Anlage 4 RDE3 (VO (EU) 2017/1151)
Emissionsbestimmung
- 1.
- EINLEITUNG
Diese Anlage beschreibt das Verfahren zur Bestimmung der momentanen Massen- und Partikelanzahlemissionen [g/s; #/s], welche für die nachfolgende Bewertung einer RDE-Prüffahrt und die Berechnung des endgültigen Emissionsergebnisses gemäß der Anlage 6 heranzuziehen sind.
- 2.
- SYMBOLE, PARAMETER UND EINHEITEN
- %—
- Prozent
- <—
- kleiner als
- #/s—
- Anzahl pro Sekunde
- α—
- Molverhältnis für Wasserstoff (H/C)
- β—
- Molverhältnis für Kohlenstoff (C/C)
- γ—
- Molverhältnis für Schwefel (S/C)
- δ—
- Molverhältnis für Stickstoff (N/C)
- Δtt,i—
- Wandlungszeit t des Analysators [s]
- Δtt,m—
- Wandlungszeit t des Abgasmassendurchsatzmessers [s]
- ε—
- Molverhältnis für Sauerstoff (O/C)
- ρ e —
- Abgasdichte
- ρ gas —
- Dichte des Abgasbestandteils „Gas”
- λ —
- Luftüberschussfaktor
- λ i —
- momentaner Luftüberschussfaktor
- A/F st —
- Stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis [kg/kg]
- °C—
- Grad Celsius
- c CH4 —
- Methankonzentration
- c CO —
- CO-Konzentration im trockenen Bezugszustand [%]
- c CO2 —
- CO2-Konzentration im trockenen Bezugszustand [%]
- c dry —
- Konzentration eines Schadstoffs im trockenen Bezugszustand in ppm oder Volumenprozent
- c gas,i —
- momentane Konzentration des Abgasbestandteils „Gas” [ppm]
- c HCw —
- HC-Konzentration im feuchten Bezugszustand [ppm]
- c HC(w/NMC) —
- HC-Konzentration, wenn CH4 oder C2H6 durch den NMC strömt [ppmC1]
- c HC(w/oNMC) —
- - HC-Konzentration, wenn CH4 oder C2H6 am NMC vorbeiströmt [ppmC1[
- c i,c —
- zeitkorrigierte Konzentration des Bestandteils i [ppm]
- c i,r —
- Konzentration des Bestandteils i [ppm] im Abgas
- c NMHC —
- Konzentration der Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe
- c wet —
- Konzentration eines Schadstoffs im feuchten Bezugszustand in ppm oder Volumenprozent
- E E —
- Ethanwirkungsgrad
- E M —
- Methan-Wirkungsgrad
- g—
- Gramm
- g/s—
- Gramm pro Sekunde
- H a —
- Feuchtigkeit der Ansaugluft [g Wasser je kg trockener Luft]
- i —
- Nummer der Messung
- kg—
- Kilogramm
- kg/h—
- Kilogramm pro Stunde
- kg/s—
- Kilogramm pro Sekunde
- k w —
- Faktor der Umrechnung vom trockenen in den feuchten Bezugszustand
- m—
- Meter
- m gas,i —
- Masse des Abgasbestandteils „Gas” [g/s]
- q maw,i —
- momentaner Massendurchsatz der Ansaugluft (kg/s)
- q m,c —
- zeitkorrigierter Abgasmassendurchsatz [kg/s]
- q mew,i —
- momentaner Abgasmassendurchsatz [kg/s]
- q mf,i —
- momentaner Kraftstoffmassendurchsatz [kg/s]
- q m,r —
- Massendurchsatz des Rohabgases [kg/s]
- r—
- Kreuzkorrelationskoeffizient
- r2—
- Bestimmungskoeffizient
- r h —
- Ansprechfaktor für Kohlenwasserstoffe
- rpm—
- Umdrehungen pro Minute
- s—
- Sekunde
- u gas —
- u-Wert des Abgasbestandteils „Gas”
- 3.
