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Tabelle A Werte der ersten und zweiten Iteration

7. Schritt Endgültiger Bessel-Algorithmus:

Sobald die Iterationskriterien erfüllt sind, werden gemäß Schritt 2 die endgültigen Bessel-Filter-Konstanten und der endgültige Bessel-Algorithmus berechnet. Bei diesem Beispiel wurde das Iterationskriterium nach der zweiten Iteration erfüllt (Δ = 0,006657 < 0,01). Der endgültige Algorithmus wird anschließend zur Bestimmung der gemittelten Rauchwerte verwendet (siehe Abschnitt 2.3).

Y_i = Y_{i 1} + 8,272777 × 10^-5× (S_i + 2 × S_{i 1} + S_{i 2}- 4 × Y_{i 2}) + 0,968410 × (Y_{i 1}-Y_{i 2})

Tabelle B Werte des Sprungeingangssignals und des Bessel-gefilterten Ausgangssignals beim ersten und
zweiten Iterationszyklus

2.3. Berechnung der Rauchwerte

Im nachstehenden Schaubild wird das allgemeine Verfahren zur Bestimmung des endgültigen Rauchwertes dargestellt.

In Abbildung b sind die Kurven des gemessenen unverarbeiteten Trübungssignals sowie des ungefilterten und gefilterten Lichtabsorptionskoeffizienten (k-Wert) der ersten Belastungsstufe in der ELR-Prüfung dargestellt, und der Höchstwert Ymax1,a (Spitze) der Kurve des gefilterten k ist angezeigt. Tabelle C enthält die dazugehörigen Zahlenwerte für den Index i, die Zeit (Abtastfrequenz 150 Hz), die unverarbeitete Trübung, den ungefilterten k-Wert und den gefilterten k-Wert. Die Filterung erfolgte unter Verwendung der Konstanten des in Abschnitt 2.2 dieses Anhangs entworfenen Bessel-Algorithmus. Aufgrund des umfangreichen Datenmaterials wurde die Rauchkurve in der Tabelle nur gegen Anfang und um den Spitzenwert herum erfasst.

Abbildung b
Kurven der gemessenen Trübung N, des ungefilterten k-Rauchwerts und des
gefilterten k-Rauchwerts

Der Spitzenwert (i = 272) wird unter Zugrundelegung der folgenden Daten aus Tabelle C berechnet. Alle anderen einzelnen Rauchwerte werden auf dieselbe Weise berechnet. Zu Beginn des Algorithmus werden S_-1, S_-2, Y_-1und Y_-2auf Null gesetzt.

Berechnung des k-Wertes (Anhang III Anlage 1 Abschnitt 6.3.1):

k = (1 / 0,430) × ln (1 - (16,783 / 100) ) = 0,427252 m^-1

Dieser Wert entspricht S₂₇₂ in der folgenden Gleichung.

Berechnung des Bessel-gemittelten Rauchwertes (Anhang III Anlage 1 Abschnitt 6.3.2):

In den folgenden Gleichungen werden die Bessel-Konstanten aus Nummer 2.2 verwendet. Der oben berechnete tatsächliche ungefilterte k-Wert entspricht S₂₇₂ (S_i). S₂₇₁ (S_i-1) und S₂₇₀ (S_{1- 2}) sind die beiden vorhergehenden ungefilterten k-Werte, Y₂₇₁(Y_i-1) und Y₂₇₀(Y_i-2) die beiden vorhergehenden gefilterten k-Werte.

Y₂₇₂= 0,542383 + 8,272777 × 10^-5× (0,427252 + 2 × 0,427392 + 0,427532 - 4 × 0,542337) + 0,968410 × (0,542383 - 0,542337) = 0,542389 m^-1

Dieser Wert entspricht Ymax1,a in der folgenden Gleichung.

