ANHANG 4B

Prüfverfahren für Selbstzündungsmotoren und mit Erdgas (NG) oder Flüssiggas (LPG) betriebene Fremdzündungsmotoren unter Berücksichtigung des weltweit harmonisierten Prüfverfahrens für schwere Nutzfahrzeuge (WHDC, Globale Technische Regelung Nr. 4)

1. ANWENDBARKEIT

Dieser Anhang ist vorerst nicht auf Typgenehmigungen gemäß dieser Regelung anwendbar; er wird in Zukunft darauf anwendbar gemacht werden.

2. Frei gelassen (1).

3. DEFINITIONEN, SYMBOLE UND ABKÜRZUNGEN

3.1. Begriffsbestimmungen

Im Sinne dieser Regelung gilt:

3.1.1. ‚Laufende Regenerierung‘ bedeutet die Regenerierung eines Abgasnachbehandlungssystems, die kontinuierlich oder mindestens einmal je WHTC-Warmstartprüfung stattfindet. Für einen solchen Regenerierungsprozess ist kein besonderes Prüfverfahren erforderlich.

3.1.2. ‚Ansprechverzögerung‘ bedeutet den Zeitunterschied zwischen der Änderung der am Bezugspunkt zu messenden Komponente und der Systemantwort von 10 Prozent der Endablesung (t10 ), wobei die Probenahmesonde als Bezugspunkt gilt. Bei gasförmigen Bestandteilen ist dies im Wesentlichen die Verlagerungszeit der gemessenen Komponente von der Probenahmesonde zum Detektor.

3.1.3. ‚DeNOx-System‘ bedeutet ein Abgasnachbehandlungssystem zur Verringerung der Emission von Stickstoffoxiden (NOx) (z. B. passive und aktive Mager-NOx-Katalysatoren, NOx-Adsorber und Systeme zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR)).

3.1.4. ‚Dieselmotor‘ bedeutet einen Motor, der nach dem Prinzip der Kompressionszündung arbeitet.

3.1.5. ‚Drift‘ bedeutet die Differenz zwischen der Nullwert- oder Vollausschlaganzeige des Messgeräts nach einer Emissionsprüfung zu jener davor.

3.1.6. ‚Motorenfamilie‘ bedeutet die von einem Hersteller festgelegte Gruppe von Motoren mit konstruktionsbedingt ähnlichen Abgas-Emissionseigenschaften gemäß Absatz 5.2 dieses Anhangs; die einzelnen Motoren der Familie dürfen die geltenden Emissionsgrenzwerte nicht überschreiten.

3.1.7. ‚Motorsystem‘ bedeutet den Motor, die emissionsmindernden Einrichtungen und die Kommunikationsschnittstellen (Hardware und Meldungen) zwischen dem/den elektronischen Motorsteuergerät(en) und anderen Antriebs- oder Fahrzeugsteuergeräten.

3.1.8. ‚Motortyp‘ bedeutet eine Kategorie von Motoren, die sich in wesentlichen Motoreneigenschaften nicht unterscheiden.

3.1.9. ‚Abgasnachbehandlungssystem‘ bedeutet einen Katalysator (Oxidations- oder Dreiwegekatalysator), einen Partikelfilter, ein DeNOx-System, eine DeNOx-Partikelfilter-Kombination oder jede andere auf der Abgasseite des Motors installierte emissionsmindernde Vorrichtung. Dieser Begriff schließt die Abgasrückführung nicht ein, da diese als Bestandteil des Motorsystems betrachtet wird.

3.1.10. ‚Verfahren der Vollstromverdünnung‘ bedeutet das Mischen des gesamten Abgasstroms mit Verdünnungsluft, bevor eine Analyseprobe der vedünnten Abgase entnommen wird.

3.1.11. ‚Gasförmige Schadstoffe‘ sind Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und/oder Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe (wobei von CH1,85 bei Diesel, CH2,525 bei Flüssiggas und CH2,93 bei Erdgas ausgegangen wird sowie von einem Molekül CH3O0,5 bei mit Ethanol betriebenen Dieselmotoren), Methan (wobei bei Erdgas von CH4 ausgegangen wird) und Stickstoffoxide (ausgedrückt als Stickstoffdioxid (NO2)-Äquivalente).

3.1.12. ‚Hohe Drehzahl (nhi)‘ ist die höchste Motordrehzahl, bei der sich 70 % der angegebenen Höchstleistung einstellen.

3.1.13. ‚Niedrige Drehzahl (nlo)‘ ist die niedrigste Motordrehzahl, bei der sich 55 % der angegebenen Höchstleistung einstellen.

3.1.14. ‚Maximalleistung (Pmax)‘ bedeutet die vom Hersteller in kW angegebene Maximalleistung.

3.1.15. ‚Drehzahl des maximalen Drehmoments‘ ist die Motordrehzahl, bei der nach Angaben des Herstellers das höchste Drehmoment zur Verfügung steht.

3.1.16. ‚Normierter Drehmomentwert‘ wird in Prozenten des für die Motordrehzahl maximal verfügbaren Drehmoments ausgedrückt.

3.1.17. ‚Bedieneingabe‘ bedeuted die Eingabe zur Steuerung des Motors. Diese kann durch eine Bedienperson erfolgen (d. h. manuell) oder durch eine Steuervorrichtung (d. h. automatisch), wobei eine mechanische oder elektronische Stellgröße die Motorleistung anfordert. Die Eingabe kann erfolgen: über ein Gaspedal, einen Signalgeber, einen Drosselklappen-Hebel oder ein Drosselklappen-Steuersignal, einen Kraftstoff-Einstellhebel oder ein Kraftstoff-Einstellsignal, einen Drehzahl-Einstellhebel oder ein Drehzahl-Einstellsignal oder mittels der Einstellung oder der Signalgabe eines Motorreglers.

3.1.18. ‚Stamm-Motor‘ bedeutet einen innerhalb einer Motorenfamilie ausgewählten Motor, dessen Emissionseigenschaften für die Motorenfamilie repräsentativ sind.

3.1.19. ‚Partikelnachbehandlungsvorrichtung‘ bedeutet ein Abgasnachbehandlungssystem zur Verringerung partikelförmiger Verunreinigungen mittels mechanischer, aerodynamischer, Diffusions- oder Trägheitsabscheidung.

3.1.20. ‚Verfahren mit Teilstromverdünnung‘ bedeutet einen Prozess, bei dem ein Teil der Abgase mit der entsprechenden Menge Verdünnungsluft vermengt wird, bevor es dem Partikelprobefilter zugeführt wird.

3.1.21. ‚Feinstaub (PM)‘ ist jeglicher Stoff, der in einem speziellen Filter hängen bleibt, nachdem das Abgas mit einem sauber gefilterten Lösungsmittel verdünnt und auf eine Temperatur zwischen 315 K (42 °C) und 325 K (52 °C) gekühlt worden ist; es handelt sich vorwiegend um Kohlenstoff, kondensierte Kohlenwasserstoffe und um Sulfate mit damit verbundenem Wasser.

3.1.22. ‚Periodische Regenerierung‘ ist die innerhalb von weniger als 100 Stunden normalen Motorbetriebs wiederholt stattfindende Regenerierung einer emissionsmindernden Einrichtung; Während der Zyklen, in denen eine Regenerierung erfolgt, können die Emissionsgrenzwerte überschritten werden.

3.1.23. ‚Gestuft stationärer Prüfzyklus‘ bedeutet eine Abfolge stationärere Prüfbedingungen des Motors, mit für jede Stufe definierten Drehzahl- und Drehmomentvorgaben, sowie mit definierten Anstiegen zwischen den Prüfbedingungen (WHSC).

3.1.24. ‚Nenndrehzahl‘ ist die gemäß der Verkaufs- oder Wartungsdokumentation des Herstellers vom Motorregler maximal erlaubte Drehzahl bei Volllast, oder falls kein Motorregler vorhanden ist, die Drehzahl, bei der gemäß selbiger Dokumentation die Maximalleistung des Motors erreicht wird.

3.1.25. ‚Ansprechzeit‘ bedeutet den Zeitunterschied zwischen der Änderung der Messgröße am Referenzpunkt und der Reaktion des Systems mit 90 Prozent der Endablesung (t90), wobei die Probenahmesonde als Referenzpunkt definiert ist, die Veränderung der Messgröße mindestens 60 % des Skalenendwerts (FS) beträgt und innerhalb von weniger als 0,1 Sekunden erreicht wird. Die Systemansprechzeit setzt sich zusammen aus der Ansprechverzögerung und der Anstiegzeit des Systems.

3.1.26. ‚Anstiegzeit‘ bedeutet die Zeit für den Anstieg des angezeigten Messwertes von 10 % auf 90 % des Endwertes (t90 – t10).

3.1.27. ‚Kalibriergasansprechen‘ bedeutet den mittleren Ansprechwert auf ein Kalibriergas während eines 30-Sekunden-Intervalls.

3.1.28. ‚Spezifische Emissionen‘ sind in g/kWh ausgedrückte Partikelemissionen.

3.1.29. ‚Prüfzyklus‘ ist eine Abfolge von Prüfphasen mit jeweils einer bestimmten Drehzahl und einem bestimmten Drehmoment, die der Motor unter stationären Bedingungen (WHSC-Prüfung) bzw. instationären Bedingungen (WHTC-, ELR-Prüfung) durchlaufen muss.

3.1.30. ‚Wandlungszeit‘ ist der Zeitunterschied zwischen der Änderung der Messgröße am Referenzpunkt und der Reaktion des Systems mit 50 % der Endablesung (t50 ), wobei die Probenahmesonde als Referenzpunkt definiert ist. Die Wandlungszeit wird für den Signalabgleich verschiedener Messinstrumente verwendet.

3.1.31. ‚Instationärer Prüfzyklus‘ bezeichnet einen Prüfzyklus, der aus einer Abfolge normierter Drehzahl- und Drehmomentwerte besteht, die sich relativ schnell verändern (WHTC).

3.1.32. ‚Dauerhaltbarkeit‘ bedeuted die Kilometerzahl und/oder die Zeitdauer, für die die einschlägigen Grenzwerte von Gas- und Partikelemissionen eingehalten werden müssen.

3.1.33. ‚Nullpunktwert‘ ist der mittlere Ansprechwert auf ein Nullgas in einem Zeitabschnitt von 30 Sekunden.

