelationen abzuleiten.
Angesichts der hohen Bedeutung einer hohen Messgenauigkeit bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emission ist es insbesondere vorteilhaft, fremdangetriebene fahrzeugexterne Prüfstandsvorrichtungen zur Simulation unterschiedlicher Umgebungsdrücke am Motorein- und austritt zu verwenden und damit ganz besonders genaue Korrektur-Korrelationen zu erstellen.
Je nach Anwendung und erforderlicher Messgenauigkeit stehen hiermit eine Reihe von Lösungen zur Korrektur des Einflusses des Umgebungsluftdrucks und der Umgebungsluftfeuchtigkeit zur Verfügung, mit unterschiedlicher Genauigkeit und sehr unterschiedlichem Aufwand.
Speziell die Korrekturmethode nach Patentanspruch 4 bietet bereits jetzt die Möglichkeit, mit Hilfe entsprechend genauer oder sicherheitshalber relativ hoher η_i-Werte, zumindest bei η_i -Werten von 0,40-50, oder eine nutzbringende Verbesserung der Messqualität zu liefern, die Zweifel bezüglich einer Überkorrektur eigentlich nicht zulässt.
Dabei ist bereits jetzt abzusehen, dass hier noch zusätzliches Potential bezüglich der Genauigkeit besteht, dessen Hebung lediglich eine Fleißarbeit ist.
Angesichts des bekanntlich sehr hohen finanziellen und Aufwandes für zukünftige Kraftstoffeinsparmaßnahmen ist in vielen Fällen selbst ein sehr hoher Aufwand mit vielen Messungen zur Korrelationserstellung noch kosteneffektiv, weil bei der Homologation zumindest die Kraftstoffverbrauchs- und CO2-Messwerte, die bei wetterbedingt viel zu hohem Umgebungsdruck und/oder sehr geringer Luftfeuchtigkeit gemessen werden, letztendlich doch richtig bewertet werden.
Auch das Risiko aufgrund zufälliger Messungen bei sehr geringem Umgebungsdruck und/oder sehr hoher Luftfeuchtigkeit deutlich zu gute Verbrauchs- bzw. CO2-Werte zu homologieren ist damit vermeidbar und stellt einen signifikanten Fortschritt dar.
Hinzu kommen ganz erhebliche Vorteile, weil die Anzahl der erforderlichen Tests im Rahmen der Entwicklung ebenso wie bei der Homologation entfallen können, da mögliche Schwankungen, die wetterbedingt zumindest die Größenordnung von etwa 1 % erreichen können, als systematische Messabweichung erkennbar/korrigierbar werden.
Insbesondere ist das Verfahren natürlich nicht nur für Prüfstände zur Simulation von Fahrzyklen anwendbar, sondern auch für die Verbesserung der Genauigkeit bei Kennfeldmessungen bei stationärem Motorbetrieb.
Ein Beispiel ist hier die Motorkennfeldermittlung bei jeweils konstanter Motortemperatur, Last und Drehzahl für eine Normierung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen bezüglich des Umgebungsdruckes und/oder der Umgebungsluftfeuchtigkeit.
Bei der Homologation (Typgenehmigung) kann die erfindungsgemäße Umgebungsdruckkorrektur gleich an mehreren Schnittstellen vorteilhaft eingesetzt werden.
Hierzu wird in einer für sich alleine gesehen bereits hocheffektiven Vorgehensweise bei einem Verfahren zur Homologation (Typgenehmigung) des Kraftstoffverbrauchs und/oder der CO2-Emissionen,

• vor der Prüfung der Kraftstoffverbrauchs- und/oder CO2-Angaben des Kfz-Herstellers durch den behördlich anerkannten Technischen Dienst, zunächst eine oder mehrere Rollenmessungen, insbesondere nach den Regeln Nr. 83 und Nr. 101 UN/ECE, durchgeführt,
• danach eine Kontrolle der den CO2- und Kraftstoffverbrauchsmessdaten jeweils zu Grunde liegenden Randbedingungen bezüglich des Druckes und der Feuchtigkeit der Umgebungsluft vorgenommen
• und zumindest bei Werten des Umgebungsluftdruckes oberhalb 1010 mbar in Kombination mit Werten der relativen Luftfeuchtigkeit von 40-60% eine Reduktion der für die Prüfung durch den behördlich anerkannten Technischen Dienst und/oder der für den Verkaufsprospekt benannten Kraftstoffverbrauchs- und/oder CO2-Emissionswerte Werte vorgenommen.