- ZEITKORREKTUR DER PARAMETER
Für die korrekte Berechnung der streckenabhängigen Emissionen sind die aufgezeichneten Konzentrationskurven der Bestandteile, der Abgasmassendurchsatz, die Fahrzeuggeschwindigkeit und andere Fahrzeugdaten einer Zeitkorrektur zu unterziehen. Zur Erleichterung der Korrektur sind Daten, die dem Zeitabgleich unterliegen, entweder in einem einzigen Aufzeichnungsgerät oder mit einem synchronisierten Zeitstempel gemäß Anlage 1 Nummer 5.1 aufzuzeichnen. Die Zeitkorrektur und der Zeitabgleich für Parameter sind in der unter den Nummern 3.1 bis 3.3 festgelegten Reihenfolge durchzuführen.
- 3.1.
-
Zeitkorrektur von Bestandteilkonzentrationen
Die aufgezeichneten Kurven aller Bestandteilkonzentrationen sind einer Zeitkorrektur zu unterziehen, indem eine inverse Verschiebung entsprechend der Wandlungszeit der jeweiligen Analysatoren vorgenommen wird. Die Wandlungszeit der Analysatoren ist nach Anlage 2 Nummer 4.4 zu bestimmen:- c i,c
- die zeitkorrigierte Konzentration des Bestandteils i als Funktion der Zeit t
- c i,r
- die Rohkonzentration des Bestandteils i als Funktion der Zeit t
- Δtt,i
- die Wandlungszeit t des Analysators zur Messung des Bestandteils i
- 3.2.
-
Zeitkorrektur des Abgasmassendurchsatzes
Der mit einem Abgasdurchsatzmesser gemessene Abgasmassendurchsatz ist einer Zeitkorrektur durch inverse Verschiebung entsprechend der Wandlungszeit des Abgasmassendurchsatzmessers zu unterziehen. Die Wandlungszeit des Massendurchsatzmessers ist nach Anlage 2 Nummer 4.4 zu bestimmen:- q m,c
- der zeitkorrigierte Abgasmassendurchsatz als Funktion der Zeit t
- q m,r
- der Rohabgasmassendurchsatz als Funktion der Zeit t
- Δtt,m
- die Wandlungszeit t des Abgasmassendurchsatzmessers
- 3.3.
-
Zeitabgleich der Fahrzeugdaten
Für sonstige, von einem Sensor oder dem ECU stammende Daten ist ein Zeitabgleich durch Kreuzkorrelierung mit geeigneten Emissionsdaten (z. B. mit Bestandteilkonzentrationen) vorzunehmen.
- 3.3.1.
-
Geschwindigkeit des Fahrzeugs aus verschiedenen Quellen
Zum Zeitabgleich zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit und Abgasmassendurchsatz ist es zuerst notwendig, eine gültige Geschwindigkeitskurve festzulegen. Stammen die Daten zur Fahrzeuggeschwindigkeit aus verschiedenen Quellen (z. B. dem GPS, einem Sensor oder dem ECU), ist ein Zeitabgleich der Geschwindigkeitswerte durch Kreuzkorrelation vorzunehmen.
- 3.3.2.
-
Fahrzeuggeschwindigkeit und Abgasmassendurchsatz
Es ist ein Zeitabgleich zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Abgasmassendurchsatz durch Kreuzkorrelation des Abgasmassendurchsatzes und des Produkts aus Fahrzeuggeschwindigkeit und positiver Beschleunigung vorzunehmen.
- 3.3.3.
-
Weitere Signale
Bei Signalen, deren Wert sich langsam ändert und innerhalb einer engen Spanne liegt, beispielsweise bei der Umgebungstemperatur, kann der Zeitabgleich entfallen.
- 4.