3.2. Allgemeine Symbole

Symbol Maßeinheit Begriff a 1 — Neigung der Regression a 0 — Achsabschnitt der Regression A/Fst — stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis c ppm/Vol.-% Konzentration c d ppm/Vol.-% Konzentration, trocken c w ppm/Vol.-% Konzentration, feucht c b ppm/Vol.-% Hintergrundkonzentration C d — Durchflusskoeffizient des SSV c gas ppm/Vol.-% Konzentration der gasförmigen Bestandteile d M Durchmesser d V M Durchmesser des Venturirohrs an der Einschnürung D 0 m3/s Achsabschnitt der PDP-Kalibrierfunktion D — Verdünnungsfaktor Δt S Zeitspanne e gas g/kWh spezifische Emission gasförmiger Schadstoffe e PM g/kWh spezifische Emission partikelförmiger Schadstoffe e r g/kWh spezifische Emission während der Regenerierung e w g/kWh gewichtete spezifische Emission E CO2 mindestens 11,5 % CO2-Querempfindlichkeit eines NOx-Analysator E E mindestens 11,5 % Ethan-Wirkungsgrad E H2O mindestens 11,5 % Wasser-Querempfindlichkeit eines NOx-Analysator E M mindestens 11,5 % Methan-Wirkungsgrad E NOx mindestens 11,5 % Effizienz von NOx-Konvertern f Hz Datenerfassungstrequenz f a — atmosphärischer Faktor im Labor F s — stöchiometrischer Faktor H a g/kg absolute Feuchtigkeit der Ansaugluft H d g/kg absolute Feuchtigkeit des Verdünnungsgases i — tiefgesetztes Zeichen zur Kennzeichnung einer Momentanmessung (z. B. 1 Hz) k c — kohlenstoffspezifischer Faktor k f,d m3/kg Kraftstoff zusätzliches Verbrennungsvolumen, trockene Abgase k f,w m3/kg Kraftstoff zusätzliches Verbrennungsvolumen, feuchte Abgase kh,D — Feuchtigkeitskorrekturfaktor für NOx bei Selbstzündungsmotoren kh,G — Feuchtigkeitskorrekturfaktor für NOx bei Fremdzündungsmotoren k r,u — aufwärtswirksamer Regenerierungsfaktor k r,d — abwärtswirksamer Regenerierungsfaktor k w,a — Trocken-/Feucht-Korrekturfaktor für Ansaugluft k w,d — Trocken-/Feucht-Korrekturfaktor für Verdünnungsgas k w,e — Trocken-/Feucht-Korrekturfaktor für verdünnte Abgase k w,r — Trocken-/Feucht-Korrekturfaktor für Rohabgase K V — CFV-Kalibrierfunktion λ — Luftüberschussfaktor m b mg Partikelprobemasse des aufgefangenen Lösungsgases m d kg Masse der durch die Partikelprobefilter geleiteten Verdünnungsgases med kg Gesamtmasse des verdünnten Abgases über einen Zyklus medf kg Masse des äquivalenten verdünnten Abgases über einen Prüfzyklus mew kg Gesamtmasse des Abgases über einen Zyklus mgas g Masse der gasförmigen Emissionen über einen Zyklus m f mg Masse des Partikel-Probenahmefilters m p mg Masse der Verdünnungsgasprobe, die die Partikelsammelfilter durchströmt hat m PM g Masse der Partikelemissionen über einen Prüfzyklus m se kg Masse der Abgasproben über einen Prüfzyklus m sed kg Masse des verdünnten Abgases, das den Verdünnungstunnel durchströmt m sep kg Masse des verdünnten Abgases, das die Partikelsammelfilter durchströmt m ssd kg Masse der sekundären Verdünnungsluft M Nm Drehmoment M a g/mol Molmasse der Ansaugluft M d g/mol Molmasse der Verdünnungsluft M e g/mol Molmasse des Abgases M f Nm von den anzukoppelnden Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen aufgenommenes Drehmoment M gas g/mol Molmasse der gasförmigen Bestandteile M r Nm von den abzukoppelnden Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen aufgenommenes Drehmoment n — Anzahl der Messungen nr — Anzahl der Messungen mit Regenerierung n min–1 Motordrehzahl nhi min–1 hohe Motordrehzahl nlo min–1 niedrige Motordrehzahl n pref min–1 bevorzugte Motordrehzahl n p r/s PDP-Pumpendrehzahl p a kPa Sättigungsdampfdruck der Motoransaugluft p b kPa barometrischer Gesamtdruck p d kPa Sättigungsdampfdruck des Verdünnungsgases P f kW von den anzukoppelnden Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen aufgenommene Leistung p p kPa absoluter Druck p r kW Wasserdampfdruck nach dem Kühlbad p s kPa trockener atmosphärischer Druck P kW Leistung P r kW von den abzukoppelnden Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen aufgenommene Leistung q mad kg/s Massendurchsatz der Ansaugluft, trocken q maw kg/s Massendurchsatz der Ansaugluft, feucht q mCe kg/s Kohlenstoff-Massendurchsatz im Rohabgas q mCf kg/s Kohlenstoff-Massendurchsatz in den Motor q mCp kg/s Kohlenstoff-Massendurchsatz in das Teilstromverdünnungssystem q mdew kg/s Massendurchsatz des verdünnten Abgases, feucht q mdw kg/s Massendurchsatz des Verdünnungsgases, feucht q medf kg/s äquivalenter Massendurchsatz des verdünnten Abgases, feucht q mew kg/s Massendurchsatz des Abgases, feucht q mex kg/s Massendurchsatz der Probenentnahme aus dem Verdünnungstunnel q mf kg/s Kraftstoffmassendurchsatz q mp kg/s Abgasprobenstrom in das Teilstromverdünnungssystem q vCVS m3/s CVS-Volumendurchsatz q vs dm3/min Systemdurchsatz des Abgas-Analysatorsystems q vt cm3/min Massendurchsatz des Tracergases r2 — Bestimmungskoeffizient r d — Verdünnungsverhältnis r D — Durchmesserverhältnis von SSV r h — FID-Anprechfaktor für Kohlenwasserstoffe r m — FID-Anprechfaktor für Methanol r p — Druckverhältnis von SSV r s — Durchschnittliches Probenahmeverhältnis ρ kg/m3 Dichte ρ e kg/m3 Abgasdichte σ — Standardabweichung s Standardabweichung T K absolute Temperatur T a K absolute Temperatur der Ansaugluft t s Uhrzeit t 10 s Zeit zwischen Sprungeingangssignal und dem Erreichen von 10 % der Endablesung t 50 s Zeit zwischen Sprungeingangssignal und dem Erreichen von 50 % der Endablesung t 90 s Zeit zwischen Sprungeingangssignal und dem Erreichen von 90 % der Endablesung u — Verhältnis der Dichte (oder Molmassen) der Schadstoffe und des Abgases, geteilt durch 1 000 V 0 m3/r PDP-Volumendurchsatz je Umdrehung V s dm3 Systemvolumen des Analysiergerätes Wact kWh Tatsächliche Zyklusarbeit des Prüfzyklus Wref kWh Bezugswert der Zyklusarbeit des Prüfzyklus X 0 m3/r PDP-Kalibrierfunktion

3.3. Symbole und Kürzel für Kraftstoffzusammensetzungen

wALF Wasserstoffgehalt des Kraftstoffes in Massen-% wBET Kohlenstoffgehalt des Kraftstoffes in Massen-% wGAM Schwefelgehalt des Kraftstoffes in Massen-% wDEL Stickstoffgehalt des Kraftstoffes in Massen-% wEPS Sauerstoffgehalt des Kraftstoffes in Massen-% α Molverhältnis für Wasserstoff (H/C) γ Molverhältnis für Schwefel (S/C) δ Molverhältnis für Stickstoff (N/C) ε Molverhältnis für Sauerstoff (O/C)

Bezogen auf einen Kraftstoff CH α O ε N δ S γ

3.4. Symbole und Abkürzungen für chemische Bestandteile

C1 C1-äquivalenter Kohlenwasserstoff CH4 Methan C2H6 Ethan, C3H8 Propan CO Kohlenmonoxid CO2 Kohlendioxid DOP Dioctylphthalat HC Kohlenwasserstoffe H2O Wasser Nichtmethan-Kohlenwasserstoffe Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe NOx Stickstoffoxide NO Stickoxid NO2 Stickstoffdioxid PM Partikel

3.5. Abkürzungen

AGR Abgasrückführung (siehe EGR) CFV Critical Flow Venturi (Venturi-Rohr mit kritischer Strömung) CLD Chemilumineszenzdetektor CVS Constant Volume Sampling (Konstantstrom-Probenentnahme) deNOx NOx-Nachbehandlungssystem EGR Exhaust Gas Recirculation (Abgasrückführung, AGR) FID Flammenionisationsdetektor GC Gas-Chromatograph HCLD Heated Chemiluminescent Detector (beheizter Chemilumineszenz-Detektor) HFID Heated Flame Ionization Detector (beheizter Flammen-Ionisations-Detektor) LPG Liquefied Petroleum Gas (Flüssiggas) NDIR Non-Dispersive Infrared (Analyzer) (nichtdispersiver Infrarot-Analysator) NG Natural Gas (Erdgas) NMC Non-Methane Cutter (Nicht-Methan-Cutter) PDP Positive Displacement Pump (Verdrängerpumpe) Per cent FS Per cent of full scale (Prozent Vollausschlag) PFS Partial Flow System (Teilstrom-Verdünnungssystem) SSV Subsonic Venturi (subsonisch betriebene Venturidüse) VGT Variable Geometry Turbine (Turbine mit variabler Geometrie)

4. ALLGEMEINE ANFORDERUNGEN

Das Motorsystem muss so konstruiert, gefertigt und montiert sein, dass der Motor im normalen Betrieb während seiner gemäß dieser Regelung festgelegten Betriebsdauer, auch eingebaut in ein Fahrzeug, die Anforderungen dieses Anhangs erfüllt.

5. LEISTUNGSANFORDERUNGEN

5.1. Emission gasförmiger und partikelförmiger Schadstoffe

Die vom Motor emittierten gasförmigen und partikelförmigen Schadstoffe sind nach den WHTC- und WHSC-Prüfzyklen zu bestimmen, wie in Absatz 7 beschrieben. Die Messsysteme müssen die Linearitätsanforderungen des Absatzes 9.2 erfüllen und den Vorschriften des Absatzes 9.3 (Messung der gasförmigen Emissionen), des Absatzes 9.4 (Messung der Partikelemissionen) und der Anlage 3 zu diesem Anhang entsprechen.

Andere Systeme oder Analysatoren können von der Typgenehmigungsbehörde zugelassen werden, wenn mit ihnen erwiesenermaßen gleichwertige Ergebnisse gemäß Absatz 5.1.1 erzielt werden.

5.1.1. Gleichwertigkeit

Die Gleichwertigkeit der Systeme muss auf der Grundlage einer Korrelationsstudie von mindestens sieben Paaren, zwischen dem zu prüfenden System und einem der Bezugssysteme dieser Richtlinie bestimmt werden.

‚Ergebnisse‘ sind hier die gewichteten Emissionswerte eines speziellen Zyklus. Die Korrelationsprüfungen sind im selben Labor, in derselben Prüfzelle, mit demselben Motor und vorzugsweise gleichzeitig durchzuführen. Die Gleichwertigkeit der Mittelwerte der Probenpaare ist, wie in Anlage 4 Abschnitt A.4.3 zu diesem Anhang beschrieben, mittels F-Test- bzw. t-Test-Statistiken zu ermitteln, welche unter den oben beschriebenen Bedingungen in Bezug auf Labor, Prüfzelle und Motor gewonnen wurden. Ausreißer sind nach ISO 5725 festzustellen und bleiben unberücksichtigt. Die für die Korrelationsprüfungen heranzuziehenden Systeme müssen von der Typgenehmigungsbehörde genehmigt werden.

5.2. Motorenfamilie

5.2.1. Allgemeines

Eine Motorenfamilie wird durch ihre Entwurfsparameter charakterisiert. Diese müssen für alle Motoren einer Familie die gleichen sein. Welche Motoren zu einer Familie gehören, kann der Hersteller nach eigenem Ermessen festlegen, solange er sich dabei an die Vorschriften des Absatzes 5.2.3 hält. Die Motorenfamilie ist von der Typgenehmigungsbehörde zu genehmigen. Der Hersteller muss der Typgenehmigungsbehörde die entsprechenden Daten zu den Emissionen der Motoren einer Familie zur Verfügung stellen.

5.2.2. Sonderfälle

In manchen Fällen können Wechselwirkung zwischen den Parametern vorliegen. Dies muss berücksichtigt werden, damit gewährleistet ist, dass einer Motorenfamilie nur Motoren mit ähnlichen Emissionseigenschaften zugeordnet werden. Diese Fälle sind vom Hersteller zu ermitteln und der Genehmigungsbehörde mitzuteilen. Sie sind dann bei der Festlegung einer neuen Motorenfamilie zu berücksichtigen.

Sind Einrichtungen oder Merkmale vorhanden, die in Absatz 5.2.3 nicht aufgeführt sind, aber die Emissionseigenschaften stark beeinflussen, so muss sie der Hersteller nach den anerkannten Regeln der Technik feststellen und der Typgenehmigungsbehörde mitteilen. Sie werden dann bei der Festlegung einer neuern Motorenfamilie berücksichtigt.

Zusätzlich zu den in Absatz 5.2.3 aufgeführten Parametern kann der Hersteller weitere Kriterien für die Festlegung kleinerer Motorenfamilien einführen. Diese Parameter sind nicht unbedingt solche, die sich auf auf die Emissionseigenschaften auswirken.

5.2.3. Parameter für die Festlegung der Motorenfamilie

5.2.3.1. Verbrennungszyklus:

a) Zweitakt

b) Viertakt

c) Drehkolbenmotor

d) andere

5.2.3.2. Anordnung der Zylinder

5.2.3.2.1. Lage der Zylinder im Block

a) V-förmig

b) in Reihe

c) radial

d) andere Anordnung (gegenüberliegend, W-förmig usw.)

5.2.3.2.2. Lage der Zylinder zueinander

Motoren mit identischem Block können derselben Familie angehören, wenn sie dasselbe Zylinderstichmaß haben.

5.2.3.3. Hauptkühlmittel

a) Luft

b) Wasser

c) Öl

5.2.3.4. Hubraum der Einzelzylinder

5.2.3.4.1. Motoren mit einem Einzelhubraum ≥ 0,75 dm3

Motoren mit einem Einzelhubraum ≥ 0,75 dm3 können zu einer Familie zusammengefasst werden, wenn der Streubereich ihrer Einzelhubräume nicht mehr als 15 % des größten Einzelhubraums innerhalb der Familie beträgt.

5.2.3.4.2. Motoren mit einem Einzelhubraum < 0,75 dm3

Motoren mit einem Einzelhubraum < 0,75 dm3 können zu einer Familie zusammengefasst werden, wenn der Streubereich ihrer Einzelhubräume nicht mehr als 30 % des größten Einzelhubraums innerhalb der Familie beträgt.

