Konzept zur Bestimmung der Krafstoffqualität für den Betrieb in Plug-in Hybridfahrzeugen (PDF)

Um das noch bestehende Reichweitenproblem von Elektrofahrzeugen zu lösen, sind Fahrzeugkonzepte wie Plug-in Hybridfahrzeuge sehr vielversprechend, sofern mit ihm überwiegend im Batteriebetrieb gefahren wird. Sie kombinieren die Vorteile des Verbrennungsmotors und des Elektromotors, sodass das lokale Emissionsproblem in Ballungszentren gelöst werden kann, ohne dass der Kunde dabei auf die Reichweite verzichten muss. Wenn das Fahrzeug allerdings überwiegend für Kurzstrecken genutzt wird, sind alterungsbedingte Veränderungen des Kraftstoffes möglich, da dieser länger im Tank verbleibt als üblich.
In dieser Arbeit wird ein Konzept zur sensorischen Bestimmung der Qualität des Kraftstoffes vorgestellt. Hierzu wurde ein Prototyp entwickelt, in dem mithilfe des Real- und Imaginärteils der Permittivität alternde Kraftstoffe erkannt werden können. Dabei konnte durch das frequenzabhängige Permittivitätssignal des Sensors spezifisch zwischen nieder- und hochmolekularen Oxidationsprodukten in Kraftstoffen unterschieden werden.
Da das Verbrennungs- und Emissionsverhalten des Motors von der Kraftstoffmischung vorgegeben ist, bietet eine zusätzliche sensorische Erfassung der Kraftstoffzusammensetzung weitere Optimierungspotenziale, um Emissionen zu reduzieren: So ist das Motormanagement im Fahrzeug zumeist auf Referenzkraftstoffe mit gleichbleibender Qualität abgestimmt. Variable Kraftstoffzusammensetzungen, die durch die Erdöllagerstätte und den zusätzlichen Konversionsverfahren zur Herstellung von fortschrittlichen Kraftstoffen vorgegeben sind, werden in dieser Anpassungsstrategie bisher nicht berücksichtigt. Als weitere Aufgabe wird in dieser Arbeit daher ein multisensorischer Ansatz verfolgt, wonach zusätzlich zur Kraftstoffalterung noch die Kraftstoffzusammensetzung erkannt werden kann.
Insgesamt bietet die Sensorik das Potenzial zur kontinuierlichen Kraftstoffüberwachung in Plug-in Hybridfahrzeugen, um so einen Beitrag zum sicheren und nachhaltigen Betrieb solcher Fahrzeuge gewährleisten zu können.

In order to solve the range problem that electric vehicles still have, vehicle concepts such as plug-in hybrid vehicles are very promising. They combine the advantages of the combustion engine and the electric motor, so that the local emission problem in urban areas can be solved. However, if the vehicle is mainly used for short distances, fuel aging can occur due to higher storage time in the fuel tank.
In this work a sensor-based concept for determination of the fuel quality is presented. For this purpose, a prototype was developed in which aging fuels can be determined by measuring the real and imaginary part of the permittivity. By determining the frequency-dependent permittivity signal of the sensor low- and high-molecular oxidation products in fuels could be distinguished.
Since the combustion and emission behaviour of the engine is given by the fuel mixture, the determination of the fuel composition offers further optimization potential in order to reduce emissions: The engine management in the vehicle is usually adapted on reference fuels of constant quality. Variable fuel compositions, given by the oil deposits and the additional conversion process for the production of advanced fuels, have not yet been taken into account in this adaptation strategy. As an additional task, a multisensory approach is introduced in this work in which the fuel composition can be determined.
Overall, the sensor system offers the potential for continuous fuel monitoring in plug-in hybrid vehicles in order to be able to ensure a contribution to the safe and sustainable operation of such vehicles.