- KALTSTART
Für die Zwecke der RDE-Prüfung bezeichnet „Kaltstart” den Zeitraum vom Prüfbeginn bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Fahrzeug für eine Dauer von 5 Minuten gefahren ist. Konnte die Kühlmitteltemperatur ermittelt werden, endet der Kaltstartzeitraum, sobald das Kühlmittel erstmalig eine Temperatur von 70 °C erreicht hat, spätestens jedoch 5 min nach dem Prüfbeginn.
- 5.
- EMISSIONSMESSUNGEN BEI STEHENDEM VERBRENNUNGSMOTOR
Momentane Emissions- oder Abgasdurchsatzwerte, die bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor gemessen wurden, sind aufzuzeichnen. Anschließend sind die aufgezeichneten Werte in einem gesonderten Schritt im Rahmen der Nachverarbeitung der Daten auf null zu setzen. Der Verbrennungsmotor gilt als ausgeschaltet, wenn zwei der folgenden Kriterien erfüllt sind: die aufgezeichnete Drehzahl beträgt < 50 rpm der gemessene Abgasmassendurchsatz beträgt < 3 kg/h der gemessene Abgasmassendurchsatz fällt im Leerlauf auf < 15 % des typischen Abgasmassendurchsatzes unter stationären Bedingungen.
- 6.
- KONSISTENZPRÜFUNG DER DATEN ZUR HÖHENLAGE DES FAHRZEUGS
Besteht der wohlbegründete Verdacht, dass eine Fahrt oberhalb der zulässigen Höhe gemäß Nummer 5.2 dieses Anhangs durchgeführt wurde, oder wurde die Höhe nur mit einem GPS gemessen, sind die GPS-Höhendaten auf Konsistenz zu überprüfen und wenn nötig zu berichtigen. Die Konsistenz der Daten ist durch Vergleich von Breiten- und Längengrad- sowie von Höhendaten des GPS zu überprüfen, wobei die Höhe durch ein digitales Geländemodell oder eine topografische Karte im geeigneten Maßstab anzuzeigen ist. Messungen, die von der Höhenangabe der topografischen Karte um mehr als 40 m abweichen, sind manuell zu korrigieren und zu markieren.
- 7.
- KONSISTENZPRÜFUNG DER GPS-DATEN ZUR FAHRZEUGGESCHWINDIGKEIT
Die vom GPS bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit ist auf Konsistenz zu prüfen, indem die Gesamtfahrstrecke berechnet und mit Bezugswerten verglichen wird, welche entweder von einem Sensor, dem validierten ECU oder auch von einem digitalen Straßennetz oder einer topographischen Karte stammen. Offensichtliche Fehler in den GPS-Daten sind vor der Konsistenzprüfung beispielsweise mit Hilfe eines Koppelnavigationssensors obligatorisch zu berichtigen. Die ursprüngliche, unkorrigierte Datei ist aufzubewahren; korrigierte Daten sind zu kennzeichnen. Die berichtigten Daten dürfen sich nicht über einen ununterbrochenen Zeitraum von mehr als 120 s oder eine Gesamtdauer von mehr als 300 s erstrecken. Die mit Hilfe der korrigierten GPS-Daten berechnete Gesamtstrecke darf von den Bezugswerten um nicht mehr als 4 % abweichen. Wenn die GPS-Daten diese Anforderungen nicht erfüllen und keine andere verlässliche Quelle für Daten zur Fahrzeuggeschwindigkeit zur Verfügung steht, sind die Prüfungsergebnisse für ungültig zu erklären.
- 8.
- KORREKTUR DER EMISSIONEN
- 8.1.
-
Umrechnung vom trockenen in den feuchten Bezugszustand
Werden die Emissionen im trockenen Bezugszustand gemessen, sind die gemessenen Konzentrationen anhand folgender Formel in den feuchten Bezugszustand umzurechnen: Dabei ist:- c wet
- die Konzentration eines Schadstoffs im feuchten Bezugszustand in ppm oder Volumenprozent
- c dry
- die Konzentration eines Schadstoffs im trockenen Bezugszustand in ppm oder Volumenprozent
- k w
- der Faktor der Umrechnung vom trockenen in den feuchten Bezugszustand
- H a
- die Feuchtigkeit der Ansaugluft [g Wasser je kg trockener Luft]
- c CO2
- die CO2-Konzentration im trockenen Bezugszustand [%]
- c CO
- die CO-Konzentration im trockenen Bezugszustand [%]
- α
- das Molverhältnis für Wasserstoff
- 8.2.