5.2.3.4.3. Motoren mit Einzelhubräumen außerhalb der vorstehend genannten Grenzen

Motoren mit Einzelhubräumen außerhalb der in den Absätzen 5.2.3.4.1 und 5.2.3.4.2 genannten Grenzen können mit Zustimmung der Typgenehmigungsbehörde zu einer Familie zusammengefasst werden. Die Entscheidung über die Genehmigung ist auf technische Aspekte (Berechnungen, Simulationen, Versuchsergebnisse usw.) zu gründen, die belegen, dass Einzelhubräume außerhalb dieser Grenzen keinen nennenswerten Einfluss auf die Abgasemissionen haben.

5.2.3.5. Art der Luftansaugung

a) Saugmotoren

b) aufgeladene Motoren

c) aufgeladene Motoren mit Ladeluftkühlung

5.2.3.6. Kraftstoffart

a) Diesel

b) Erdgas

c) Flüssiggas

d) Ethanol

5.2.3.7. Brennraumgestalt

a) offener Brennraum

b) unterteilter Brennraum

c) andere Gestalt

5.2.3.8. Art der Zündung

a) Fremdzündung

b) Selbstzündung

5.2.3.9. Ventile und Kanäle

a) Anordnung

b) Zahl der Ventile je Zylinder

5.2.3.10. Kraftstoffsystem

a) für flüssigen Kraftstoff i) Pumpe, Hochdruckleitung und Injektor ii) Reihen- oder Verteilereinspritzpumpe iii) Pumpe-Düse-System iv) Common-Rail-Einspritzsystem v) Vergaser vi) andere

b) für gasförmigen Kraftstoff i) Gas führend ii) Flüssigkeit führend iii) Mischer iv) andere

c) Anderes Kraftstoffsystem

5.2.3.11. Weitere Einrichtungen

a) Abgasrückführung (AGR)

b) Wassereinspritzung

c) Lufteinblasung:

d) Sonstige

5.2.3.12. Elektronische Steuerungstechnik

Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines elektronischen Motorsteuergerätes ist ein wesentliches Kriterium für die Eingrenzung einer Motorenfamilie.

Bei elektronisch gesteuerten Motoren muss der Hersteller anhand technischer Angaben darlegen, warum er die Motoren zu einer Familie zusammenfasst, d. h. den Angaben muss zu entnehmen sein, dass die Motoren voraussichtlich dieselben Emissionsgrenzwerte einhalten.

Hierzu eignen sich die Ergebnisse von Berechnungen, Simulationen, Schätzungen oder Versuchen, Daten über Einspritzmengen und -verlauf usw.

Beispiele elektronisch gesteuerter Betriebsgrößen sind:

a) Taktung

b) Einspritzdruck

c) Mehrfacheinspritzung

d) Ladedruck

e) VGT (Schaufelstellung des Turboladers)

f) AGR (Abgasrückführung).

5.2.3.13. Abgasnachbehandlung

Die Funktion und Kombination folgender Einrichtungen zur Abgasnachbehandlung werden als Kriterien für die Festlegung einer Motorenfamilie betrachtet:

a) Oxidationskatalysator

b) Dreiwegekatalysator

c) DeNOx-System mit selektiver NOx-Reduktion (Zusatz eines Reduktionsmittels)

d) andere DeNOx-Systeme

e) Partikelfilter mit passiver Regenerierung

f) Partikelfilter mit aktiver Regenerierung

g) andere Partikelfilter

h) sonstige Einrichtungen.

Wird ein ohne Abgasnachbehandlungssystem zertifizierter Motor (sei es als Stammmotor, oder als Angehöriger einer Motorenfamilie) nachträglich mit einem Oxidationskatalysator ausgerüstet, so kann er in seiner bisherigen Motorenfamilie verbleiben, sofern er nicht unterschiedliche Anforderungen an den Kraftstoff stellt.

Stellt ein Motor nach Ausrüstung mit einem Abgasnachbehandlungssystem andere Anforderungen an den Kraftstoff (z. B. Kraftstoff mit besonderen Additiven, damit das Partikelfilter sich regenerieren kann), so ist die Entscheidung über seinen Verbleib in der bisherigen Motorenfamilie auf technische Angaben des Herstellers zu gründen. Diese Angaben müssen erkennen lassen, dass der Motor mit dieser Ausrüstung voraussichtlich dieselben Emissionsgrenzwerte einhält, wie ohne sie.

Wurde ein Motor mit Abgasnachbehandlungssystem als Stammmotor oder Angehöriger einer Motorenfamilie zertifiziert, deren Stammmotor mit demselben Abgasnachbehandlungssystem ausgestattet ist wie er, so kann dieser Motor ohne Abgasnachbehandlungssystem nicht derselben Motorenfamilie angehören.

5.2.4. Wahl des Stammmotors

5.2.4.1. Selbstzündungsmotoren

Sobald die Motorenfamilie von der Typgenehmigungsbehörde genehmigt worden ist, muss das Hauptkriterium für die Bestimmung des Stammmotors der Familie das der höchsten Kraftstoffförderung je Hub bei der angegebenen Drehzahl des maximalen Drehmoments sein. Stimmen zwei oder mehr Motoren in diesem Merkmal überein, so ist der Stammmotor anhand des zweiten Kriteriums zu definieren, nämlich der höchsten Kraftstoffförderung je Hub bei Nenndrehzahl.

5.2.4.2. Fremdzündungsmotoren

Sobald die Motorenfamilie von der Typgenehmigungsbehörde zugelassen worden ist, muss das Hauptkriterium für die Bestimmung des Stammmotors der Familie das des größten Hubraums sein. Stimmen zwei oder mehr Motoren in diesem Merkmal überein, so ist die Auswahl des Stammmotors anhand von sekundären Kriterien in der nachstehend angegebenen Reihenfolge vorzunehmen:

a) höchste Kraftstoffförderung je Hub bei der Nennleistungsdrehzahl

b) frühester Zündzeitpunkt

c) niedrigste AGR-Rate.

5.2.4.3. Anmerkungen zur Auswahl des Stammmotors

Die Typgenehmigungsbehörde kann es für angebracht halten, die schlechtesten Emissionswerte der Motorenfamilie durch Überprüfung weiterer Motore zu ermitteln. In diesem Fall muss der Hersteller Angaben machen, mit deren die Motoren mit den voraussichtlich höchsten Emissionswerten ermittelt werden können.

Weisen die Motoren einer Motorenfamilie weitere Merkmale auf, von denen man einen Einfluss auf die Abgasemissionen erwarten kann, so sind diese Merkmale ebenfalls zu bestimmen und bei der Auswahl des Stammmotors zu berücksichtigen.

Halten die Motoren einer Motorenfamilie über unterschiedliche Betriebsdauer dieselben Emissionsgrenzwerte ein, so ist das ebenfalls bei der Auswahl des Stammmotors zu berücksichtigen.

6. PRÜFBEDINGUNGEN

6.1. Bedingungen für Laborprüfungen

Die absolute Temperatur T a der Ansaugluft am Motoreinlass (in K) und der trockene atmosphärische Druck p s (in kPa) sind zu messen, die Kennzahl f a ist nach den nachstehenden Formeln zu berechnen. Bei Mehrzylindermotoren mit mehreren separaten Ansaugkrümmern, z. B. bei Motoren mit V-förmiger Zylinderanordnung, ist mit der mittleren Temperatur in den Ansaugkrümmern zu rechnen. Der Parameter f a ist zusammen mit den Prüfergebnissen festzuhalten. Zur besseren Reproduzierbarkeit wird empfohlen, den Parameter f a in folgendem Bereich zu halten: 0,93 ≤ f a ≤ 1,07.

a) Selbstzündungsmotoren Saugmotoren und mechanisch aufgeladene Motoren: (1) Motoren mit Turbolader, mit oder ohne Ladeluftkühlung: (2)

b) Fremdzündungsmotoren: (3)

6.2. Motoren mit Ladeluftkühlung

Die Ladelufttemperatur ist aufzuzeichnen; sie muss bei der angegebenen Nenndrehzahl und Volllast ±5K der vom Hersteller angegebenen Ladelufthöchsttemperatur betragen. Die Temperatur des Kühlmittels muss mindestens 293 K (20 °C) betragen.

Bei Verwendung einer Prüfstandanlage oder eines externen Gebläses ist der Kühlmitteldurchsatz so einzustellen, dass die Ladelufttemperatur bei Nenndrehzahl und Volllast um nicht mehr als ±5 K von der vom Hersteller angegebenen höchsten Ladelufttemperatur abweicht. Die Kühlmitteltemperatur und der Kühlmitteldurchsatz des Ladeluftkühlers, die sich an diesem Betriebspunkt einstellen, dürfen während des gesamten Prüfzyklus nicht verändert werden, es sei denn, dass dies zu einer nicht repräsentativen Ünterkühlung der Ladeluft führt. Das Volumen des Ladeluftkühlers ist nach den anerkannten Regeln der Technik zu bemessen und muss für die Einsatzbedingungen des Serienmotors repräsentativ sein. Das Laborsystem muss für die Minimierung der Kondensatansammlung ausgelegt sein. Alle angesammelten Kondensate müssen abgeleitet werden und sämtliche Abläufe müssen vor der Emissionsprüfung vollständig geschlossen werden.

Wenn der Motorhersteller Grenzwerte des Druckabfalls entlang der Ladeluftkühlung spezifiziert, muss sichergestellt werden, dass sich der Druckabfall entlang der Ladeluftkühlung bei den vom Hersteller angegebenen Motorbedingungen innerhalb der vom Hersteller spezifizierten Grenze(n) befindet. Der Druckabfall ist an den vom Hersteller spezifizierten Stellen zu messen.

6.3. Motorleistung

Die spezifischen Emissionen sind auf der Grundlage der gemäß den Absätzen 6.3.1 bis 6.3.5 bestimmten Motorleistung und Zyklusarbeit zu messen.

6.3.1. Allgemeine Motorausrüstung

Der Motor muss mit den Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen der Anlage 7 geprüft werden.

Falls der Motor nicht mit den erforderlichen Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen bestückt ist, muss deren Leistung gemäß den Absätzen 6.3.2 bis 6.3.5 berücksichtigt werden.

6.3.2. Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen, die für die Prüfung angebracht werden müssen

Falls es unzweckmäßig ist, den Prüfstand mit den Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen gemäß Anlage 7 zu versehen, muss die von ihnen aufgenommene Leistung bestimmt und über den gesamten Motordrehzahlbereich des WHTC sowie den Prüfdrehzahlbereich des WHSC von der gemessenen Motorleistung (Bezugswert und Messwert) abgezogen werden.

6.3.3. Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen, die für die Prüfung entfernt werden müssen

Falls die gemäß Anlage 7 entbehrlichen Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen nicht entfernt werden können, kann die von ihnen aufgenommene Leistung bestimmt und über den gesamten Motordrehzahlbereich des WHTC sowie den Prüfdrehzahlbereich des WHSC auf die gemessene Motorleistung (Bezugswert und Messwert) aufgeschlagen werden. Wenn dieser Wert 3 % der Maximalleistung bei Prüfdrehzahl übersteigt, muss dies der Typgenehmigungsbehörde belegt werden.

6.3.4. Bestimmung der Leistung der Hilfseinrichtungen

Die durch die Hilfseinrichtungen aufgenommene Leistung ist nur zu ermitteln, wenn:

a) die gemäß Anlage 7 erforderlichen Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen am Motor nicht angebracht sind und/oder

b) die gemäß Anlage 7 entbehrlichen Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen trotzdem am Motor angebracht sind.

Die Leistungswerte der Hilfseinrichtungen und die Mess-/Berechnungsverfahren zu ihrer Bestimmung müssen vom Motorhersteller für den gesamten Betriebsbereich der Prüfzyklen vorgelegt und von der Typgenehmigungsbehörde genehmigt werden.

6.3.5. Zyklusarbeit der Motoren

Die Berechnung des Bezugswerts und des Messwerts der Zyklusarbeit (siehe Absätze 7.4.8 und 7.8.6) muss mit der Motorleistung gemäß Absatz 6.3.1 erfolgen. In diesem Fall haben P f und P r der Gleichung 4 den Wert Null und P ist gleich P m.

Wenn Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen gemäß Absatz 6.3.2 und/oder Absatz 6.3.3 angebracht sind, muss die von ihnen aufgenommene Leistung für die Korrektur jedes Momentanwerts der Zyklusleistung P m,i wie folgt verwendet werden:

(4)

Hierbei ist:

P m,i die gemessene Motorleistung, kW, P f,i die von den anzubringenden Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen aufgenommene Leistung, kW, P r,i die von den zu entfernenden Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen aufgenommene Leistung, kW.

