Bestimmung der momentanen Emissionen

1.

EINFÜHRUNG

In dieser Anlage ist das Verfahren zur Bestimmung der momentanen Massen- und Partikelanzahlemissionen [g/s; #/s] beschrieben, das auf die Anwendung der Datenkonsistenzregeln nach Anlage 4 folgt. Die momentanen Massen- und Partikelzahlemissionen werden dann für die nachfolgende Bewertung einer RDE-Fahrt und die Berechnung des Zwischen- und des endgültigen Emissionsergebnisses gemäß der Anlage 11 herangezogen.

2.

SYMBOLE, PARAMETER UND EINHEITEN

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)
ρe	—	Abgasdichte
ρgas	—	Dichte des Abgasbestandteils „Gas”
λ	—	Luftüberschussfaktor
λi	—	momentaner Luftüberschussfaktor
A/Fst	—	stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis [kg/kg]
cCH4	—	Methankonzentration
cCO	—	CO-Konzentration im trockenen Bezugszustand [%]
cCO2	—	CO2-Konzentration im trockenen Bezugszustand [%]
cdry	—	Konzentration eines Schadstoffs im trockenen Bezugszustand in ppm oder Volumenprozent
cgas,i	—	momentane Konzentration des Abgasbestandteils „Gas” [ppm]
cHCw	—	HC-Konzentration im feuchten Bezugszustand [ppm]
cHC(w/NMC)	—	HC-Konzentration bei Durchfluss von CH4 oder C2H6 durch den NMC [ppm C1]
cHC(w/oNMC)	—	HC-Konzentration bei Vorbeileitung des CH4 oder C2H6 am NMC vorbei [ppm C1]
ci,c	—	zeitkorrigierte Konzentration des Bestandteils i [ppm]
ci,r	—	Konzentration des Bestandteils i [ppm] im Abgas
cNMHC	—	Konzentration der Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe
cwet	—	Konzentration eines Schadstoffs im feuchten Bezugszustand in ppm oder Volumenprozent
EE	—	Ethan-Umwandlungseffizienz
EM	—	Methan-Umwandlungseffizienz
Ha	—	Feuchtigkeit der Ansaugluft [g Wasser je kg trockener Luft]
i	—	ist die Nummer der Messung
mgas,i	—	Masse des Abgasbestandteils „Gas” [g/s]
qmaw,i	—	momentaner Massendurchsatz der Ansaugluft [kg/s]
qm,c	—	zeitkorrigierter Abgasmassendurchsatz [kg/s]
qmew,i	—	momentaner Abgasmassendurchsatz [kg/s]
qmf,i	—	momentaner Kraftstoffmassendurchsatz [kg/s]
qm,r	—	Rohabgasmassendurchsatz [kg/s]
r	—	Kreuzkorrelationskoeffizient
r2	—	Bestimmungskoeffizient
rh	—	Kohlenwasserstoff-Ansprechfaktor
ugas	—	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 Zeitkorrektur sind Daten, die dem Zeitabgleich unterliegen, entweder in einem einzigen Aufzeichnungsgerät oder mit einem synchronisierten Zeitstempel gemäß Anlage 4 Absatz 5.1 aufzuzeichnen. Die Zeitkorrektur und der Zeitabgleich für Parameter sind in der in den Absätzen 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 5 Absatz 4.4 zu bestimmen:ci,ct Δtt,i ci,rt Dabei gilt:

ci,c		ist die zeitkorrigierte Konzentration des Bestandteils i als Funktion der Zeit t
ci,r		ist die Rohkonzentration des Bestandteils i als Funktion der Zeit t
Δtt,i		ist 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 5 Absatz 4.4 zu bestimmen:qm,ct Δtt,m qm,rt Dabei gilt:

qm,c		ist der zeitkorrigierte Abgasmassendurchsatz als Funktion der Zeit t
qm,r		ist der Rohabgasmassendurchsatz als Funktion der Zeit t
Δtt,m		ist die Wandlungszeit t des Abgasmassendurchsatzmessers

Wird der Abgasmassendurchsatz mithilfe von ECU-Daten oder mit einem Sensor bestimmt, ist eine zusätzliche Wandlungszeit zu berücksichtigen, welche durch Kreuzkorrelation des berechneten Abgasmassendurchsatzes mit dem gemessenen Abgasmassendurchsatz gemäß Anlage 6 Absatz 4 bestimmt wird.

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.

Fahrzeuggeschwindigkeit 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 GNSS, 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.