Berechnung des endgültigen Rauchwertes (Anhang III Anlage 1 Abschnitt 6.3.3):

Der höchste gefilterte k-Wert jeder Kurve wird für die weiteren Berechnungen verwendet. Es seien:

RW_A = (0,5424 + 0,5435 + 0,5587) / 3 = 0,5482 m^-1

RW_B = (0,5596 + 0,5400 + 0,5389) / 3 = 0,5462 m^-1

RW_C = (0,4912 + 0,5207 + 0,5177) / 3 = 0,5099 m^-1

RW = (0,43 × 0,5482) + (0,56 × 0,5462) + (0,01 × 0,5099) = 0,5467 m^-1

Zyklusvalidierung (Anhang III Anlage 1 Nummer 3.4)

Vor der Berechnung des RW muss der Zyklus validiert werden; dazu werden die relativen Standardabweichungen des Rauchwertes der drei Zyklen für jede Drehzahl berechnet.

Bei diesem Beispiel wird das Validierungskriterium von 15 % für jede Drehzahl erfüllt.

Tabelle C Trübungswert N, gefilterter und ungefilterter k-Wert zu Beginn des Belastungsschrittes

Trübungswert N, ungefilterter und gefilterter k-Wert um Ymax1,a (= Spitzenwert, durch Fettschrifthervorgehoben)

3. ETC-PRÜFUNG

3.1. Gasförmige Emissionen (Dieselmotor)

Mit einem PDP-CVS-System seien folgende Prüfergebnisse erzielt worden:

Berechnung des Durchsatzes des verdünnten Abgases (Anhang III Anlage 2 Abschnitt 4.1):

M_TOTW= 1,293 × 0,1776 × 23 073 × (98,0-2,3) × 273 / (101,3 × 322,5) = 4 237,2 kg

Berechnung des NO_x -Korrekturfaktors (Anhang III Anlage 2 Abschnitt 4.2):

K_H,D= 1 / 1 - 0,0182 × (12,8 - 10,71) = 1,039

Berechnung der hintergrundkorrigierten Konzentrationen (Anhang III Anlage 2 Abschnitt 4.3.1.1):

Es sei ein Dieselkraftstoff mit der Zusammensetzung C₁H1,8 zugrunde gelegt:

Berechnung des Emissionsmassendurchsatzes (Anhang III Anlage 2 Abschnitt 4.3.1):

NO_xmass= 0,001587 × 53,3 × 1,039 × 4 237,2 = 372,391 g

CO_mass= 0,000966 × 37,9 × 4 237,2 = 155,129 g

HC_mass= 0,000479 × 6,14 × 4 237,2 = 12,462 g

Berechnung der spezifischen Emissionen (Anhang III Anlage 2 Abschnitt 4.4):

NOx_x = 372,391 / 62,72 = 5,94 g/kWh

CO` = 155,129 / 62,72 = 2,47g/kWh

HC` = 12,462 / 62,72 = 0,199 g/kWh

3.2. Partikelemissionen (Dieselmotor)

Mit einem PDP-CVS-System mit Doppelverdünnung seien folgende Prüfergebnisse erzielt worden:

Berechnung der Masseemission (Anhang III Anlage 2 Abschnitt 5.1):

M_f= 3,030 + 0,044 = 3,074 mg

M_SAM= 2,159 - 0,909 = 1,250 kg

PT_mass= 3,074 / 1,250 × 4 237,2 / 1000= 10,42

Berechnung der hintergrundkorrigierten Masseemission (Anhang III Anlage 2 Abschnitt 5.1):

Berechnung der spezifischen Emission (Anhang III Anlage 2 Abschnitt 5.2):

PTx = 10,42 / 62,72 = 0,166 g/kWh

PTx = 9,32 / 62,72 = 0,149 g/kWh,

bei Hintergrundkorrektur

3.3. Gasförmige Emissionen (CNG-Motor)

Mit einem PDP-CVS-System mit Doppelverdünnung seien folgende Prüfergebnisse erzielt worden:

Berechnung des NO_x -Korrekturfaktors (Anhang III Anlage 2 Abschnitt 4.2);

K_H,G= 1 / 1 - 0,0329 × (12,8 - 10,71) = 1,074

Berechnung der NMHC-Konzentration (Anhang III Anlage 2 Abschnitt 4.3.1);

a) GC-Verfahren

NMHC_conce= 27,0 - 18,0 = 9,0 ppm

b) NMC-Verfahren

Der Methan-Wirkungsgrad sei 0,04 und der Ethan-Wirkungsgrad 0,98 (siehe Anhang III Anlage 5 Abschnitt 1.8.4)