6.4. Ansaugsystem des Motors

Es ist ein Motoransaugsystem oder ein Prüfstandsystem zu verwenden, dessen Drosselung um höchstens ± 300 Pa vom Höchstwert abweicht, den der Hersteller für einen sauberen Luftfilter bei Nenndrehzahl und Volllast angibt. Der statische Differenzialdruck der Drosselung muss an der vom Hersteller spezifizierten Stelle gemessen werden.

6.5. Abgasanlage des Motors

Es ist eine Motor- oder Prüfstandsabgasanlage zu verwenden, deren Abgasgegendruck im Bereich zwischen 80 % und 100 % des vom Hersteller bei Nenndrehzahl und Volllast spezifizierten Höchstwerts liegt. Wenn die größte Drosselung höchstens 5 kPa beträgt, darf der Einstellpunkt höchstens um 1,0 kPa vom Maximalwert abweichen. Die Abgasanlage muss den Anforderungen für Abgasprobenahmen gemäß den Absätzen 9.3.10 und 9.3.11 genügen.

6.6. Motor mit Abgasnachbehandlungssystem

Ist der Motor mit einem Abgasnachbehandlungssystem ausgestattet, muss der Durchmesser des Auspuffrohrs den gleichen Durchmesser wie unter Betriebsbedingungen oder wie vom Hersteller spezifiziert haben, und zwar über eine Strecke von mindestens vier Rohrdurchmessern strömungsaufwärts, vor dem Eintritt in den die Abgasnachbehandlung enthaltenden Diffusor. Der Abstand zwischen dem Austrittsflansch des Auspuffkrümmer oder des Turboladers und dem Abgasnachbehandlungssystem muss so groß sein wie am Fahrzeug oder muss innerhalb des vom Herstellers angegebenen Bereichs liegen. Für den Abgasgegendruck oder die Drosselung des Abgasstroms gelten die Bestimmungen der vorstehenden Absätze und sie können mithilfe eines Ventils eingestellt werden. Für Nachbehandlungssysteme mit variabler Drosselung ist die größte Drosselung für die vom Hersteller spezifizierte Nachbehandlungsbedingung (Fortschritt/Höhe des Einlaufens/der Alterung und der Regenerierung/Beladung) definiert. Beträgt die maximale Drosselung höchstens 5 kPa, darf der Einstellpunkt nicht mehr als 1,0 kPa vom Maximalwert abweichen. Für Blindprüfungen und während der Aufnahme einer Motorabbildung kann der Behälter der Nachbehandlungseinrichtung entfernt und durch einen gleichartigen Behälter mit inaktivem Katalysatorträger ersetzt werden.

Die über den Prüfzyklus gemessenen Emissionen müssen für die Emissionen im praktischen Fahrtbetrieb repräsentativ sein. Ist der Motor mit einem Abgasnachbehandlungssystem ausgestattet, das ein sich verbrauchendes Reagens benötigt, so ist das für die Prüfungen zu verwendende Reagens vom Hersteller anzugeben.

Für Motoren, die mit einem Abgasnachbehandlungssystems mit laufender Regenerierung ausgestattet sind, ist kein spezielles Prüfverfahren erforderlich, der Regenerierungsprozess muss jedoch gemäß Absatz 6.6.1 belegt werden.

Bei Motoren, die mit einem Abgasnachbehandlungssystem mit periodischer Regenerierung nach Absatz 6.6.2 ausgestattet sind, müssen die gemessenen Emissionswerte korrigiert werden, um die Regenerierungsvorgänge zu berücksichtigen. In diesem Fall hängen die durchschnittlichen Emissionswerte von der Häufigkeit der Regenerierungsvorgänge ab, ausgedrückt als Bruchteil der Prüfungen, bei denen Regenerierungsvorgänge anfallen.

6.6.1. Kontinuierliche Regenerierung

Die Emissionen müssen an einem Nachbehandlungssystem gemessen werden, welches soweit stabilisiert worden ist, dass es ein reproduzierbares Emissionsverhalten aufzuweist. Der Regenerierungsvorgang muss während der WHTC-Prüfung mit Warmstart mindestens einmal ablaufen, und der Hersteller muss die Betriebsparameter angeben, die den Regenerierungsvorgang im Normalfall auslösen (Rußbeladung, Temperatur, Abgasgegendruck usw.).

Zum Nachweis der Kontinuität des Regenerierungsvorgangs sind mindestens drei WHTC-Prüfungen mit Warmstart durchzuführen. Für die Zwecke dieses Nachweises muss der Motor gemäß Absatz 7.4.1 warmlaufen gelassen werden, gemäß Absatz 7.6.3 heiß abgestellt werden und er muss einer ersten WHTC Warmstartprüfung unterworfen werden. Die anschließenden Warmstartprüfungen müssen nach einem heißen Abstellen gemäß Absatz 7.6.3 beginnen. Während der Prüfungen sind die Abgastemperatur und der Abgasdruck (Temperatur vor und nach dem Abgasnachbehandlungssystem, Abgasgegendruck usw.) aufzuzeichnen.

Wenn die vom Hersteller angegebenen Bedingungen während der Prüfung eintreten und wenn die Ergebnisse der drei (oder mehr) WHTC-Warmstartprüfungen um nicht mehr als ±25 % oder 0,005 g/kWh streuen (es gilt der größere Wert), wird das Nachbehandlungssystem als zum Typ der laufenden Regenerierung zugehörig betrachtet, und es gelten die allgemeinen Prüfbedingungen der Absätze 7.6 (WHTC) und 7.7 (WHSC).

Wenn das Abgasnachbehandlungssystem einen Sicherheitsmodus hat, der in einen periodischen Regenerierungsmodus schaltet, so ist es gemäß Absatz 6.6.2 zu prüfen. Für diesen speziellen Fall können die einschlägigen Emissionsgrenzen überschritten werden und sie werden keiner Wichtung unterworfen.

6.6.2. Periodische Regenerierung

Bei einem Abgasnachbehandlungssystem mit periodischer Regenerierung sind die Emissionen nach Stabilisierung des Betriebsverhaltens mit mindestens drei WHTC-Prüfungen zu messen, davon eine mit und eine ohne Regenerierungsvorgang; die Messergebnisse sind mit der Formel 5 zu wichten.

Der Regenerierungsprozess muss während der WHTC-Warmstartprüfung mindestens einmal ablaufen. Der Motor kann mit einem Schalter ausgestattet sein, der die Regenerierung verhindert oder ermöglicht, sofern dies ohne Einfluss auf die ursprüngliche Motorkalibrierung bleibt.

Der Hersteller muss die Parameter, die den Regenerierungsvorgang im Normalfall auslösen (Rußbeladung, Temperatur, Abgasgegendruck usw.) und die Dauer des Vorgangs angeben. Der Hersteller muss ferner die Häufigkeit des Regenerierungsvorgangs angeben und zwar als Verhältnis der Prüfungen mit Regenerierung zu jenen ohne Regenerierung. Das genaue Verfahren zur Ermittlung dieser Häufigkeit muss auf Daten, die im Betrieb gewonnen wurden und bestem fachlichen Ermessen basieren und von der Typgenehmigungs- oder der Zertifizierungsbehörde genehmigt werden.

Der Hersteller muss ein schadstoffbeladenes Abgasnachbehandlungssystem zur Verfügung stellen, damit während der WHTC-Prüfung eine Regenerierung stattfindet. Für die Zwecke dieser Prüfung muss der Motor gemäß Absatz 7.4.1 aufgewärmt, gemäß Absatz 7.6.3 heißabgestellt und die WHTC-Warmstartprüfung begonnen werden. Während des Warmlaufens des Motors darf keine Regenerierung stattfinden.

Die mittleren spezifischen Emissionswerte zwischen zwei Regenerierungen sind aus dem arithmetischen Mittel der Ergebnisse mehrerer in etwa gleichen Zeitabständen durchgeführter WHTC-Prüfungen mit Warmstart (g/kWh) zu ermitteln. Es sind mindestens eine WHTC-Prüfung möglichst kurz vor einer Regenerierungsprüfung und eine WHTC-Prüfung möglichst kurz nach einer Regenerierungsprüfung anzuschließen. Alternativ kann der Hersteller Daten vorlegen, mit denen er nachweist, dass die Emissionen zwischen den Regenerierungen konstant bleiben (±25 % oder 0,005 g/kWh, es gilt der größere Wert). In diesem Fall sind die Emissionswerte nur einer WHTC-Warmstartprüfung ausreichend.

Während der Regenerierungsprüfung sind alle zur Erkennung eines Regenerierungs-vorgangs notwendigen Daten (CO- und NOx-Emissionen, Temperatur vor und nach der Abgasnachbehandlungsanlage, Abgasgegendruck usw.) aufzuzeichnen.

Während des Regenerierungsvorgangs können die geltenden Emissionsgrenzwerte überschritten werden.

Das Prüfverfahren ist in Abbildung 2 schematisch dargestellt.

Die WHTC-Warmstartemissionen sind wie folgt zu wichten:

(5)

Hierbei ist:

n die Anzahl der WHTC-Warmstartprüfungen ohne Regenerierung nr die Anzahl der WHTC-Warmstartprüfungen mit Regenerierung (mindestens eine Prüfung) die mittlere spezifische Emission ohne Regenerierung, g/kWh die mittlere spezifische Emission mit Regenerierung, g/kWh

Für die Bestimmung von gilt:

a) Wenn sich die Regenerierung über mehr als einen WHTC-Warmstart erstreckt müssen weitere vollständige WHTC-Warmstarts durchgeführt werden und die Messungen der Emissionen ohne Heißabstellung und ohne Motorabschaltung fortgesetzt werden, bis die Regenerierung abgeschlossen ist und der Mittelwert der WHTC-Warmstarts berechnet werden kann.

b) Wenn die Regenerierung während eines WHTC-Warmstarts abgeschlossen wird, muss die Prüfung in ihrer vollen Länge zu Ende geführt werden.

In Abstimmung mit der Typgenehmigungsbehörde können die Anpassungsfaktoren der Regenerierung nach bestem fachlichen Ermessen entweder multiplikativ (c) oder additiv (d) angewendet werden.

c) Die multiplikativen Anpassungsfaktoren sind wie folgt zu berechnen: (aufwärts) (6) (abwärts) (6a)

d) Die additiven Anpassungsfaktoren sind wie folgt zu berechnen: (aufwärts) (7) (abwärts) (8)

Bezüglich der spezifischen Emissionsberechnungen in Absatz 8.6.3 müssen die Anpassungsfaktoren der Regenerierung wie folgt angewendet werden:

e) für eine Prüfung ohne Regenerierung muss k r,u in den Formeln 69 bzw. 70 mit der spezifischen Emission e multipliziert bzw. zu ihr addiert werden,

f) für eine Prüfung mit Regenerierung muss k r,d in den Formeln 69 bzw. 70 mit der spezifischen Emission e multipliziert bzw. von ihr abgezogen werden.

Auf Antrag des Herstellers können die Anpassungsfaktoren:

g) auf andere Mitglieder derselben Motorenfamilie ausgedehnt werden,

h) auf andere Motorenfamilien ausgedehnt werden, welche das gleiche Nachbehandlungssystem verwenden, sofern vorher durch die Typgenehmigungs- oder Zertifizierungsbehörde genehmigt, wozu der Hersteller technisch belegen muss, dass sich die Emissionen ähneln.

6.7. Kühlsystem

Es ist ein Motorkühlsystem zu verwenden, mit dem die vom Hersteller vorgegebenen üblichen Betriebstemperaturen des Motors eingehalten werden können.

6.8. Schmieröl

Das zu verwendende Schmieröl ist vom Hersteller zu spezifizieren und muss für handelsübliche Schmieröle repräsentativ sein; die Spezifikation des für die Prüfung verwendeten Schmieröls ist mit den Prüfergebnissen festzuhalten und darzustellen.

6.9. Spezifikation des Bezugskraftstoffs

Der Bezugskraftstoff für Selbstzündungsmotoren ist in der Anlage 2 zu diesem Anhang spezifiziert, der für CNG- und LPG-betriebene Motoren in den Anhängen 6 und 7.

Die Kraftstofftemperatur richtet sich nach den Empfehlungen des Herstellers.

6.10. Kurbelgehäuseemissionen

Es darf keine Kurbelgehäuseemission direkt in die Umgebungsluft entweichen, abgesehen von folgenden Ausnahmen: Motoren mit Turbolader, Pumpen, Gebläse oder Auflader für die Luftansaugung dürfen Kurbelgehäuseemissionen in die Umgebungsluft freigeben, wenn diese während der gesamten Emissionsprüfung den Abgasemissionen (physikalisch oder rechnerisch) beigemengt werden. Die Hersteller, die von dieser Ausnahme Gebrauch machen wollen, müssen die Motoren so aufbauen, dass die gesamten Kurbelgehäuseemissionen in das System der Emissionprobenahme geleitet werden können.