EMISSIONSMESSUNGEN BEI STEHENDEM VERBRENNUNGSMOTOR

Momentane Emissions- oder Abgasdurchsatzwerte, die bei deaktiviertem Verbrennungsmotor gemessen wurden, sind in der Datenaustauschdatei aufzuzeichnen.

5.

KORREKTUR DER MESSWERTE

5.1.

Driftkorrektur

CcorCref,z Cref,s Cref,z2Cgas Cpre,z Cpost,zCpre,s Cpost,s Cpre,z Cpost,z

cref,z		ist der Bezugswert der Konzentration des Nullgases (normalerweise gleich null) [ppm]
cref,s		ist der Bezugswert der Konzentration des Justiergases [ppm]
cpre,z		ist die Analysator-Konzentration des Nullgases vor der Prüfung [ppm]
cpre,s		ist die Analysator-Konzentration des Justiergases vor der Prüfung [ppm]
cpost,z		ist die Analysator-Konzentration des Nullgases nach der Prüfung [ppm]
cpost,s		ist die Analysator-Konzentration des Justiergases nach der Prüfung [ppm]
cgas		ist die Konzentration des Probenahmegases [ppm]

5.2.

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:cwetkw cdry Dabei gilt:

cwet		ist die Konzentration eines Schadstoffs im feuchten Bezugszustand in ppm oder Volumenprozent
cdry		ist die Konzentration eines Schadstoffs im trockenen Bezugszustand in ppm oder Volumenprozent
kw		ist der Faktor der Umrechnung vom trockenen in den feuchten Bezugszustand

Die Berechnung von k_w erfolgt nach folgender Formel:kw11 α 0,005 cco2 cco kw1 1,008 Dabei gilt:kw11,608 Ha1 000 1,608 Ha Dabei gilt:

Ha		ist die Feuchtigkeit der Ansaugluft [g Wasser je kg trockener Luft]
cCO2		ist die CO2-Konzentration im trockenen Bezugszustand [ %]
cCO		ist die CO-Konzentration im trockenen Bezugszustand [%]
α		ist das Molverhältnis des Kraftstoffs für Wasserstoff (H/C)

5.3.

Korrektur der NO_x-Emissionen um Umgebungsfeuchte und -temperatur

Bei den NO_x-Emissionen ist keine Korrektur um Umgebungstemperatur und Feuchtigkeit vorzunehmen.

5.4.

Korrektur negativer Emissionsergebnisse

Negative momentane Ergebnisse dürfen nicht korrigiert werden.

6.

BESTIMMUNG DER MOMENTANEN GASFÖRMIGEN ABGASBESTANDTEILE

6.1.

Einführung

Die Bestandteile im Rohabgas sind mit den in Anlage 5 beschriebenen Mess- und Probenahmeanalysatoren zu messen. Die Rohkonzentrationen der maßgeblichen Bestandteile sind gemäß Anlage 4 zu messen. Die Daten sind einer Zeitkorrektur zu unterziehen und gemäß Absatz 3 abzugleichen.

6.2.

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 Flammenionisationsdetektors (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.

Es wird nachdrücklich empfohlen, den Methan-FID mit Kalibriergas aus Methan und Luft zu kalibrieren, das durch den NMC geleitet wird. Bei Verfahren a sind die Konzentrationen von CH₄ und NMHC folgendermaßen zu berechnen:CCH4CHCwo NMC 1 EM CHCwNMCEE EMCNMHCCHCwNMC CHCwo NMC 1 EErh EE EM Bei Verfahren b sind die Konzentrationen von CH₄ und NMHC folgendermaßen zu berechnen:CCH4CHCwNMC rh 1 EM CHCwo NMC 1 EErh EE EMCNMHCCHCwo NMC 1 EM CHCwNMC rh 1 EMEE EM Dabei gilt:

cHC(w/oNMC)		ist die HC-Konzentration bei Vorbeileitung des CH4 oder C2H6 am NMC vorbei [ppm C1]
cHC(w/NMC)		ist die HC-Konzentration bei Durchfluss von CH4 oder C2H6 durch den NMC [ppm C1]
rh		der gemäß Anlage 5 Absatz 4.3.3 Buchstabe b bestimmte Kohlenwasserstoff- Ansprechfaktor
EM		ist die Methan-Umwandlungseffizienz gemäß Anlage 5 Nummer 4.3.4 Buchstabe a
EE		ist die Ethan-Umwandlungseffizienz gemäß Anlage 5 Absatz 4.3.4 Buchstabe b

Wird der Methan-FID durch den Cutter kalibriert (Verfahren b), beträgt die gemäß Anlage 5 Absatz 4.3.4 Buchstabe a bestimmte Umwandlungseffizienz bei Methan null. Die Dichte, die für die Berechnung der NMHC-Masse herangezogen wird, muss gleich der Dichte der Gesamtkohlenwasserstoffe bei 273,15 K und bei 101,325 kPa sein und hängt vom Kraftstoff ab.

