Messtechnik für die Schadstoffreduktion Realitätsnahe Emissionstests für Motorräder, Mopeds und Quads

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TU Graz Institut für Fahrzeugtechnik

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Die TU Graz hat als Teil eines internationalen Projektkonsortiums neue Messtechniken und Messmethoden entwickelt, um Emissionen von L-Fahrzeugen im realitätsnahen Betrieb zu messen und entsprechende Grenzwerte zu ermitteln.

Der 2015 bekanntgewordene Abgasskandal in der Automobilindustrie hat vieles in Bewegung gebracht: Nicht zuletzt die Diskussion darüber, dass es realitätsnahe Tests für Fahrzeuge benötigt, um ihren Schadstoffausstoss korrekt zu ermitteln, statt nur auf Prüfständen zu testen. Für Autos sind derartige Tests und die dafür gültigen Emissionsgrenzwerte mittlerweile gesetzlich vorgeschrieben, bei sogenannten L-Fahrzeugen (Mopeds, Motorrädern, Dreirädern und Quads) hingegen nicht. Im von der Europäischen Kommission geförderten Projekt «Lens» (L-vehicles Emissions and Noise mitigation Solutions) hat die TU Graz als Teil eines internationalen Konsortiums nun entsprechende Testverfahren und das dafür benötigte Test-Equipment entwickelt. Die Projektergebnisse dienen dem Gesetzgeber als Grundlage für zukünftige Entscheidungen, liefern der Exekutive das Equipment, um Grenzwert­überschreitungen und Fahrzeugmanipulationen festzustellen, und erlauben es den Herstellern, ihre Flotten entsprechend anzupassen.

Weltweit einzigartige Methodik und Technik

«Die in den vergangenen Jahren für Pkw entwickelten Messmethoden sind für die wesentlich dynamischeren Fahrzeuge der L-Kategorie nicht anwendbar», sagt Stephan Schmidt vom Institut für Thermodynamik und nachhaltige Antriebssysteme der TU Graz. «Daher mussten wir eigene Messmethoden entwickeln, wozu auch die Entwicklung bzw. Weiterentwicklung von passenden Messgeräten gehörte, die klein und leicht genug sind, um auf Motorrädern und Mopeds einsetzbar zu sein. Die entstandene Messmethodik und Technik sowie die erhobenen Emissionsdaten sind weltweit bisher einzigartig.» Insgesamt sind 15 Partner*innen an dem Projektkonsortium beteiligt, darunter neun Forschungseinrichtungen, vier Hersteller*innen von Zweirädern sowie Produzent*innen von Messtechnik.

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Im Rahmen von «Lens» hat das Projekt-­Konsortium insgesamt 150 Fahrzeuge auf der Strasse und im Labor vermessen, allein 40 davon an der TU Graz. Die Erarbeitung und Entwicklung der Messmethodik und eines Teils der Messtechnik für alle Projektbeteiligten erfolgte am Institut für Thermodynamik und nachhaltige Antriebssysteme und am Institut für elektrische Messtechnik und Sensorik. Neben der Erstellung der für Tests mit allen L-Fahrzeugtypen geeigneten Streckenprofilen war insbesondere die Miniaturisierung der Messtechnik eine Herausforderung. Spielt Equipment mit einem Gewicht von mehr als 60 Kilogramm in einem Pkw kaum eine Rolle, so macht das auf einem Motorrad und besonders bei Mopeds einen gewaltigen Unterschied – beim Schadstoffausstoss ebenso wie bei den Fahreigenschaften. Für Motorräder gelang hier durch Einbeziehung eines externen Partners die notwendige Reduktion von Grösse und Gewicht. Für die schwächeren Fahrzeuge steuerte ein Konsortialpartner Kleinmessgeräte bei, die zwar nicht so genau sind, aber gute Anhaltswerte liefern.

Ein Mix für alle Klassen und Fahrstile

Die Erstellung der Streckenprofile war deswegen anspruchsvoll, weil ein Scooter mit wenigen PS völlig anders zu fahren ist als ein Motorrad mit über 100 PS. Letztendlich fanden die Forschenden einen guten Mix, der sowohl sportliche als auch bergige Abschnitte umfasst und unterschiedliche Fahrzeugklassen und Fahrstile berücksichtigt. Die grosse Bandbreite an Antriebssystemen, Antriebsleistungen, Bauraumverhältnissen und Fahrzeugmassen erforderte allerdings eine an die Unterklassen angepasste Messmethodik. Entscheidend für die Berechnung der Emissionen ist die genaue Messung des Abgasmassenstroms. Bei kleinvolumigen Ein­zylindermotoren ist die Massenstrommessung mit herkömmlichen Methoden jedoch schwierig. Die an der TU Graz entwickelte und im Lens-Projekt eingesetzte modell­basierte Methode zur Massenstromberechnung hat aber eine Lösung aufgezeigt. Da die Fahrzeuge der niedrigen Leistungsklassen am Prüfstand voll ausgefahren werden können, konnten die Forschenden auf Basis der Prüfstanddaten ein Modell erstellen, aus dem die Massenströme während der Fahrt berechnet werden. Dadurch konnte das Team aus den Anhaltswerten der Kleinmessgeräte verwertbare Emissionsdaten gewinnen.

«Die vielen Motorenkonzepte und Leistungsklassen im Bereich der L-Fahrzeuge sind eine Herausforderung beim Finden standardisierter Testmethoden, die realitätsnah die Emissionen von Lärm und Abgasen messen», sagt Stephan Schmidt. «Im Projekt Lens ist uns das aber gelungen und wir haben mit unserem Konsortium die technische Grundlage dafür geschaffen, dass Hersteller, Gesetzgeber und Exekutive Fahrzeuge in Zukunft auf Basis von realistischen Werten beurteilen können. Das wird dazu beitragen, dass der Schadstoffausstoss der L-Fahrzeugflotte stark zurückgeht.»

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