Für die Zwecke dieses Absatzes werden Kurbelgehäuseemissionen, die während des gesamten Betriebs vor der Abgasnachbehandlung in den Auspuff geleitet werden, nicht als direkt in die Umgebungsluft geleitet betrachtet.

Offene Kurbelgehäuseemissionen müssen für die Emissionsmessung wie folgt in das Auspuffsystem geleitet werden:

a) Das Rohrleitungsmaterial muss glatt, elektrisch leitend und gegen Kurbelgehäuseemissionen resistent sein. Rohrlängen müssen so kurz wie möglich gehalten werden.

b) Im Laboraufbau muss die Anzahl der Krümmungen der Rohrleitungen des Kurbelgehäuses so klein wie möglich gehalten werden und der Radius jeder unvermeidbaren Krümmung muss so groß wie möglich ausgeführt werden.

c) Im Laboraufbau muss die Abgasleitung des Kurbelgehäuses beheizt werden, dünnwandig oder wärmeisoliert sein und muss bezüglich des Gegendrucks des Kurbelgehäuses die Spezifikation des Motorherstellers erfüllen.

d) Die Entlüftungsrohre des Kurbelgehäuses müssen mit dem Rohabgassystem unterhalb aller Nachbehandlungssysteme und hinreichend vor jeder Probenahmesonde zugeleitet werden, um vor der Probenahme eine vollkommene Mischung mit den Motorabgasen zu gewährleisten. Das Abgasrohr des Kurbelgehäuses muss in den freien Strom der Abgase hineinragen, um Randschichteffekte zu vermeiden und die Vermischung zu fördern. Der Auslass des Abgasrohres des Kurbelgehäuses kann, bezogen auf die Strömungsrichtung des Rohabgases, beliebig gerichtet sein.

7. PRÜFVERFAHREN

7.1. Prinzipien der Emissionsmessung

Für die Messung der spezifischen Emissionen muss der Motor die in den Absätzen 7.2.1 und 7.2.2 definierten Prüfzyklen durchlaufen. Die Messung der spezifischen Emissionen erfordert die Bestimmung der Masse der im Abgas enthaltenen Bestandteile und der entsprechenden Zyklusarbeit des Motors. Die Bestandteile werden mit den in den Absätzen 7.1.1 und 7.1.2 definierten Probenahmeverfahren bestimmt.

7.1.1. Kontinuierliche Probenahme

Bei der kontinuierlichen Probenahme wird die Konzentration der Bestandteile fortlaufend im unverdünnten oder verdünnten Abgas gemessen. Dieser Konzentrationenwert wird dann mit dem an der Emissionsprobe-Entnahmestelle vorhandenen kontinuierlichen Durchsatz unverdünnten oder verdünnten Abgases multipliziert, um den Massendurchsatz der Bestandteile zu bestimmen. Die Emission der Bestandteile wird kontinuierlich über den Prüfzyklus aufsummiert. Diese Summe ergibt die Gesamtmasse der emittierten Bestandteile.

7.1.2. Stichprobenahme

Bei der Stichprobenahme wird fortlaufend eine Stichprobe unverdünnter oder verdünnter Abgase entnommen und für spätere Messungen aufbewahrt. Die entnommene Probe muss proportional zum Durchsatz des unverdünnten oder verdünnten Abgases sein. Beispiele solcher Stichprobenahmen sind das Einsammeln gasförmiger Bestandteile in einem Beutel oder das Ansammeln von Feinstaub (PM) an einem Filter. Die eingesammelten Konzentrationen werden mit dem Gesamtwert der Abgasmasse oder des Abgasdurchsatzes (unverdünnt oder verdünnt) multipliziert, aus denen sie während des Prüfzyklus entnommen worden sind. Dies ergibt die Gesamtmasse bzw. den gesamten Massendurchsatz der emittierten Komponente. Zur Berechnung der Feinstaubkonzentration wird die aus einem proportional entnommenen Abgas an einem Filter abgelagerte Feinstaubmasse durch die Menge des gefilterten Abgases dividiert.

7.1.3. Messverfahren

In diesem Anhang werden zwei funktional äquivalente Messverfahren angewendet. Beide Verfahren können sowohl für WHTC- als auch für WHSC-Prüfzyklen angewendet werden:

a) die gasförmigen Bestandteile werden mit fortlaufend aus den Rohabgasen entnommenen Proben und die partikelförmigen Bestandteile mithilfe eines Teilstromverdünnungssystems bestimmt;

b) die gasförmigen und partikelförmigen Bestandteile werden mithilfe eines Vollstrom-Verdünnungssystems (CVS-System) bestimmt.

Jede Kombination der beiden Prinzipien (z. B. Messung der gasförmigen Schadstoffe im Rohabgas und der Partikel per Vollstrommessung) ist zulässig.

7.2. Prüfzyklen

7.2.1. Instationärer Prüfzyklus WHTC

Der instationäre WHTC-Prüfzyklus ist in der Anlage 1 als eine Folge von im Sekundenabstand wechselnden Drehzahl- und Drehmomentwerten dargestellt. Zur Durchführung der Prüfung an einer Motorprüfzelle sind die normierten Werte mithilfe der Motorabbildungskurve in die tatsächlichen Werte für den zu prüfenden Motor umzurechnen. Diese Umrechnung wird als Entnormierung bezeichnet, der so entwickelte Prüfzyklus ist der Bezugsprüfzyklus für den zu prüfenden Motor. Mit diesen Bezugswerten für Drehzahl und Drehmoment muss der Zyklus in der Prüfzelle durchgeführt werden; dabei sind die tatsächlichen Werte für Drehzahl, Drehmoment und Leistung aufzuzeichnen. Zur Validierung des Prüflaufs ist nach dem Abschluss der Prüfung eine Regressionsanalyse zwischen den Bezugswerten und den Messwerten der Drehzahl, des Drehmoments und der Leistung durchzuführen.

Zur Ermittlung der bremsspezifischen Emissionen ist die tatsächliche Zyklusarbeit durch Integration der tatsächlichen Motorleistung über dem Zyklus zu errechnen. Der Prüflauf gilt als validiert, wenn die tatsächliche Zyklusarbeit innerhalb der zulässigen Grenzen der Arbeit des Bezugszyklus liegt.

Für die gasförmigen Schadstoffe kann eine kontinuierliche Probenahme (aus unverdünnten oder verdünnten Abgasen) oder eine Stichprobenahme (aus verdünnten Abgasen) angewandt werden. Die Partikelprobe ist mit einem konditionierten Verdünnungsmittel (wie Umgebungsluft) zu verdünnen und an einem einzigen geeigneten Filter abzuscheiden. Der WHTC-Prüfzyklus ist in Abbildung 3 schematisch dargestellt.

7.2.2. Gestuft stationärer Prüfzyklus WHSC

Der gestuft stationäre Prüfzyklus WHSC besteht aus einer Abfolge normalisierter Drehzahl- und Belastungsphasen, die mithilfe der Motorabbildungskurve in Bezugswerte für den zu prüfenden Motor zu konvertieren sind. Der Motor läuft in jeder Phase die vorgeschriebene Zeit, wobei Drehzahl und Last innerhalb von 20 ± 1 Sekunden linear zu verändern sind. Zur Validierung des Prüflaufes ist anschließend eine Regressionsanalyse zwischen den Bezugswerten und den Messwerten von Drehzahl, Drehmoment und Leistung durchzuführen.

Die Konzentration sämtlicher gasförmiger Schadstoffe, des Abgasstroms und der Leistungsabgabe muss für den ganzen Prüfzyklus bestimmt werden. Die gasförmigen Schadstoffe können kontinuierlich erfasst oder in einem Probenahmebeutel gesammelt werden. Die Partikelprobe ist mit konditioniertem Verdünnungsmittel (z. B. Umgebungsluft) zu verdünnen. Eine Probe ist über den gesamten Prüfzyklus zu entnehmen und an einem einzigen geeigneten Filter abzuscheiden.

Zur Ermittlung der bremsspezifischen Emissionen ist die tatsächliche Zyklusarbeit durch Integration der tatsächlichen Motorleistung über den Zyklus zu errechnen.

Der WHSC-Prüfzyklus ist in Tabelle 1 dargestellt. Mit Ausnahme der Prüfphase 1 ist der Beginn jeder Prüfphase durch den Beginn der Übergangsphase nach der vorherigen Prüfphase definiert.

Tabelle 1

WHSC-Prüfzyklus

Prüfphase Normierte Drehzahl (Prozent) Normiertes Drehmoment (Prozent) Dauer der Prüfphase (s) einschl. 20-Sekunden-Übergangszeit 1 0 0 210 2 55 100 50 3 55 25 250 4 55 70 75 5 35 100 50 6 25 25 200 7 45 70 75 8 45 25 150 9 55 50 125 10 75 100 50 11 35 50 200 12 35 25 250 13 0 0 210 Summe 1 895

7.3. Allgemeiner Ablauf der Prüfung

Das nachstehende Ablaufdiagramm gibt schematisch wieder, wie bei der Prüfung vorzugehen ist. Die Einzelheiten jedes Schritts finden sich im jeweiligen Absatz des Textes. Abweichungen von der dargestellten Vorgehensweise sind gegebenenfalls zulässig, die Bestimmungen der entsprechenden Absätze sind jedoch verbindlich.

Das WHTC-Prüfverfahren besteht aus einer Kaltstartprüfung nach einer natürlichen Kühlung oder einer Zwangskühlung des Motors, einer Heißabstellphase und einer Warmstartprüfung.

Das WHSC-Prüfverfahren besteht aus einer Warmstartprüfung, nach einer Vorkonditionierung gemäß der WHSC-Prüfphase 9.

7.4. Motorabbildung und Referenzzyklus

Die am Motor vor der Prüfung durchzuführenden Messungen, Leistungsüberprüfungen und Systemkalibrierungen müssen, wie im allgemeinen Prüfablauf des Absatzes 7.3 vorgesehen, vor dem Motorabbildungsverfahren durchgeführt werden.

Für die Generierung der WHTC- und WHSC- Bezugszyklen muss der Motor unter Volllast durch die Aufnahme der Kurven ‚Drehzahl zu Maximaldrehmoment‘ und ‚Drehzahl zu Maximalleistung‘ abgebildet werden. Die Abbildungskurve wird für die Entnormierung von Motordrehzahl (Absatz 7.4.6) und Motordrehmoment (Absatz 7.4.7) eingesetzt.

7.4.1. Warmlaufen des Motors

Der Motor muss bei 75 % bis 100 % seiner Maximalleistung oder gemäß den Empfehlungen des Herstellers oder nach gutem fachlichen Ermessen warmgelaufen werden. Gegen Ende des Warmlaufens muss der Motor in der Weise betrieben werden, dass sich die Motorkühlung und die Schmieröltemperatur innerhalb von ±2 % ihrer Mittelwerte für die Dauer von mindestens 2 Minuten stabilisieren, oder so lange, bis der Motorthermostat die Motortemperatur steuert.

7.4.2. Bestimmung des Drehzahlbereichs der Abbildung

Die niedrigste und die höchste Abbildungsdrehzahl werden wie folgt festgelegt:

niedrigste Abbildungsdrehzahl = Leerlaufdrehzahl höchste Abbildungsdrehzahl = n hi × 1,02 oder die Drehzahl, bei der das Volllast-Drehmoment gegen Null abfällt; es gilt der kleinere der beiden Werte.

7.4.3. Motorabbildungskurve

Wenn der Motor gemäß Absatz 7.4.1 stabilisiert ist, wird die Motorabbildung wie folgt vorgenommen.

a) Der Motor wird ohne Last und bei Leerlaufdrehzahl betrieben.

b) Der Motor wird bei maximaler Bedieneingabe und niedrigster Abbildungsdrehzahl betrieben.

c) Die Motordrehzahl wird mit einer mittleren Geschwindigkeit von 8 ± 1 min–1/s von der niedrigsten auf die höchste Abbildungsdrehzahl gesteigert, oder mit einer gleichbleibenden Rate in der Weise erhöht, dass es 4 bis 6 Minuten dauert, von der niedrigsten zur höchsten Abbildungsdrehzahl zu gelangen. Die Motordrehzahl und das Drehmoment sind mit einer Abtastfrequenz von mindestens einem Punkt pro Sekunde aufzuzeichnen.

Wählt man für die Bestimmung des negativen Bezugswerts des Drehmoments die Option b des Absatzes 7.4.7, kann die Abbildungskurve mit minimaler Bedieneingabe von der niedrigsten zur höchsten Abbildungsdrehzahl direkt durchlaufen.