Analog ist es vorteilhaft, dass zumindest bei Werten des Umgebungsluftdruckes unterhalb 990 mbar in Kombination mit Werten der relativen Luftfeuchtigkeit von 40-60% eine Reduktion der für die Prüfung durch den behördlich anerkannten Technischen Dienst und/oder der für den Verkaufsprospekt benannten Kraftstoffverbrauchs- und/oder CO2-Emissionswerte Werte erfolgt.
Um das Risiko zu vermeiden, dass bei der Prüfung durch den behördlich anerkannten Technischen Dienst plötzlich zu hohe Kraftstoffverbrauchswerte ermittelt werden ist es insbesondere vorteilhaft, Homologationstermine nach der Wetterprognose auszurichten oder einfach abzusagen, sobald der Umgebungsdruck einen vordefinierten Grenzwert überschreitet.
Dabei ist es insbesondere vorteilhaft für den Kfz-Hersteller, bei einem zu schlechten Ergebnis der Homologation einfach die Homologation an einem günstigeren Tag mit geringerem Umgebungsdruck zu wiederholen, z.B. indem neue Messungen bei einem Termin angesetzt werden der einen Umgebungsdruck unterhalb 1010 mbar erwarten lässt.
Mit der Auswahl des geeigneten Umgebungsdrucks der Homologation erhält der Kfz-Hersteller implizit die Möglichkeit, den homologierten Kraftstoffverbrauch und die homologierten CO2-Werte in gewissen Grenzen so zu trimmen, dass er sich sicher ist, dass diese Werte auch bei der späteren Produktions- und Feldüberwachung passen.
Das ist ein ganz erheblicher Vorteil im Vergleich zum heutigen Homologationsprozess, der i.a. gewisse Unwägbarkeiten bezüglich der Ergebnisse beinhaltet und nicht immer den wirklich aus der Entwicklung bekannten Verbrauchswert ins Ziel bringt.
Dabei ist es natürlich sehr hilfreich, dass durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte bei der Homologation (Typgenehmigung) des Kraftstoffverbrauchs und/oder der CO2-Emissionen die Messungen im Vorfeld der Kraftstoffverbrauchs- und CO2-Homologation (Typgenehmigung) auf einen vordefinierten Wert des Drucks und/oder der Feuchtigkeit der Umgebungsluft normiert werden können und dieser Wert der Homologation zu Grunde gelegt werden kann.
Das Zusammenführen der obigen Ausführungen bezüglich des Umgebungsdrucklufteinflusses führt in letzter Konsequenz auf eine alternative, ganz besonders sichere und ebenso genaue wie einfache Vorgehensweise bei der Homologation des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen in Richtung der bevorzugten Zielwerte des Kfz-Herstellers, die vereinfacht gesagt darin besteht, dass nur dann eine Homologation vorgenommen wird, wenn der Umgebungsluftdruck einen vordefinierten Grenzwert nicht überschreitet.
Für eine möglichst geringe Streubreite ist es hierbei besonders vorteilhaft sicherzustellen, dass die Homologation auf Tage mit einem Umgebungsluftdruck aus dem Bereich 980 - 1010 beschränkt wird.
Das begrenzt die Anzahl an möglichen Testtagen nicht in zu großem Maße und stellt dennoch sicher, dass weder erheblich zu gute noch erheblich zu schlechte Messergebnisse resultieren.
Bei Wahl eines besonderes niedrigen Umgebungsdrucks kann das Messergebnis auch seitens des Kraftfahrzeugherstellers spürbar geschönt werden. Das wäre eigentlich nicht im ursprünglichen Sinne der Homolgation, aber nach Auffassung des Erfinders nach den derzeitigen Regelungen legal, solange die spätere Produktions- und gegebenenfalls Feldüberwachung noch passt.
