Fehlerminimierung bei der Berechnung der CO₂-Einsparungen auf Basis von Reibungsmessungen

Zusammenfassung

Zur weiteren Effizienzsteigerung der Verbrennungsmotoren und der damit verbundenen Verbrauchs- und CO₂-Emissionsreduzierung führt die Firma Mahle seit Jahren systematische Untersuchungen bezüglich Reibungseinsparpotenzialen an der Kolbengruppe von befeuerten Otto- und Dieselmotoren durch. Für jede untersuchte Variante wird die Reibung des Gesamtmotors anhand der Indiziermethode im gesamten Kennfeld bestimmt. Durch eine Regressionsanalyse wird anschließend aus den Messdaten ein empirisches Modell gebildet, das den Reibmitteldruck in Abhängigkeit der Drehzahl, der Motorlast und der Motortemperatur beschreibt. Die so entstehenden Reibungskennfelder werden letztendlich mittels einer Gesamtfahrzeugsimulation in Kraftstoffverbrauch und CO₂-Emission im Fahrzyklus überführt. Jede Versuchsvariante wird hinsichtlich seiner Einsparpotenziale im Vergleich zur Basisvariante bewertet. Da die experimentell ermittelten Reibungswerte mit Messungenauigkeiten behaftet sind, entsteht eine entsprechende Unsicherheit in den errechneten Verbrauchswerten. Diese Unsicherheit legt das kleinste noch aufzulösende, reibungsbedingte Verbrauchs- und somit CO₂-Einsparpotenzial fest und muss demnach genau quantifiziert werden.

In diesem Beitrag wird zuallererst die Messpräzision des Reibmitteldrucks untersucht. Anhand einer großen Menge indizierter Reibungsmessungen an einem befeuerten Pkw-Ottomotor, Pkw-Dieselmotor und Nfz-Dieselmotor ist es möglich die Reproduzierbarkeit der Messwerte in Abhängigkeit des Betriebspunkts zu quantifizieren. Anschließend wird das implementierte Reibungsmodell eingeführt, dessen Güte an den drei Versuchsträgern überprüft wird, und eine mathematische Methode vorgestellt mit der das Vertrauensintervall der angepassten Reibmitteldruckwerte berechnet werden kann. Dadurch kann der Einfluss der Anzahl an Messpunkten und an Replikationen des statistischen Versuchsplans auf die Modellgenauigkeit untersucht werden, um zu bewerten welche Maßnahmen zur Verringerung des Vertrauensintervalls des Reibmitteldrucks geeignet sind. Letztendlich wird ermittelt wie groß der Einfluss der Unsicherheit des Reibungsmodells auf das Vertrauensintervall der berechneten Verbrauchs- und CO₂-Emissionswerte im WLTC ist.