-
Korrektur der NOx-Emissionen um Umgebungsfeuchte und -temperatur
Bei den NOX-Emissionen ist keine Korrektur um Umgebungstemperatur und Feuchtigkeit vorzunehmen.
- 8.3.
-
Korrektur negativer Emissionsergebnisse
Negative Zwischenergebnisse dürfen nicht korrigiert werden. Negative Endergebnisse sind auf Null zu setzen.
- 8.4.
-
Korrektur für erweiterte Bedingungen
Die im Sekundenabstand gemäß dieser Anlage berechneten Emissionen dürfen nur für die in den Nummern 9.5 und 9.6 genannten Fälle durch den Wert 1,6 dividiert werden. Der Korrekturfaktor 1,6 ist nur einmal anzuwenden. Der Korrekturfaktor 1,6 gilt für Schadstoffemissionen, aber nicht für CO2.
- 9.
- BESTIMMUNG DER MOMENTANEN GASFÖRMIGEN ABGASBESTANDTEILE
- 9.1.
-
Einleitung
Die Bestandteile im Rohabgas sind mit den in Anlage 2 beschriebenen Mess- und Probenahmeanalysatoren zu messen. Die Rohkonzentrationen der maßgeblichen Bestandteile sind gemäß Anlage 1 zu messen. Die Daten sind einer Zeitkorrektur zu unterziehen und gemäß Nummer 3 abzugleichen.
- 9.2.
-
Berechnung der NMHC- und CH4-Konzentration
Bei der Methanmessung mit einem NMC-FID hängt die NMHC-Berechnung vom Kalibriergas/von der Methode zur Nullpunkt-/Messbereichskalibrierung ab. Bei Verwendung eines FID für THC-Messungen ohne NMC ist dieser mit Propan/Luft oder Propan/N2 auf die übliche Weise zu kalibrieren. Für die Kalibrierung des einem NMC nachgeschalteten FID sind folgende Verfahren zulässig:- a)
- Das Kalibriergas aus Propan und Luft wird am NMC vorbeigeleitet.
- b)
- Das Kalibriergas aus Methan und Luft wird durch den NMC geleitet.
- c HC(w/oNMC)
- die HC-Konzentration bei Vorbeileitung des CH4 oder C2H2 am NMC [ppmC1]
- c HC(w/NMC)
- die HC-Konzentration bei Durchfluss des CH4 oder C2H2 durch den NMC [ppmC1]
- r h
- der gemäß Anlage 2 Nummer 4.3.3 Buchstabe b bestimmte Kohlenwasserstoff- Ansprechfaktor
- E M
- die Umwandlungseffizienz bei Methan gemäß Anlage 2 Nummer 4.3.4 Buchstabe a
- E E
- die Umwandlungseffizienz bei Ethan gemäß Anlage 2 Nummer 4.3.4 Buchstabe b
- 10.
- BESTIMMUNG DES ABGASMASSENDURCHSATZES
- 10.1.
-
Einleitung
Für die Berechnung der momentanen Massenemissionen nach den Nummern 11 und 12 ist die Bestimmung des Abgasmassendurchsatzes erforderlich. Der Abgasmassendurchsatz ist durch eines der direkten Messverfahren nach Anlage 2 Nummer 7.2 zu bestimmen. Alternativ dazu ist die Berechnung des Abgasmassendurchsatzes nach den Nummern 10.2 bis 10.4 zulässig.
- 10.2.