Ein anderer vorteilhafter und legaler Weg um bei der Homologatin möglichst nahe an den aus der Fahrzeugentwicklung bekannten oder absehbaren Zielwert für die Homologation zu kommen besteht in der gezielten Anpassung/Ausnutzung der zulässigen Grenzen für die verschiedenen Parameter der Messung und der Prüffeldumgebung.
So ist beispielsweise bekannt, dass mit einer möglichst warmen und gerade noch zulässigen Konditioniertemperatur des Fahrzeugs spürbar bessere Homologationsmesswerte einstellbar sind. Die Nutzung dieses Effekts ist vor allem dann sinnvoll, wenn man bereits vor Testbeginn am Homologationstag weiss, dass der Umgebungsluftdruck eigentlich einen leicht zu hohen Kraftstoffverbrauch liefern wird, der höher liegen wird als normal.
Vor diesem Hintergrund ist ein Verfahren zur Verbessung der Homologationsgenauigkeit von Kraftstoffverbrauchs- und CO2-Emissionswerten von Kraftfahrzeugen seitens des Kraftfahrzeugherstellers sehr hilfreich zur Korrektur dieses Messfehlers, das die gesetzlich definierte Bandbreite für die Prüfraum- und Konditioniertemperatur, insbesondere die Bandbreite von 20-30°C gemäß der Regeln Nr. 83 und Nr. 101 UN/ECE, zur Kompensation des Umgebungsdrucklufteinflusses auf den CO2- und Kraftstoffverbrauch verwendet. Diese Korrektur sieht vor,

• relativ hohe Umgebungstemperaturen nahe 30°C bei relativ hohem Umgebungsluftdruck einzustellen und/oder
• relativ tiefe Umgebungstemperaturen nahe 20°C bei relativ geringem Umgebungsluftdruck.

Das ist alles etwas umständlich aber letztlich für genaue und auch etwas reduzierte Emissions- und Verbrauchswerte durchaus hilfreich und vor allem sehr schnell und ohne langwierige Gesetzesänderung umsetzbar.
Alternativ zu der beschriebenen erfindungsgemäßen Vorgehensweise, die über mehrere Zwischenschritte seitens des Kfz-Herstellers die Reproduzierbarkeit der Messungen und die Genauigkeit der homologierten Verbrauchswerte verbessert und möglichst wenig CO2-Potential durch zu hohe Sicherheitsfaktoren beim angegeben Verbrauch verschenken will und hierbei gleichzeitig die Serienproduktions- und gegebenenfalls Feldüberwachung im Auge behält, ist als weitere Konsequenz der obigen Ausführungen längerfristig anzustreben, dass sich alle an der Homologation beteiligten Parteien auf eine einheitliche Korrekturmethode bezüglich des Drucks und der Feuchtigkeit der Umgebungsluft einigen.
Das erhöht nicht nur die Messgenauigkeit sondern hilft den Aufwand beim Kraftfahrzeughersteller zu reduzieren, ebenso wie beim behördlich anerkannten Technischen Dienst, der die finalen Werte misst bzw. bestätigt und sich voraussichtlich mit deutlich weniger Messungen beschäftigen muss.
Deshalb schlägt die Erfindung eine überarbeitete Homologierungsmethode seitens der involvierten technischen Dienste vor.
Diese sieht vor, dass bei der Prüfung der Kraftstoffverbrauchs- und/oder CO2-Angaben des Kfz-Herstellers seitens des behördlich anerkannten Technischen Dienstes eine Normierung der Kraftstoffverbrauchs- und der CO2-Messwerte auf einen definierten Wert des Umgebungsdrucks und/oder der Umgebungsluftfeuchtigkeit erfolgt, so dass die Messunsicherheiten reduziert werden. Damit kann lassen sich insbesondere die erforderlichen Sicherheitsfaktoren bezüglich der CO2- und Kraftstoffverbrauchsangaben signifikant reduzieren.