7.

BESTIMMUNG DES ABGASMASSENDURCHSATZES

7.1.

Einführung

Für die Berechnung der momentanen Massenemissionen gemäß den Absätzen 8 und 9 ist die Bestimmung des Abgasmassendurchsatzes erforderlich. Der Abgasmassendurchsatz ist durch eines der direkten Messverfahren nach Anlage 5 Absatz 7.2 zu bestimmen. Alternativ dazu ist die Berechnung des Abgasmassendurchsatzes gemäß den Absätzen 7.2 bis 7.4 des vorliegenden Anhangs zulässig.

7.2.

Berechnungsverfahren auf Grundlage des Luftmassendurchsatzes und des Kraftstoffmassendurchsatzes

Der momentane Abgasmassendurchsatz kann aus dem Luftmassendurchsatz und dem Kraftstoffmassendurchsatz folgendermaßen berechnet werden:qmew,iqmaw,i qmf,i Dabei gilt:

qmew,i		ist der momentane Abgasmassendurchsatz [kg/s]
qmaw,i		ist der momentane Massendurchsatz der Ansaugluft [kg/s]
qmf,i		ist der momentane Kraftstoffmassendurchsatz [kg/s]

Werden der Luftmassendurchsatz und der Kraftstoffmassendurchsatz oder der Abgasmassendurchsatz mithilfe von Aufzeichnungen des ECU ermittelt, muss der berechnete momentane Abgasmassendurchsatz die in Anlage 5 Absatz 3 für den Abgasmassendurchsatz festgelegten Linearitätsanforderungen sowie die Validierungsanforderungen nach Anlage 6 Absatz 4.3 erfüllen.

7.3.

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:qmew,iqmaw,i 11AFst li Dabei gilt:A/Fst138,0 1α4ε2 γ12,011 1,008 α 15,999 ε 14,0067 γli100CCO 10–42 CHCw 10–4 α412 CCO 10–43,5 CCO21CCO 10–43,5 CCO2ε4γ4 CCO2 CCO 10–44,764 1α4ε2 γ CCO2 CCO 10–4 CHCw 10–4 Dabei gilt:

qmaw,i		ist der momentane Massendurchsatz der Ansaugluft [kg/s]
A/Fst		ist das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis [kg/kg]
λi		ist das momentane Luftüberschussverhältnis
cCO2		ist die CO2-Konzentration im trockenen Bezugszustand [ %]
cCO		ist die CO-Konzentration im trockenen Bezugszustand [ppm]
cHCw		ist die HC-Konzentration im feuchten Bezugszustand [ppm]
α		ist das Molverhältnis für Wasserstoff (H/C)
β		ist das Molverhältnis für Kohlenstoff (C/C)
γ		ist das Molverhältnis für Schwefel (S/C)
δ		ist das Molverhältnis für Stickstoff (N/C)
ε		ist das Molverhältnis für Sauerstoff (O/C)

Die Koeffizienten beziehen sich bei Kraftstoffen auf Kohlenstoffbasis auf einen Kraftstoff C_β H_α O_ε N_δ S_γ mit β = 1. Die Konzentration der HC-Emissionen ist in der Regel gering und kann bei der Berechnung von λ_i weggelassen werden. Werden der Luftmassendurchsatz und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mithilfe von Aufzeichnungen des ECU ermittelt, muss der berechnete momentane Abgasmassendurchsatz die in Anlage 5 Absatz 3 für den Abgasmassendurchsatz festgelegten Linearitätsanforderungen sowie die Validierungsanforderungen nach Anlage 6 Absatz 4.3 erfüllen.

7.4.

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/F_st und λ_i gemäß Absatz 7.3) wie folgt errechnet werden:qmew,iqmaw,i 11AFst liqmew,iqmf,i 1 AFst li Der berechnete momentane Abgasmassendurchsatz muss die in Anlage 5 Absatz 3 für den Abgasmassendurchsatz festgelegten Linearitätsanforderungen sowie die Validierungsanforderungen nach Anlage 6 Absatz 4.3 erfüllen.