7.4.4. Andere Abbildungsverfahren

Ist ein Hersteller der Auffassung, dass die vorstehenden Abbildungsverfahren für einen bestimmten Motor nicht sicher oder repräsentativ sind, können andere Abbildungstechniken verwendet werden. Diese anderen Techniken müssen dem Zweck der beschriebenen Abbildungsverfahren genügen, der darin besteht, bei allen Motordrehzahlen, die während der Prüfzyklen auftreten, das höchste verfügbare Drehmoment zu bestimmen. Abweichungen von den in diesem Absatz beschriebenen Abbildungstechniken aufgrund sicherheitstechnischer Belange oder zugunsten einer besseren Repräsentativität müssen zusammen mit der entsprechenden Begründung von der Typgenehmigungsbehörde genehmigt werden. Auf keinen Fall jedoch darf die Drehmomentkurve für Motoren mit Drehzahlregler oder Turbolader bei sinkenden Motordrehzahlen betrieben werden.

7.4.5. Wiederholungsprüfungen

Ein Motor muss nicht vor jedem einzelnen Prüfzyklus abgebildet werden. Eine erneute Abbildung ist vor einem Prüfzyklus durchzuführen, wenn:

a) seit der letzten Abbildung ein nach technischem Ermessen unangemessen langer Zeitraum vergangen ist oder wenn

b) an dem Motor mechanische Veränderungen oder Nachkalibrierungen vorgenommen worden sind, die sich möglicherweise auf die Motorleistung auswirken.

7.4.6. Entnormierung der Motordrehzahl

Für die Generierung der Bezugszyklen müssen die normierten Drehzahlen der Anlage 1 (WHTC) und der Tabelle 1 (WHSC) unter Anwendung folgender Formel entnormiert werden:

(9)

Für die Bestimmung von n pref muss mittels der Motorabbildungskurve gemäß Absatz 7.4.3 das Integral des maximalen Drehmoments von n idle bis n 95h gebildet werden.

Die Motordrehzahlen in den Abbildungen 4 und 5 sind wie folgt definiert:

nlo ist die niedrigste Drehzahl, bei der die Leistung 55 % der Maximalleistung beträgt; n pref ist die Motordrehzahl, bei der das Integral des maximalen abgebildeten Drehmoments 51 % des Integrals zwischen n idle und n 95h beträgt; nhi ist die höchste Drehzahl, bei der die Leistung 70 % der Maximalleistung beträgt; n idle ist die Leerlaufdrehzahl; n 95h ist die höchste Drehzahl, bei der die Leistung 95 % der Maximalleistung beträgt.

Für Motoren (hauptsächlich Fremdzündungsmotoren) mit einer steilen Kennlinie der Überdrehzahlsicherung (governor droop curve), bei denen die Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr es nicht erlaubt, den Motor bis n hi oder n 95h zu betreiben, gelten folgende Bestimmungen:

nhi in der Formel 9 wird ersetzt durch n Pmax × 1,02; n 95h wird ersetzt durch n Pmax × 1,02.

7.4.7. Entnormierung des Motordrehmoments

Die im Ablaufplan für den Motorleistungsprüfstand in Anlage 1 (WHTC) sowie in Tabelle 1 (WHSC) angegebenen Drehmomentwerte sind auf die Höchstwerte der Drehmomente bei der jeweiligen Drehzahlen normiert. Für die Generierung der Bezugszyklen müssen die Drehmomentwerte für jeden einzelnen gemäß Absatz 7.4.6 festgelegten Bezugsdrehzahlwert wie folgt entnormiert werden, indem man die nach Absatz 7.4.3 ermittelte Abbildungskurve anwendet:

(10)

Hierbei ist:

M norm,i der normierte Drehmomentwert, %, M max,i der Maximalwert des Drehmoments aus der Abbildungskurve, Nm, M f,i das von den anzubringenden Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen aufgenommene Drehmoment, Nm, M r,i das von den zu entfernenden Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen aufgenommene Drehmoment, Nm.

Wenn Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen gemäß Absatz 6.3.1 und Anlage 7 angebracht sind, haben M f und M r den Wert Null.

Zur Einrichtung des Bezugszyklus müssen die negativen Drehmomentwerte der Schiebebetriebspunkte (‚m‘ in Anlage 1) Bezugswerte annehmen, die nach einem der folgenden Verfahren bestimmt werden:

a) negative 40 % des beim zugeordneten Drehzahlpunkt verfügbaren positiven Drehmoments;

b) Abbildung des negativen Drehmoments, das erforderlich ist, um per Motorbremse die Abbildungsdrehzahl vom höchsten zum niedrigsten Wert herunterzufahren;

c) Bestimmung des negativen Drehmoments, das erforderlich ist, um den Motor per Motorbremse bei Leerlauf bzw. bei nhi herunterzufahren, und lineare Interpolation zwischen diesen beiden Punkten.

7.4.8. Berechnung der Bezugszyklusarbeit

Bezugszyklusarbeit muss über den Prüfzyklus bestimmt werden, indem man synchron die Momentanwerte der Motorleistung aus der Bezugsdrehzahl und dem Bezugsdrehmoment berechnet, wie in den Absätzen 7.4.6 und 7.4.7 festgelegt. Momentanwerte der Motorleistung müssen über den Prüfzyklus integriert werden, um die Bezugszyklusarbeit W ref (kWh) zu bestimmen. Wenn gemäß Absatz 6.3.1 keine Hilfseinrichtungen angebracht sind, müssen die Momentanwerte der Motorleistung mit der Formel 4 in Absatz 6.3.5 korrigiert werden.

Dieselbe Vorgehensweise muss für die Integration sowohl der Bezugswerte als auch der Messwerte der Motorleistung angewandt werden. Wenn Werte zwischen benachbarten Referenzwerten oder Messwerten bestimmt werden müssen, ist linear zu interpolieren. Bei der Integration der aktuellen Zyklusarbeit muss jeder negative Drehmomentwert gleich Null gesetzt und mit diesem Wert berücksichtigt werden. Findet die Integration bei einer Frequenz von unter 5 Hz statt und verändert sich das Vorzeichen des Drehmomentwertes in einem gegebenen Zeitabschnitt von positiv zu negativ oder umgekehrt, so ist der negative Anteil zu berechnen und gleich Null zu setzen. Der positive Anteil ist dem integrierten Wert zuzuschlagen.

7.5. Vor der Prüfung zu treffende Maßnahmen

7.5.1. Anbringen der Messgeräte

Die Geräte und die Probenahmesonden sind vorschriftsgemäß anzubringen. Wird ein Vollstrom-Verdünnungssystem verwendet, ist das Abgasrohr daran anzuschließen.

7.5.2. Vorbereiten der Messgeräte auf die Probenahmen

Folgende Schritte sind zu unternehmen, bevor die Emissionsprobenahme beginnt:

a) Binnen 8 Stunden vor der Emissionsprobenahme muss eine Dichtigkeitsprüfung gemäß Absatz 9.3.4 durchgeführt werden.

b) Für Stichprobenahmen müssen saubere Speichermittel angebracht werden, zum Beispiel luftleere Beutel.

c) Alle Messgeräte müssen gemäß den Anweisungen des Herstellers und fachgerecht in Betrieb genommen werden.

d) Die Verdünnungssysteme, Probenahmepumpen, Kühlgebläse und Datenerfassungsgeräte müssen eingeschaltet werden.

e) Die Probendurchsätze müssen auf die gewünschten Pegel eingestellt werden, falls erwünscht unter Einsatz von Nebenstrom.

f) Wärmetauscher im Probenahmesystem müssen vorgewärmt oder vorgekühlt werden, um sie für die jeweilige Prüfung in ihren Betriebstemperaturbereich zu bringen.

g) Es muss hinreichend Zeit vorgesehen werden, damit erwärmte oder gekühlte Komponenten wie Entnahmeleitungen, Filter, Kühler und Pumpen ihre Betriebstemperatur stabil erreichen.

h) Die Strömung des Abgasverdünnungssystems muss mindestens 10 Minuten vor einer Prüfsequenz eingeschaltet werden.

i) Jeder elektronische Integrator muss vor jedem Prüfabschnitt auf Null gesetzt werden.

7.5.3. Überprüfung der Gasanalysatoren

Die Arbeitsbereiche der Gasanalysatoren müssen eingestellt werden. Es sind Emissionsanalysatoren mit automatischer oder manueller Bereichsumschaltung zulässig. Während eines Prüfzyklus darf der Bereich der Emissionsanalysatoren nicht umgeschaltet werden. Auch die Verstärkungseinstellung eines oder mehrerer analoger Operationsverstärker eines Analysators darf während des Prüfzyklus nicht umgeschaltet werden.

Die Nullgas- und Kalibriergas-Antwort muss für alle jene Analysatoren festgestellt werden, die international kalibrierte Gase verwenden, welche den Anforderungen des Absatzes 9.3.3 genügen. FID-Analysatoren müssen auf der Basis der Kohlenstoffzahl Eins (C1) kalibriert werden.

7.5.4. Vorbereitung der Partikelprobenahmefilter

Wenigstens eine Stunde vor der Prüfung ist jedes einzelne Filter in eine gegen Staubkontamination geschützte und Luftaustausch ermöglichende Petrischale zu legen, die zur Stabilisierung in eine Wägekammer gelegt wird. Nach der Stabilisierungsphase ist jedes Filter zu wägen und das Taragewicht aufzuzeichnen. Dann ist das Filter in einer verschlossenen Petrischale oder einem verschlossenen Filterhalter aufzubewahren, bis es zur Messung kommt. Das Filter ist binnen acht Stunden nach seiner Entnahme aus der Wägekammer zu verwenden.

7.5.5. Einstellung des Verdünnungssystems

Der Gesamtdurchsatz verdünnter Abgase eines Vollstrom-Verdünnungssystems oder der Abgasdurchsatz durch ein Teilstrom-Verdünnungssystem ist so einzustellen, dass Kondenswasserbildung im System vermieden und eine Filteranströmtemperatur zwischen 315 K (42 °C) und 325 K (52 °C) erreicht wird.

7.5.6. Inbetriebnahme des Partikelprobenahmesystems

Das Partikelprobenahmesystem ist zu starten und im Bypassmodus zu betreiben. Der Partikelhintergrundpegel der Verdünnungsluft kann bestimmt werden, indem Verdünnungsluftproben vor dem Eintritt des Abgases in den Verdünnungstunnel entnommen werden. Diese Messung kann vor oder nach der Prüfung durchgeführt werden. Wenn die Messung sowohl vor als auch nach dem Zyklus durchgeführt wird, kann man daraus den Mittelwert bilden. Wenn für die Hintergrundmessung ein anderes Probenahmesystem verwendet wird, müssen die Messungen gleichzeitig mit dem Prüflauf durchgeführt werden.

7.6. WHTC -Prüffolge

7.6.1. Abkühlen des Motors

Der Motor kann entweder natürlich abkühlen oder zwangsgekühlt werden. Für die Zwangskühlung sind nach bestem fachlichem Ermessen Systeme zu verwenden, die den Motor mit Kühlluft anblasen, kühles Öl in den Schmierölkreislauf des Motors pumpen, dem Kühlmittel mittels des Motorkühlsystems Wärme entziehen und dem Abgasnachbehandlungssystem Wärme entziehen. Bei Zwangskühlung des Abgasnachbehandlungssystems darf Kühlluft erst eingeleitet werden, nachdem seine Temperatur unter die Aktivierungstemperatur des Katalysators gefallen ist. Kühlverfahren, die zu nicht repräsentativen Emissionswerten führen, sind unzulässig.

7.6.2. Prüfung mit Kaltstart

Die Prüfung ist zu beginnen, wenn die Temperatur des Schmiermittels, des Kühlmittels und des Abgasnachbehandlungssystems zwischen 293 K und 303 K (20 und 30 °C) liegt. Der Motor ist nach einem der folgenden Verfahren anzulassen:

a) Anlassen gemäß Betriebsanleitung mit einem serienmäßigen Anlasser und einer ausreichend geladenen Batterie oder einer anderen geeigneten Stromquelle;

b) Anlassen mithilfe des Leistungsprüfstands. Der Motor ist mit der betriebsüblichen Drehzahl ±25 % durchzudrehen. Der Anlassvorgang ist innerhalb von 1 Sekunde nach Anspringen des Motors zu beenden. Springt der Motor nicht spätestens nach 15 Sekunden Durchdrehen an, ist der Anlassvorgang abzubrechen und die Ursache des Nichtsanspringens zu ermitteln, sofern nicht in der Betriebsanleitung oder im Werkstatthandbuch ein längeres Durchdrehen als normal angegeben wird.

7.6.3. Heißabstellphase

Unmittelbar nach der Prüfung mit Kaltstart ist der Motor für die Warmstartprüfung mit einer Heißabstellphase von 10 ± 1 Minute zu konditionieren.