NMHC_conce = 27,0 × (1 - 0,04) - 18,0 / 0,98 - 0,04 = 8,4 ppm

Berechnung der hintergrundkorrigierten Konzentrationen (Anhang III Anlage 2 Abschnitt 4.3.1.1):

Der Bezugskraftstoff sei G20 (100 % Methan) mit der Zusammensetzung C₁H₄:

Bei den NMHC ist die Hintergrundkonzentration die Differenz zwischen HC_concd und CH_4concd:

NO_xconc = 17,2 - 0,4 × (1 - (1 / 13,01)) = 16,8 ppm

CO_conc = 44,3 - 1,0 × (1 - (1 / 13,01)) = 43,4 ppm

NMHC_conc = 8,4 - 1,32 × (1 - (1 / 13,01)) = 7,2 ppm

CH_4conc = 18,0 - 1,7 × (1 - (1 / 13,01)) = 16,4 ppm

Berechnung des Emissionsmassendurchsatzes (Anhang III Anlage 2 Abschnitt 4.3.1):

NO_xmass= 0,001587 × 16,8 × 1,074 × 4 237,2 = 121,330 g

CO_mass = 0,000966 × 43,4 × 4 237,2 = 177,642 g

NMHC_mass = 0,000502 × 7,2 × 4 237,2 = 15,315 g

CH_4mass = 0,000554 × 16,4 × 4 237,2 = 38,498 g

Berechnung der spezifischen Emissionen (Anhang III Anlage 2 Abschnitt 4.4)

NOx_x = 121,330 / 62,72 = 1,93 g/kWh

COx = 177,642 / 62,72 = 2,83 g/kWh

NMHCx = 15,315 / 62,72 = 0,244 g/kWh

CHx₄ = 38,498 / 62,72 = 0,614 g/kWh

4._λ-Verschiebungsfaktor (S_λ)

4.1. Berechnung des_λVerschiebungsfaktors (S_λ) ¹

S_λ= 2 / ( 1 - inert% / 100) (n + m/4) - O₂^*/100

mit:

S_λ= 1-Verschiebungsfaktor

inert % = Vol.-% der Inertgase im Kraftstoff (d. h. N2, CO₂, He usw.)

O₂^* = Vol.-% des ursprünglichen Sauerstoffs im Kraftstoff

n und m = beziehen sich auf durchschnittliche CnHm-Werte, die den Kohlenwasserstoffgehalt des Kraftstoffs repräsentieren, dh.

mit:

CH₄ = Vol.- % Methan im Kraftstoff

C₂ = Vol.- % aller C2-Kohlenwasserstoffe (z.B.: C₂H₆, C₂H₄ usw.) im Kraftstoff

C₃ = Vol.- % aller C3-Kohlenwasserstoffe (z.B.: C₃H₈, C₃H₆ usw.) im Kraftstoff

C₄ = Vol.- % aller C3-Kohlenwasserstoffe (z.B.: C₃H₈, C₃H₆ usw.) im Kraftstoff

C₅ = Vol.- % aller C4-Kohlenwasserstoffe (z.B.: C₄H₁₀, C₄H₈ usw.) im Kraftstoff

diluent = Vol.-% der Verdünnungsgase im Kraftstoff (d. h. O₂^*, N₂, CO₂, He usw.)

4.2. Beispiele für die Berechnung des λ -Verschiebungsfaktors Sλ

Beispiel 1: G₂₅: CH₄ = 86 %, N₂ = 14 % (Vol.%)

Beispiel 2: GR: CH₄ = 87 %, C₂H₆ = 13 % (Vol.%)

Beispiel 3: USA: CH₄ = 89 %, C₂H₆ = 4,5 %, C₃H₈ = 2,3 %, C₆H₁₄ = 0,2 %, O₂ = 0,6 %, N₂ = 4 %

1) Stoichiometric Air/Fuel ratios of automotive fuels - SAE J1829, Juni 1987. John B. Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill, 1988, Kapitel 3.4 "Combustion stoichiometry" (S. 68-72).