8.

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 Korrektur und ein Abgleich für die Wandlungszeit vorzunehmen – und dem jeweiligen u-Wert nach Tabelle A7/1 bestimmt. Wird im trockenen Bezugszustand gemessen, so sind die momentanen Konzentrationswerte der Bestandteile nach Absatz 5.1 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:mgas,iugas Cgas,i qmew,i Dabei gilt:

mgas,i		ist die Masse des Abgasbestandteils „Gas” [g/s]
ugas		ist das Verhältnis zwischen der Dichte des Abgasbestandteils „Gas” und der Gesamtdichte des Abgases gemäß Tabelle A7/1
cgas,i		ist die gemessene Konzentration des Abgasbestandteils „Gas” im Abgas [ppm]
qmew,i		ist der gemessene Abgasmassendurchsatz [kg/s]
gas		ist der jeweilige Bestandteil
i		ist die Nummer der Messung

Tabelle A7/1

u-Werte des Rohabgases als Darstellung des Verhältnisses zwischen der Dichte des Abgasbestandteils oder Schadstoffs i [kg/m³] und der Dichte des Abgases [kg/m³]

Kraftstoff	re [kg/m3]	Bestandteil oder Schadstoff i
		NOx	CO	HC	CO2	O2	CH4
		rgas [kg/m3]
		2,052	1,249	(3)	1,9630	1,4276	0,715
		ugas(4),(6))
Dieselkraftstoff (B0)	1,2893	0,001593	0,000969	0,000480	0,001523	0,001108	0,000555
Dieselkraftstoff (B5)	1,2893	0,001593	0,000969	0,000480	0,001523	0,001108	0,000555
Dieselkraftstoff (B7)	1,2894	0,001593	0,000969	0,000480	0,001523	0,001108	0,000555
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(6)	1,2811	0,001602	0,000976	0,000510	0,001533	0,001115	0,000559
Benzin (E0)	1,2910	0,001591	0,000968	0,000480	0,001521	0,001106	0,000554
Benzin (E5)	1,2897	0,001592	0,000969	0,000480	0,001523	0,001108	0,000555
Benzin (E10)	1,2883	0,001594	0,000970	0,000481	0,001524	0,001109	0,000555
Ethanol (E85)	1,2797	0,001604	0,000977	0,000730	0,001534	0,001116	0,000559

9.

BERECHNUNG DER MOMENTANEN PARTIKELZAHLEMISSIONEN

Die momentanen Partikelzahlemissionen [Partikel/s] werden durch Multiplikation der momentanen Konzentration des jeweiligen Schadstoffs [Partikel/cm³] mit dem momentanen Abgasmassendurchsatz [kg/s] – bei beiden Werten ist eine Korrektur und ein Abgleich für die Wandlungszeit vorzunehmen – und durch Division durch die Dichte [kg/m³] nach Tabelle A7/1 bestimmt. Gegebenenfalls sind in sämtlichen nachfolgenden Datenbewertungen negative momentane Emissionswerte zu verwenden. Alle signifikanten Stellen der Vorergebnisse sind bei der Berechnung der momentanen Emissionen zu berücksichtigen. Es ist folgende Gleichung anzuwenden: PNiCPN,iqmew,iρe Dabei gilt:

PNi		ist der Partikelfluss [Partikel/s]
cPN,i		ist die gemessene Partikelzahlkonzentration [#/m3] normalisiert bei 0 °C
qmew,i		ist der gemessene Abgasmassendurchsatz [kg/s]
ρe		ist die Dichte des Abgases [kg/m3] bei 0 °C (Tabelle A7/1)

10.

DATENAUSTAUSCH

Datenaustausch: Der Datentauschtausch zwischen den Messsystemen und der Datenauswertungssoftware erfolgt über eine von der Kommission zur Verfügung gestellte standardisierte Datenaustauschdatei⁶. Die Vorbearbeitung der Daten (z. B. Zeitkorrektur nach Absatz 3, Korrektur der Fahrzeuggeschwindigkeit nach Anlage 4 Absatz 4.7 oder Korrektur des GNSS-Signals für die Fahrzeuggeschwindigkeit nach Anlage 4 Absatz 6.5) muss mit der Steuerungssoftware des Messsystems erfolgen und vor Erzeugung der Datenaustauschdatei abgeschlossen sein.