Die erfindungsgemäße Druck- und Feuchtigkeitstemperatur bringt letztlich u.a. Verbesserungen bei der Messgenauigkeit, der Wiederholbarkeit von Messungen und der Genauigkeit der homologierten Fahrzeugdaten.
Insbesondere ermöglicht sie es, ohne jegliche Veränderung am Fahrzeug selbst, zumindest gemittelt über die Fahrzeugflotte bei Kraftstoffverbrauchs- und CO2-Angaben etwas geringere Werte zu erreichen als bisher.
Das resultiert u.a. daraus, dass es möglich wird bzw. als vorteilhaft erkannt ist,

• die Anzahl von Homologierungsmessungen bei zu hohem Umgebungsdruck und damit etwas zu hohem Verbrauch zu reduzieren/vermeiden und/oder
• bei Homologierungsmessungen durch entsprechend eng tolerierte Angaben, welche aus hochgenauen Messungen vor der(den) eigentlichen Homologierungsmessung(en) Prüfung stammen, Vorteile zu realisieren.

Hinzu kommt, dass vor allem relativ kleine Verbesserungsansätze bei der Fahrzeugneuentwicklung separat und wesentlich zielgerichteter analysiert werden können.
Angesichts der hohen Kosten für CO2- und Kraftstoffeinsparmaßnahmen zukünftiger Fahrzeuge ist die Nutzung all dieser Effekte mit einem ganz erheblichen Kostenvorteil seitens der Kraftfahrzeughersteller gleichzusetzen.

Claims

Verfahren zur Bestimmung und/oder Vorhersage des Kraftstoffverbrauchs und/oder der CO2-Abgasemissionen von Kraftfahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine an einem Prüfstand, der für Kraftstoffverbrauchs- und Abgasmessung geeignet ist und insbesondere eine Abgasrolle umfasst, wobei der Kraftstoffverbrauch und/oder die CO2-Abgasemissionen über eine vorgegebene Fahrkurve ermittelt werden, so dass eine Abweichung der Messdaten zweier an sich gleicher Messungen von mehreren nicht völlig konstant haltbaren Eingangsgrößen, wie Starttemperatur, Motordrehzahl, Motorlast etc. zu erwarten ist, wobei • die Messung des Kraftstoffverbrauchs und/oder der CO2-Abgasemissionen ein reales Messergebnis der CO2-Emission und/oder des Kraftstoffverbrauchs liefert, • dadurch gekennzeichnet, dass das reale Messergebnis auf ein normiertes Messergebnis mit einem vorgegebenen Wert des Luftdrucks und/oder der Luftfeuchtigkeit in der Umgebung umgerechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrechnung unter • Verwendung des dem realen Messergebnis zugrundliegenden Luftdrucks und/oder der Luftfeuchtigkeit und • einer messdatenbasierten Korrelation zumindest annähernd vergleichbarer Messungen bei unterschiedlichen Werten des Luftdrucks und/oder der Luftfeuchtigkeit und/oder • mittels einer halbempirischen oder theoretischen Korrelation, welche insbesondere aus einer Messung/Berechnung/Abschätzung der Drosselverluste an der Drosselklappe und/oder der Ladungswechselarbeit abgeleitet ist und mittels Messung/Berechnung/Kennfeldern/Abschätzungen bezüglich des inneren Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine arbeitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass • die Motordrehzahl und der Umgebungsdruck p_u,mess der realen Messung als Eingangsgrößen der Normierung dienen, • eine Druckdifferenz relativ zum Normdruck der Umgebung p_u,norm gemäß dp_u = p_u,mess - p_u,norm gebildet wird, • daraus mittels der Motordrehzahl n und des Hubvolumens V_h der Brennkraftmaschine eine momentane Differenz der Leistung der Ladungswechselarbeit dP_LW bestimmt wird, insbesondere unter Verwendung der Näherungsgleichung dP_LW = - (n/(2·60)) · dp_u·V_h, • die momentane Kraftstoffverbrauchsdifferenz dm_Bst mittels eines inneren Wirkungsgrades η_i der Brennkraftmaschine zur Aufbringung dieser Differenz der Ladungswechselarbeit dP_LW und des unteren Heizwertes H_u bestimmt wird, insbesondere näherungsweise gemäß der Gleichung dm_Bst = dP_LW / (η_i · H_u), • und die Normierung des Kraftstoffverbrauchs dadurch erfolgt, dass eine zeitliche Integration der momentanen Kraftstoffverbrauchsdifferenzen dm_Bst über die Messdauer erfolgt und der zeitliche Mittelwert dieses Wertes zum realen Messwert als Kraftstoffverbrauchsunterschied addiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass • der Motorfrischluftmassenstrom mpkt_L, der Saugrohrdruck p_nDK nach einer Drosselklappe im Luftansaugzweig, der Umgebungsdruck p_u,mess und die Lufttemperatur T_u der Umgebung oder T_u2 vor der Drosselklappe der realen Messung als Eingangsgrößen der Normierung dienen, • die momentanen Drosselverluste der realen Messung an der Drosselklappe dP_DK bestimmt werden, insbesondere mit einer Näherungsgleichung wie P_DK = cp_L · mpkt_L (T_u - T_u · (p_nDK / p_{u, mess})^0,286) für die polytrope Zustandsänderungen idealer Gase mit der spezifischen Wärmekapazität cp_L von ca. 1 kJ/kgK und einem Polytropenkoeffizienten von etwa 1,4 der den Exponenten der Näherungsgleichung von (1,4-1)/1,4 = 0,286 definiert, • die näherungsweise zu erwartenden momentanen Drosselverluste der normierten Messung an der Drosselklappe dP_DK bestimmt werden, insbesondere mit einer Näherungsgleichung wie P_{DK, norm} = cp_L · mpkt_L (T_u - T_u · (P_nDK / P_{u, norm})^0,286), • daraus ein Schätzwert für die Differenz der Leistung der Ladungswechselarbeit dP_LW = P_DK, _norm - P_DK bestimmt wird, • die momentane Kraftstoffverbrauchsdifferenz dm_Bst mittels eines inneren Wirkungsgrades η_i der Brennkraftmaschine zur Aufbringung dieser Differenz der Ladungswechselarbeit dP_LW und des unteren Heizwertes H_u bestimmt wird, insbesondere näherungsweise gemäß der Gleichung dm_Bst = dP_LW / (η_i · H_u) • und die Normierung des Kraftstoffverbrauchs dadurch erfolgt, dass eine zeitliche Integration der momentanen Kraftstoffverbrauchsdifferenzen dm_Bst über die Messdauer erfolgt und der zeitliche Mittelwert dieses Wertes zum realen Messwert als Kraftstoffverbrauchsunterschied addiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass reale Messungen bei unterschiedlichem Druck und/oder unterschiedlicher Feuchtigkeit der Umgebung mittels einer oder mehrerer Ausgleichskurve(n) auf den Normwert korreliert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2-5,, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Abgasrolle oder am Motorprüfstand zur Ermittlung der Korrelationen aktiv erhöhte/reduzierte Werte des Drucks und/oder der Feuchtigkeit der Umgebungsluft eingestellt werden oder dass entsprechende Randbedingungen mit über prüfstandsseitige Konditioniervorrichtungen anstelle im gesamten Prüfraum nur am Motorfrischlufteintrittsbereich und im Abgasstrang vor dem Abgasaustritt aufgeprägt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung der momentanen Kraftstoffverbrauchsdifferenzen dm_Bst Wirkungsgradkennfelder für den inneren Wirkungsgrad η_i der Brennkraftmaschine herangezogen werden oder vergleichbare Verfahren, wie die bekannte Methode der Kennfeldverschiebung des Kraftstoffverbrauchskennfeldes, bestehend aus mindestens den Parametern Motordrehzahl, Motorlast und Kraftstoffverbrauch, unter Berücksichtigung der momentanen Differenzen der Leistung der Ladungswechselarbeit dP_LW.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass es nicht an einer Abgasrolle sondern an einem Motorprüfstand zum Einsatz kommt und insbesondere, dass es bei stationärem Motorbetrieb zur Motorkennfeldermittlung bei jeweils konstanter Motortemperatur, Last und Drehzahl für eine Normierung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen bezüglich des Umgebungsdruckes und/oder der Umgebungsluftfeuchtigkeit verwendet wird.