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Bei mit Ethanol betriebenen Dieselmotoren gelten für die in Anhang III dieser Richtlinie festgelegten Prüfverfahren die folgenden Änderungen der entsprechenden Textteile, Gleichungen und Faktoren.

Anhang III Anlage 1:

4.2. Umrechnung vom trockenen in den feuchten Bezugszustand

FF_H= 1,877 / ( 1 + 2,577 x G_FUEL/ G_AIRW

4.3. Korrektur der NO_x -Konzentration unter Berücksichtigung von Temperatur und Feuchtigkeit

K_H,D= 1/ 1 + a × (H_a- 10,71) + B × (T_a- 298)

Hierbei gilt:

a = 0,181 G_FUEL/G_AIRD - 0,0266.

B = - 0,123 G_FUEL/G_AIRD + 0,00954.

T_a= Lufttemperatur, K.

H_a = Feuchtigkeit der Ansaugluft, g Wasser je kg trockener Luft.

4.4. Berechnung der Emissionsmassendurchsätze

Ausgehend von einer Abgasdichte von 1,272 kg/m³ bei 273 K (0 °C) und 101,3 kPa sind die Massendurchsätze der Emissionen (g/h) für jede Prüfphase wie folgt zu berechnen:

(1) NO_xmass = 0,001613 × NO_xconc × K_H,D× G_{EXH W}

(2) CO_{x mass} = 0,000982 × CO_conc × G_{EXH W}

(3) HC_mass = 0,000809 × HC_conc × K_H,D × G_{EXH W}

wobei

NO_xconc, CO_conc, HC_conc ¹ die mittleren Konzentrationen (ppm) im Rohabgas gemäß Nummer 4.1 bedeuten.

Da die gasförmigen Emissionen wahlweise mit einem Vollstromverdünnungssystem berechnet werden können, sind die folgenden Formeln anzuwenden:

(1) NO_xmass = 0,001587 × NO_xconc × K_H,D × G_TOTW

(2) CO_{x mass} = 0,000966 × CO_conc × G_TOTW

(3) HC_mass = 0,000795 × HC_conc × G_TOTW

wobei

NO_xconc, CO_conc, HC_conc ¹ die mittleren hintergrundkorrigierten Konzentrationen (ppm) jeder Phase im verdünnten Abgas gemäß Anhang III Anlage 2 Nummer 4.3.1.1, bedeuten.

Anhang III ANLAGE 2:

Die Nummern 3.1, 3.4, 3.8.3 und 5 der Anlage 2 gelten nicht nur für Dieselmotoren, sondern auch für mit Ethanol betriebene Dieselmotoren.

4.2. Die Prüfbedingungen sollten so beschaffen sein, dass die Temperatur und die Feuchtigkeit der am Motor gemessenen Ansaugluft den Standardbedingungen während des Probelaufs entsprechen. Der Standard sollte 6 ± 0,5 g Wasser je kg Trockenluft bei einer Temperatur von 298 ± 3 K betragen. Innerhalb dieser Grenzwerte dürfen keine weiteren NO_x -Korrekturen vorgenommen werden. Werden diese Bedingungen nicht eingehalten, ist die Prüfung ungültig.

4.3. Berechnung des Emissionsmassendurchsatzes

4.3.1 Systeme mit konstantem Massendurchsatz

Bei Systemen mit Wärmetauscher ist die Schadstoffmasse (g/Prüfung) anhand der folgenden Gleichungen zu berechnen:

(1) NO_xmass= 0,001587 × NO_xconc × K_H,D × M_{TOT W} (mit Ethanol betriebene Dieselmotoren)

(2) CO_xmass= 0,000966 × CO_conc × M_{TOT W} (mit Ethanol betriebene Dieselmotoren)

(3) HC _mass= 0,000794 × HC_conc × M_{TOT W} (mit Ethanol betriebene Dieselmotoren)

Hierbei bedeutet:

NO_xconc, CO_conc, HC_conc ¹, NMHC_conc = mittlere hintergrundkorrigierte Konzentrationen über den gesamten Zyklus aus Integration (für NO_x und HC) oder Beutelmessung, ppm;

MTOTW = Gesamtmasse des verdünnten Abgases über den gesamten Zyklus gemäß Nummer 4.1, kg.