-
Berechnungsverfahren auf Grundlage des Luftmassendurchsatzes und des Kraftstoffmassendurchsatzes
Der momentane Abgasmassendurchsatz kann aus dem Luftmassendurchsatz und dem Kraftstoffmassendurchsatz folgendermaßen berechnet werden:- q mew,i
- der momentane Abgasmassendurchsatz [kg/s]
- q maw,i
- der momentane Massendurchsatz der Ansaugluft (kg/s)
- q mf,i
- der momentane Kraftstoffmassendurchsatz [kg/s]
- 10.3.
-
Berechnungsverfahren auf der Grundlage des Luftmassendurchsatzes und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
Der momentane Abgasmassendurchsatz kann aus dem Luftmassendurchsatz und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis folgendermaßen berechnet werden:- q maw,i
- der momentane Massendurchsatz der Ansaugluft (kg/s)
- A/F st
- das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis [kg/kg]
- λ i
- das momentane Luftüberschussverhältnis
- c CO2
- die CO2-Konzentration im trockenen Bezugszustand [%]
- c CO
- die CO-Konzentration im trockenen Bezugszustand [ppm]
- c HCw
- die HC-Konzentration im feuchten Bezugszustand [ppm]
- α
- das Molverhältnis für Wasserstoff (H/C)
- β
- das Molverhältnis für Kohlenstoff (C/C)
- γ
- das Molverhältnis für Schwefel (S/C)
- δ
- das Molverhältnis für Stickstoff (N/C)
- ε
- das Molverhältnis für Sauerstoff (O/C)
- 10.4.
-
Berechnungsverfahren auf der Grundlage des Kraftstoffmassendurchsatzes und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
Der momentane Abgasmassendurchsatz kann aus dem Kraftstoffdurchsatz und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (berechnet mit A/Fst und λi gemäß Nummer 10.3) wie folgt errechnet werden:
- 11.
- BERECHNUNG DER MOMENTANEN MASSENEMISSIONEN GASFÖRMIGER BESTANDTEILE
Die momentanen Massenemissionen [g/s] werden durch Multiplikation der momentanen Konzentration des jeweiligen Schadstoffs [ppm] mit dem momentanen Abgasmassendurchsatz [kg/s] – bei beiden Werten ist eine Berichtigung und ein Abgleich für die Wandlungszeit vorzunehmen – und dem jeweiligen u-Wert nach Tabelle 1 ermittelt. Wird im trockenen Bezugszustand gemessen, so sind die momentanen Konzentrationswerte der Bestandteile nach Absatz 8.1 in den feuchten Bezugszustand umzurechnen, ehe sie für weitere Berechnungen verwendet werden. Gegebenenfalls sind in sämtlichen nachfolgenden Datenbewertungen negative momentane Emissionswerte zu verwenden. Die Parameterwerte müssen in die Berechnung der vom Analysator, dem Durchsatzmessgerät, dem Sensor oder dem ECU gemeldeten momentanen Emissionen [g/s] einfließen. Hierzu ist folgende Formel anzuwenden: Dabei ist:- m gas,i
- die Masse des Abgasbestandteils „Gas” [g/s]
- u gas
- das Verhältnis zwischen der Dichte des Abgasbestandteils „Gas” und der Gesamtdichte des Abgases gemäß Tabelle 1
- c gas,i
- die gemessene Konzentration des Abgasbestandteils „Gas” im Abgas [ppm]
- q mew,i
- der gemessene Abgasmassendurchsatz [kg/s]
- gas
- der jeweilige Bestandteil
- i
- die Nummer der Messung
| Kraftstoff | ρ e [kg/m3] | Bestandteil oder Schadstoff i | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| NOx | CO | HC | CO2 | O2 | CH4 | ||
| ρ gas [kg/m3] | |||||||
| 2,053 | 1,250 | (1) | 1,9636 | 1,4277 | 0,716 | ||
| u gas (2),(6) | |||||||
| Diesel (B7) | 1,2943 | 0,001586 | 0,000966 | 0,000482 | 0,001517 | 0,001103 | 0,000553 |
| Ethanol (ED95) | 1,2768 | 0,001609 | 0,000980 | 0,000780 | 0,001539 | 0,001119 | 0,000561 |
| CNG(3) | 1,2661 | 0,001621 | 0,000987 | 0,000528 (4) | 0,001551 | 0,001128 | 0,000565 |
| Propan | 1,2805 | 0,001603 | 0,000976 | 0,000512 | 0,001533 | 0,001115 | 0,000559 |
| Butan | 1,2832 | 0,001600 | 0,000974 | 0,000505 | 0,001530 | 0,001113 | 0,000558 |
| LPG(5) | 1,2811 | 0,001602 | 0,000976 | 0,000510 | 0,001533 | 0,001115 | 0,000559 |
| Benzin (E10) | 1,2931 | 0,001587 | 0,000966 | 0,000499 | 0,001518 | 0,001104 | 0,000553 |
| Ethanol (E85) | 1,2797 | 0,001604 | 0,000977 | 0,000730 | 0,001534 | 0,001116 | 0,000559 |
- 12.