7.6.4. Prüfung mit Warmstart

Der Motor ist nach Ende der in Absatz 7.6.3 definierten Heißabstellphase nach einem der in Absatz 7.6.2 beschriebenen Verfahren anzulassen.

7.6.5. Prüffolge

Die Prüffolge beginnt sowohl für die Kaltstartprüfung als auch für die Warmstartprüfung mit dem Anlassen des Motors. Nach dem Anspringen des Motors muss die Zyklussteuerung eingeschaltet werden, damit der Motorbetrieb dem ersten Einstellpunkt des Prüfzyklus entspricht.

Die Prüfung ist nach dem in Absatz 7.4 beschriebenen Bezugszyklus durchzuführen. Die Führungssollwerte für Motordrehzahl und -drehmoment sind mit mindestens 5 Hz (empfohlen 10 Hz) auszugeben. Die Sollwerte sind durch lineare Interpolation zwischen den im Sekundenabstand angeordneten Sollwerten des Bezugszyklus zu ermitteln. Die Messwerte der Drehzahl und des Drehmoments des Motors sind während des Prüfzyklus mit einer Frequenz von mindestens 1 Hz aufzuzeichnen, die Signale können elektronisch gefiltert werden.

7.6.6. Erfassung emissionsrelevanter Daten

Mit Beginn der Prüffolge sind gleichzeitig die Messgeräte einzuschalten:

a) Beginn der Erfassung oder Analyse der Verdünnungsluft, wenn ein Vollstrom-Verdünnungssystem verwendet wird,

b) Beginn der Erfassung oder Analyse des rohen oder verdünnten Abgases, je nach gewählter Methode,

c) Beginn der Messung der Menge von verdünntem Abgas sowie der erforderlichen Temperaturen und Drücke,

d) Beginn der Aufzeichnung des Abgasmassendurchsatzes, wenn mit Analyse des Rohabgases gearbeitet wird,

e) Beginn der Aufzeichnung der Messwerte von Drehzahl und Drehmoment des Motorprüfstands.

Werden Rohabgasmessungen vorgenommen, so sind die Emissionskonzentrationen ((NM)HC, CO und NOx) sowie der Abgasmassendurchsatz kontinuierlich zu messen und mit mindestens 2 Hz in einem Computersystem zu speichern. Alle anderen Daten können mit einer Abtastfrequenz von mindestens 1 Hz aufgezeichnet werden. Für analoge Analysegeräte ist das Ansprechverhalten aufzuzeichnen, die Kalibrierdaten können während der Datenauswertung online oder offline angewandt werden.

Wird ein Vollstrom-Verdünnungssystem verwendet, sind HC und NOx im Verdünnungstunnel kontinuierlich mit einer Frequenz von mindestens 2 Hz zu messen. Die durchschnittlichen Konzentrationen sind durch Integrieren der Signale der Analysegeräte über den Prüfzyklus zu bestimmen. Die Systemansprechzeit darf nicht länger sein als 20 s und muss gegebenenfalls mit den CVS-Strömungsschwankungen und den Probenahmezeiten-/Prüfzyklusabweichungen abgestimmt werden. Durch Integration oder durch Analysieren der über den Zyklus im Probenahmebeutel gesammelten Konzentrationen können CO, CO2, NMHC bestimmt werden. Die Konzentrationen der gasförmigen Schadstoffe in der Verdünnungsluft sind durch Integration oder Einsammeln in den Hintergrundbeutel zu bestimmen und zwar vor der Eintrittsstelle der Abgase in den Verdünnungstunnel. Alle übrigen zu messenden Parameter sind mit mindestens einer Messung pro Sekunde (1 Hz) aufzuzeichnen.

7.6.7. Partikelprobenahme

Zu Beginn der Prüffolge ist das Partikel-Probenahmesystem von Bypass auf Partikelsammlung umzuschalten.

Wird ein Teilstrom-Verdünnungssystem verwendet, ist (sind) die Probenahmepumpe(n) so zu steuern, dass der Durchsatz durch die Partikel-Probenahmesonde oder das Übertragungsrohr proportional zu dem nach Absatz 9.4.6.1 ermittelten Abgasmassendurchsatz gehalten wird.

Wird ein Vollstrom-Verdünnungssystem verwendet, so ist (sind) die Probenahmepumpe(n) so einzustellen, dass der Durchsatz durch die Partikel-Probenahmesonde oder das Übertragungsrohr auf ±2,5 % des eingestellten Wertes konstant bleibt. Findet eine Durchflussmengenkompensation statt (d. h. eine Proportionalregelung des Probenstroms), ist nachzuweisen, dass das Verhältnis von Haupttunnelstrom zu Partikelprobenstrom um höchstens ±2,5 % seines Sollwertes schwankt (ausgenommen die ersten zehn Sekunden der Probenahme). Die Mittelwerte von Temperatur und Druck am Einlass des Gasmess- oder Durchflussmessgeräts (der Gasmess- oder Durchflussmessgeräte) sind aufzuzeichnen. Die Prüfung ist ungültig, wenn es wegen hoher Beladung des Partikelfilters nicht möglich ist, den eingestellten Durchsatz über den gesamten Zyklus hinweg mit einer Toleranz von ±2,5 % aufrechtzuerhalten. Die Prüfung ist dann mit einem kleineren Probenahmestrom zu wiederholen.

7.6.8. Abwürgen des Motors und Funktionsstörungen an den Geräten

Wird der Motor während der Prüfung mit Kaltstart zu irgendeinem Zeitpunkt abgewürgt, ist die Prüfung ungültig. Der Motor ist dann vorzukonditionieren und nach Absatz 7.6.2 neu zu starten, die Prüfung ist zu wiederholen.

Wird der Motor während des WHTC-Prüfzyklus mit Warmstart zu irgendeinem Zeitpunkt abgewürgt, ist die Prüfung ungültig. Der Motor ist dann nach Absatz 7.6.3 heiß abzustellen, die Prüfung ist zu wiederholen. Die Prüfung mit Kaltstart braucht in diesem Fall nicht wiederholt zu werden.

Tritt an einem der für die Prüfung erforderlichen Messgeräte eine Funktionsstörung auf, ist die Prüfung ungültig und nach den für den jeweiligen Prüfzyklus geltenden obigen Bestimmungen zu wiederholen.

7.7. WHSC -Prüffolge

7.7.1. Vorkonditionierung des Verdünnungssystems und des Motors

Das Verdünnungssystem und der Motor müssen gemäß Absatz 7.4.1 gestartet und warmlaufen gelassen werden. Nach dem Aufwärmen sind der Motor und das Probenahmensystem vorzukonditionieren, indem man den Motor während mindestens 10 Minuten in Prüfphase 9 betreibt (siehe Absatz 7.2.2, Tabelle 1), während gleichzeitig das Verdünnungssystem in Betrieb ist. Blindproben von Feinstaubemissionen können abgeschieden werden. Partikel-Probenahmefilter müssen nicht stabilisiert oder gewogen werden und können entfernt werden. Der Durchsatz ist ungefähr auf die für den Test ausgewählten Durchsätze einzustellen. Der Motor ist nach der Vorkonditionierung abzuschalten.

7.7.2. Motorstart

5 ± 1 Minute nach der Vorkonditionierung unter den Betriebsbedingungen der Prüfphase 9 nach Absatz 7.7.1 ist der Motor gemäß dem vom Hersteller im Benutzerhandbuch empfohlenen Verfahren anzulassen, entweder mit einem serienmäßigen Anlasser, oder mit dem Leistungsprüfstand gemäß Absatz 7.6.2.

7.7.3. Prüffolge

Die Prüffolge beginnt nach den Anspringen des Motors und innerhalb einer Minute nach der Einstellung des Motors auf die erste Prüfphase des Zyklus (Leerlauf).

Die WHSC-Prüfung ist mit der Abfolge der Prüfphasen gemäß Tabelle 1 des Absatzes 7.2.2 durchzuführen

7.7.4. Erfassung emissionsrelevanter Daten

Mit Beginn der Prüffolge sind gleichzeitig die Messgeräte einzuschalten:

a) Beginn der Erfassung oder Analyse des Verdünnungsgases wenn ein Vollstrom-Verdünnungssystem verwendet wird,

b) Beginn der Erfassung oder Analyse des rohen oder verdünnten Abgases, je nach gewählter Methode,

c) Beginn der Messung der Menge von verdünntem Abgas sowie der erforderlichen Temperaturen und Drücke,

d) Beginn der Aufzeichnung des Abgasmassendurchsatzes, wenn mit Analyse des Rohabgases gearbeitet wird,

e) Beginn der Aufzeichnung der Messwerte von Drehzahl und Drehmoment des Leistungsprüfstandes.

Werden Rohabgasmessungen vorgenommen, so sind die Emissionskonzentrationen ((NM)HC, CO und NOx) und der Abgasmassendurchsatz kontinuierlich zu messen und mit mindestens 2 Hz in einem Computersystem zu speichern. Alle anderen Daten können mit einer Abtastfrequenz von mindestens 1 Hz aufgezeichnet werden. Für analoge Analysegeräte ist das Ansprechverhalten aufzuzeichnen, die Kalibrierdaten können während der Datenauswertung online oder offline angewandt werden.

Wird ein Vollstrom-Verdünnungssystem verwendet, sind HC und NOx im Verdünnungstunnel kontinuierlich mit einer Frequenz von mindestens 2 Hz zu messen. Die durchschnittlichen Konzentrationen sind durch Integrieren der Signale der Analysegeräte über den Prüfzyklus zu bestimmen. Die Systemansprechzeit darf nicht länger sein als 20 s und muss gegebenenfalls mit den CVS-Strömungsschwankungen und den Probenahmezeiten-/Prüfzyklusabweichungen abgestimmt werden. Durch Integration oder durch Analysieren der über den Zyklus im Probenahmebeutel gesammelten Konzentrationen können CO, CO2, NMHC und bestimmt werden. Die Konzentrationen der gasförmigen Schadstoffe in der Verdünnungsluft sind durch Integration oder Einsammeln in den Hintergrundbeutel zu bestimmen und zwar vor der Eintrittsstelle der Abgase in den Verdünnungstunnel. Alle übrigen zu messenden Parameter sind mit mindestens einer Messung pro Sekunde (1 Hz) aufzuzeichnen.

7.7.5. Partikelprobenahme

Zu Beginn der Prüffolge ist das Partikel-Probenahmesystem von Bypass auf Partikelsammlung umzuschalten. Wird ein Teilstrom-Verdünnungssystem verwendet, ist (sind) die Probenahmepumpe(n) so zu steuern, dass der Durchsatz durch die Partikel-Probenahmesonde oder das Übertragungsrohr proportional zu dem nach Absatz 9.4.6.1 ermittelten Abgasmassendurchsatz gehalten wird.

Wird eine Vollstrom-Verdünnungssystem verwendet, so ist (sind) die Probenahmepumpe(n) so einzustellen, dass der Durchsatz durch die Partikel-Probenahmesonde oder das Übertragungsrohr auf ±2,5 % des eingestellten Wertes konstant bleibt. Findet eine Durchflussmengenkompensation statt (d. h. eine Proportionalregelung des Probenstroms), ist nachzuweisen, dass das Verhältnis von Haupttunnelstrom zu Partikelprobenstrom um höchstens ±2,5 % seines Sollwertes schwankt (ausgenommen die ersten zehn Sekunden der Probenahme). Die Mittelwerte von Temperatur und Druck am Einlass des Gasmess- oder Durchflussmessgeräts (der Gasmess- oder Durchflussmessgeräte) sind aufzuzeichnen. Die Prüfung ist ungültig, wenn es wegen hoher Beladung des Partikelfilters nicht möglich ist, den eingestellten Durchsatz über den gesamten Zyklus hinweg mit einer Toleranz von ±2,5 % aufrechtzuerhalten. Die Prüfung ist dann mit einem kleineren Probenahmestrom zu wiederholen.

7.7.6. Abwürgen des Motors und Funktionsstörungen an den Geräten

Wird der Motor während des Zyklus zu irgendeinem Zeitpunkt abgewürgt, ist die Prüfung ungültig. Der Motor ist dann nach Absatz 7.7.1 vorzukonditionieren, nach Absatz 7.7.2 neu zu starten und die Prüfung ist zu wiederholen.

Tritt an einem der für die Prüfung erforderlichen Messgeräte eine Funktionsstörung auf, ist die Prüfung ungültig und nach obigen Bestimmungen zu wiederholen.

7.8. Vorgehensweise nach der Prüfung

7.8.1. Arbeitsgänge im Anschluss an die Prüfung

Nach dem Abschluss der Prüfung sind die Messung des Abgasmassendurchsatzes, des Volumens des verdünnten Abgases, der Gasstrom in die Sammelbeutel und die Partikelprobenahme-Pumpe anzuhalten. Bei einem integrierten Analysesystem ist die Probenahme fortzusetzen, bis die Systemansprechzeiten abgelaufen sind.