4.3.1.1. Bestimmung der hintergrundkorrigierten Konzentration

Um die Nettokonzentration der Schadstoffe zu bestimmen, sind die mittleren Hintergrundkonzentrationen der gasförmigen Schadstoffe in der Verdünnungsluft von den gemessenen Konzentrationen abzuziehen. Die mittleren Werte der Hintergrundkonzentrationen können mit Hilfe der Beutel-Methode oder durch laufende Messungen mit Integration bestimmt werden. Die nachstehende Formel ist zu verwenden.

conc = conc_e- conc_d× ( 1 - 1 / DF)

Hierbei bedeutet:

conc = Konzentration des jeweiligen Schadstoffs im verdünnten Abgas, korrigiert um die Menge des in der Verdünnungsluft enthaltenen jeweiligen Schadstoffs, ppm;

conc_e= Konzentration des jeweiligen Schadstoffs, gemessen im verdünnten Abgas, ppm;

conc_d = Konzentration des jeweiligen Schadstoffs, gemessen in der Verdünnungsluft, ppm;

DF = Verdünnungsfaktor.

Der Verdünnungsfaktor errechnet sich wie folgt:

DF = F_S/ CO_2conce+ (HC_conce+ CO_conce) × 10^-4

Hierbei bedeutet:

CO_2conce = CO₂-Konzentration im verdünnten Abgas, Vol.-%;

HC_conce = HC-Konzentration im verdünnten Abgas, ppm C1;

CO_conce = CO-Konzentration im verdünnten Abgas, ppm;

FS = stöchiometrischer Faktor.

Auf trockener Basis gemessene Konzentrationen sind gemäß Anhang III Anlage 1 Nummer 4.2 in einen feuchten Bezugszustand umzurechnen.

Der stöchiometrische Faktor errechnet sich für die allgemeine Kraftstoffzusammensetzung CH_αO_βNγ, wie folgt:

Ist die Kraftstoffzusammensetzung unbekannt, können alternativ folgende stöchiometrische Faktoren verwendet werden:

F_S(Ethanol) = 12,3.

4.3.2. Systeme mit Durchflussmengenkompensation

Bei Systemen ohne Wärmeaustauscher ist die Masse der Schadstoffe (g/Prüfung) durch Berechnen der momentanen Masseemissionen und Integrieren der momentanen Werte über den gesamten Zyklus zu bestimmen. Darüber hinaus ist die Hintergrundkorrektur direkt auf den momentanen Konzentrationswert anzuwenden. Hierzu dienen die folgenden Formeln:

Hier bedeutet

conc_e= Konzentration des jeweiligen Schadstoffs, gemessen im verdünnten Abgas, ppm;

conc_d = Konzentration des jeweiligen Schadstoffs, gemessen in der Verdünnungsluft, ppm;

M_TOTW,i= momentane Masse des verdünnten Abgases (siehe Nummer 4.1), kg;

M_TOTW= Gesamtmasse des verdünnten Abgases über den gesamten Zyklus (siehe Nummer 4.1), kg;

DF = Verdünnungsfaktor gemäß Nummer 4.3.1.1.

4.4. Berechnung der spezifischen Emissionen

Die Emissionen (g/kWh) sind für die einzelnen Bestandteile folgendermaßen zu berechnen:

NOx_x = NO_{x mass}/ W_act

COx = CO_mass/ W_act

HCx = HC_mass/ W_act

Hier bedeutet:

W_act = tatsächliche Zyklusarbeit gemäß Nummer 3.9.2, kWh.

1) Bezogen auf das C1-Äquivalent.

.

Teil A
Aufgehobene Richtlinien

Teil B
Fristen für die Umsetzung in nationales Recht

.

ENDE