Verfahren zur Homologation (Typgenehmigung) des Kraftstoffverbrauchs und/oder der CO2-Emissionen unter Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass • vor der Prüfung der Kraftstoffverbrauchs- und/oder CO2-Emissions-Angaben des Kfz-Herstellers durch den behördlich anerkannten Technischen Dienst, zunächst eine oder mehrere Rollenmessungen zur Bestimmung der CO2-Emission und/oder des Kraftstoffverbrauchs durchgeführt werden, • danach eine Kontrolle der den realen CO2- und Kraftstoffverbrauchsmessdaten jeweils zu Grunde liegenden Randbedingungen bezüglich des Druckes und der Feuchtigkeit der Umgebungsluft erfolgt • und zumindest bei Werten des Umgebungsluftdruckes oberhalb 1010 mbar in Kombination mit Werten der relativen Luftfeuchtigkeit von 40-60% eine Reduktion der für die Prüfung durch den behördlich anerkannten Technischen Dienst und/oder der für den Verkaufsprospekt benannten Kraftstoffverbrauchs- und/oder CO2-Emissionswerte Werte erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei Werten des Umgebungsluftdruckes unterhalb 990 mbar in Kombination mit Werten der relativen Luftfeuchtigkeit von 40-60% eine Erhöhung der für die Prüfung durch den behördlich anerkannten Technischen Dienst und/oder der für den Verkaufsprospekt benannten Kraftstoffverbrauchs- und/oder CO2-Emissionswerte Werte erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion/Erhöhung dadurch erfolgt, dass neue Messungen bei einem Umgebungsdruck unterhalb 1010 mbar angesetzt werden.
Verwendung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7 zur Homologation (Typgenehmigung) des Kraftstoffverbrauchs und/oder der CO2-Emissionen, dadurch gekennzeichnet, dass die realen Messungen im Vorfeld der Kraftstoffverbrauchs- und CO2-Homologation (Typgenehmigung) auf einen vordefinierten Wert des Drucks und/oder der Feuchtigkeit der Umgebungsluft normiert werden und dieser normierte Wert der Homologation zu Grunde gelegt wird.
Verfahren zur Verbessung der Homologationsgenauigkeit von Kraftstoffverbrauchs- und CO2-Emissionswerten von Kraftfahrzeugen seitens des Kraftfahrzeugherstellers unter Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser nur dann eine Homologation beauftragt oder durchführen lässt, wenn sichergestellt ist, dass der Umgebungsluftdruck einen vordefinierten Grenzwert nicht überschreitet und insbesondere, dass die Homologation auf Tage mit einem Umgebungsluftdruck aus dem Bereich 980-1010 mbar beschränkt wird.
Verfahren zur Verbessung der Homologationsgenauigkeit von Kraftstoffverbrauchs- und CO2-Emissionswerten von Kraftfahrzeugen seitens des Kraftfahrzeugherstellers unter Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser die gesetzlich definierte Bandbreite für die Prüfraum- und Konditioniertemperatur, insbesondere eine Bandbreite von 20-30°C, zur Kompensation des Umgebungsdrucklufteinflusses auf den CO2- und Kraftstoffverbrauch verwendet, und zwar mittels • relativ hoher Umgebungstemperaturen nahe 30°C bei relativ hohem Umgebungsluftdruck und/oder • mit relativ tiefen Umgebungstemperaturen nahe 20°C bei relativ geringem Umgebungsluftdruck.
Verfahren zur Homologation von Kraftfahrzeugen unter Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Prüfung der Kraftstoffverbrauchs- und/oder CO2-Angaben des Kfz-Herstellers seitens des behördlich anerkannten Technischen Dienstes eine Normierung der real gemessenen Kraftstoffverbrauchs- und/oder der CO2-Messwerte auf einen definierten Wert des Umgebungsdrucks und/oder der Umgebungsluftfeuchtigkeit erfolgt, so dass die Messunsicherheiten reduziert werden.