- BERECHNUNG DER MOMENTANEN PARTIKELZAHLEMISSIONEN
Die momentanen Massenemissionen [Partikel/s] werden durch Multiplikation der momentanen Konzentration des jeweiligen Schadstoffs [Partikel/cm3] mit dem momentanen Abgasmassendurchsatz [kg/s] ermittelt, wobei bei beiden Werten eine Berichtigung und ein Abgleich für die Wandlungszeit vorzunehmen ist. Gegebenenfalls sind in sämtlichen nachfolgenden Datenbewertungen negative momentane Emissionswerte zu verwenden. Alle signifikanten Stellen der Zwischenergebnisse sind bei der Berechnung der momentanen Emissionen zu berücksichtigen. Es ist folgende Gleichung anzuwenden:
- PN,i
- der Partikelfluss [Partikel/s]
- cPN,i
- die gemessene Partikelzahlkonzentration [#/m3] normalisiert bei 0 °C
- qmew,i
- der gemessene Abgasmassendurchsatz [kg/s]
- ρe
- die Dichte des Abgases [kg/m3] bei 0 °C (Tabelle 1)
- 13.
- DATENAUFZEICHNUNG UND -AUSTAUSCH
Der Datentauschtausch zwischen den Messsystemen und der Datenauswertungssoftware erfolgt über eine standardisierte Berichtsdatei gemäß Anlage 8 Nummer 2. Die Vorbearbeitung der Daten (z. B. Zeitkorrektur nach Nummer 3 oder Korrektur des GPS-Signals für die Fahrzeuggeschwindigkeit nach Nummer 7) muss mit der Steuerungssoftware des Messsystems erfolgen und vor Erzeugung der Datenberichtsdatei abgeschlossen sein. Wenn die Daten vor der Aufnahme in die Datenberichtsdatei berichtigt oder verarbeitet werden, müssen die originalen Rohdaten zwecks Qualitätssicherung und Kontrolle aufbewahrt werden. Das Runden von Zwischenwerten ist nicht zulässig.Fußnote(n):
- (1)
Kraftstoffabhängig
- (2)
bei λ= 2, trockener Luft, 273 K und 101,3 kPa
- (3)
Genauigkeit der u-Werte innerhalb von 0,2 % bei einer Massenverteilung von: C = 66 - 76 %; H = 22 - 25 %; N = 0 - 12 %
- (4)
NMHC auf der Grundlage von CH2,93 (für THC ist der ugas-Faktor für CH4 zu verwenden)
- (5)
Genauigkeit der u-Werte ± 0,2 % für folgende Massenverteilung: C3 = 70 - 90 %; C4 = 10 - 30 %
- (6)
ugas ist ein Parameter ohne Einheit; die ugas-Werte schließen Einheitsumrechnungen ein, um sicherzustellen, dass die momentanen Emissionen in der angegebenen physikalischen Einheit, etwa g/s, ermittelt werden.
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Tipp: Verwenden Sie die Pfeiltasten der Tastatur zur Navigation zwischen Normen.