7.8.2. Überprüfung der Verhältnisgleichheit der Probenahmen

Für jede verhältnisgleiche Stichprobe, wie eine Beutelprobe oder eine Feinstaubprobe, musss überprüft werden, dass eine verhältnisgleiche Probenahme nach den Absätzen 7.6.7 und 7.7.5 eingehalten worden ist. Jede Probe, die den Anforderungen nicht genügt, ist zu verwerfen.

7.8.3. Konditionieren und Wägen von Feinstaub

Die Partikelfilter müssen in abgedeckten oder verschlossenen Behältern aufbewahrt werden, oder es müssen die Filterträger verschlossen sein, um die Probefilter vor einer Verschmutzung durch die Umwelt zu schützen. Mit derartigem Schutz sind die Filter in die Analysewaage einzulegen. Die Filter müssen während mindestens einer Stunde konditioniert und dann nach Absatz 9.4.5 gewogen werden. Das Bruttogewicht der Filter ist aufzuzeichnen.

7.8.4. Driftüberprüfung

Sobald wie möglich, aber nicht später als 30 Minuten nach dem Abschluss des Prüfzyklus oder während der Heißabstellphase, muss das Ansprechen der Gasanalysatoren am Nullpunkt und an der Messbereichsgrenze bestimmt werden. Für die Zwecke dieses Absatzes wird der Prüfzyklus wie folgt definiert:

a) für den WHTC-Zyklus: die vollständige Abfolge kalt-heiß abgestellt-warm,

b) für die WHTC-Warmstartprüfung (Absatz 6.6): die Abfolge heiß abgestellt-warm,

c) fü die WHTC-Warmstartprüfung mit Mehrfachregenerierung (Absatz 6.6): die Gesamtzahl von Warmstartprüfungen,

d) für den WHSC-Zyklus: der Prüfzyklus.

Für den Drift der Analysatoren gelten folgende Bestimmungen:

a) das vor und nach der Prüfung festgestellte Ansprechen auf Nullgas und Kalibriergas kann direkt in die Formel 66 in Absatz 8.6.1 eingesetzt werden, ohne den Drift zu bestimmen,

b) wenn die Driftdifferenz zwischen dem Messergebnissen vor und nach der Prüfung kleiner als 1 % des Vollausschlags ist, können die gemessenen Konzentrationen ohne Korrektur verwendet werden oder gemäß Absatz 8.6.1 driftbereinigt werden,

c) wenn die Driftdifferenz zwischen den Messergebnissen vor und nach der Prüfung größer als 1 Prozent des Vollausschlags ist, müssen die Messungen verworfen werden oder die gemessenen Konzentrationen gemäß Absatz 8.6.1 driftbereinigt werden.

7.8.5. Analyse gasförmiger Beutelproben

Sobald wie möglich ist folgendes durchzuführen:

a) gasförmiger Beutelproben müssen spätestens 30 Minuten nach Abschluss der Warmstartprüfung analysiert werden oder während der Heißabstellphase für die Kaltstarprüfung,

b) Hintergrundproben müssen spätestens 60 Minuten nach dem Abschluss der Warmstartprüfung analysiert werden.

7.8.6. Validierung der Zyklusarbeit

Vor der Berechnung der Zyklusarbeit sind die während des Motoranlassens aufgenommenen Messpunkte auszuscheiden. Die tatsächliche Zyklusarbeit ist über den Prüfzyklus unter synchroner Verwendung von Messwerten der Motordrehzahl und des Drehmoments, um daraus Momentanwerte der Motorleistung zu berechnen, zu bestimmen. Die Momentanleistungswerte des Motors werden über den Prüfzyklus integriert, um die aktuelle Zyklusarbeit W act (kWh) zu berechnen. Wenn Hilfseinrichtungen/Vorrichtungen gemäß Absatz 6.3.1 nicht angebracht sind, müssen die Momentanleistungswerte mit der Formel 4 des Absatzes 6.3.5 korrigiert werden.

Dieselbe Vorgehensweise, wie sie in Absatz 7.4.8 beschrieben ist, muss für die Integration der Messwerte der Motorleistung angewandt werden.

Die tatsächliche Zyklusarbeit Wact wird für den Vergleich mit der Bezugszyklusarbeit Wref und zur Berechnung der bremsspezifischen Emissionen verwendet (siehe Absatz 8.6.3).

W act muss zwischen 85 % und 105 % von W ref liegen.

7.8.7. Validierungsstatistik für den Prüfzyklus

Es sind lineare Regressionen der Messwerte (nact, Mact, Pact) auf die Bezugswerte (nref, Mref, Pref) durchzuführen, sowohl für WHTC als auch für WHSC.

Zur Verringerung der Verzerrungswirkung der Zeitverzögerung zwischen den Messwerten und den Bezugszykluswerten kann die gesamte Sequenz der Messwerte der Motordrehzahl und des Drehmoments gegenüber der Sequenz der entsprechenden Referenzwerte zeitlich vorgezogen oder verzögert werden. Bei einer Verschiebung der Messwerte müssen Drehzahl und Drehmoment um den gleichen Betrag und in die gleiche Richtung verschoben werden.

Es ist die Fehlerquadratmethode anzuwenden, mit folgender Formel für die beste Anpassung:

(11)

Hierbei ist:

y der Messwert der Drehzahl (min–1), des Drehmoments (Nm) oder der Leistung (kW), a1 die Steigung der Regressionsgeraden, x der Bezugswert von Drehzahl (min–1), Drehmoment (Nm) oder Leistung (kW), a0 der Y-Achsabschnitt der Regressionsgeraden.

Die Standardfehler (SEE) des geschätzten Verlaufs y über × und der Bestimmungskoeffizient (r2) sind für jede einzelne Regressionsgerade zu berechnen.

Es empfiehlt sich, diese Analyse bei 1 Hz durchzuführen. Damit eine Prüfung gültig ist, müssen die Kriterien der Tabelle 2 (WHTC) bzw. der Tabelle 3 (WHSC) erfüllt werden.

Tabelle 2

Toleranzen der Regressionsgeraden für WHTC

Drehzahl Drehmoment Leistung Standardabweichung (SEE) vom Schätzwert von Y über X max. 5 % der höchsten Prüfdrehzahl max. 10 % des höchsten Motordrehmoments max. 10 % der höchsten Motorleistung Steigung der Regressionsgeraden, a1 0,95 bis 1,03 0,83 bis 1,03 0,89 bis 1,03 Bestimmungs-koeffizient r2 min. 0,970 min. 0,850 min. 0,910 y-Achsabschnitt der Regressionsgeraden, a0 max. 10 % der Leerlaufdrehzahl ±20 Nm oder ±2 % des höchsten Drehmoments, es gilt der größere Wert ±4 kW oder ±2 % der Höchstleistung, es gilt der größere Wert





Tabelle 3

Toleranzen der Regressionsgeraden für WHSC

Drehzahl Drehmoment Leistung Standardabweichung (SEE) vom Schätzwert von Y über X max. 1 % der höchsten Prüfdrehzahl max. 2 % des höchsten Motordrehmoments max. 2 % der höchsten Motorleistung Steigung der Regressionsgeraden, a1 0,99 bis 1,01 0,98 bis 1,02 0,98 bis 1,02 Bestimmungs-koeffizient r2 min. 0,990 min. 0,950 min. 0,950 y-Achsabschnitt der Regressionsgeraden, a0 max. 1 % der Leerlaufdrehzahl ±20 Nm oder ±2 % des höchsten Drehmoments, es gilt der größere Wert ±4 kW or ±2 % der Höchstleistung, es gilt der größere Wert

Nur zu Regressionszwecken sind die in Tabelle 4 angegebenen Punktstreichungen vor der Regressionsrechnung zulässig. Diese Punkte dürfen jedoch zur Berechnung der Zyklusarbeit und der Emissionen nicht ausgelassen werden. Die Punktstreichung kann auf den gesamten Zyklus oder auf jeden Teil des Zyklus angewandt werden.

Tabelle 4

Zulässige Punktstreichungen aus der Regressionsanalyse

Ereignis Bedingungen Zulässige Punktstreichungen Minimum der Bedieneingabe (Leerlauf) n ref = 0 % und M ref = 0 % und M act > (M ref – 0,02M max. mapped torque) und M act < (M ref + 0,02M max. mapped torque) Drehzahl und Leistung Minimum der Bedieneingabe (Schiebebetrieb) M ref < 0 % Leistung und Drehmoment Minimum der Bedieneingabe n act ≤ 1,02 n ref und M act > M ref oder n act > n ref und M act ≤ M ref' oder n act > 1,02 n ref und M ref < M act ≤ (M ref + 0,02 M max. mapped torque) Leistung und entweder Drehmoment oder Drehzahl Maximum der Bedieneingabe n act < n ref und M act ≥ M ref oder n act ≥ 0,98 n ref und M act < M ref oder n act < 0,98 n ref und M ref > M act ≥ (M ref – 0,02 M max. mapped torque) Leistung und entweder Drehmoment oder Drehzahl

8. BERECHNUNG DER EMISSIONEN

Das Endergebnis ist nach ASTM E 29-06B in einem Schritt auf die in der jeweils geltenden Emissionsnorm angegebene Zahl von Dezimalstellen zu runden, zuzüglich einer weiteren signifikanten Stelle. Zwischenwerte, aus denen die endgültigen bremsspezifischen Emissionen errechnet werden, dürfen nicht gerundet werden.

Berechnungsbeispiele sind in der Anlage 6 enthalten.

Emissionsberechnungen auf molarer Basis, entsprechend dem Anhang 7 der Globalen Technischen Regelung Nr. [xx] hinsichtlich des Prüfprotokolls für Abgasemissionen mobiler Maschinen (NRMM), sind mit vorheriger Genehmigung der Typgenehmigungsbehörde zulässig.

8.1. Trocken-Feucht-Umrechnung

Wenn Emissionen im trockenen Bezugszustand gemessen wird, ist die gemessene Konzentration anhand folgender Formel in den feuchten Bezugszustand umzurechnen:

(12)

Hierbei ist:

c d die Konzentration im trockenen Bezugszustand, ppm oder Vol.-%, k w der Trocken-Feucht-Umrechnungsfaktor (k w,a, k w,e, oder k w,d je nach verwendeter Formel).

8.1.1. Unverdünntes Abgas

(13)

oder

(14)

oder

(15)

mit

(16)

und

(17)

Hierbei ist:

H a die Feuchtigkeit der Ansaugluft, g Wasser je kg trockener Luft, w ALF der Wasserstoffgehalt des Kraftstoffes, Massen-%, q mf,i der momentane Massendurchsatz des Kraftstoffs, kg/s, q mad,I der momentane Massendurchsatz der trockenen Ansaugluft, kg/s, p r der Wasserdampfdruck nach dem Kühlbad, kPa, p b der barometrische Gesamtdruck, kPa, w DEL der Stickstoffgehalt des Kraftstoffes, Massen-%, w EPS der Sauerstoffgehalt des Kraftstoffes, Massen-%, α das Molverhältnis des Kraftstoffes für Wasserstoff, c CO2 die CO2-Konzentration im trockenen Bezugszustand, %, c CO die CO-Konzentration im trockenen Bezugszustand, %.

Die Gleichungen 13 und 14 sind im Wesentlichen identisch; der Faktor 1,008 in den Gleichungen 13 und 15 ist eine Annäherung an den genaueren Ausdruck im Nenner der Gleichung 14.

8.1.2. Verdünntes Abgas

(18)

oder

(19)

mit

(20)

Hierbei ist:

α das Molverhältnis des Kraftstoffes für Wasserstoff c CO2 die CO2-Konzentration im trockenen Bezugszustand, % c CO die CO-Konzentration im trockenen Bezugszustand, % H d die Feuchtigkeit des Verdünnungsgases, g Wasser je kg trockener Luft H a die Feuchtigkeit der Ansaugluft, g Wasser je kg trockener Luft: D der Verdünnungsfaktor (siehe Absatz 8.5.2.3.2)

8.1.3. Verdünnungsgas

(21)

mit

(22)

Hierbei ist:

H d die Feuchtigkeit des Verdünnungsgases, g Wasser je kg trockener Luft.

8.2. Feuchtekorrektur der NOx-Konzentration

Da die NOx-Emission von den Bedingungen der Umgebungsluft abhängig ist, muss die NOx-Konzentration unter Berücksichtigung der Feuchtigkeit der Umgebungsluft mit Hilfe der in Absatz 8.2.1 oder 8.2.2 angegebenen Faktoren korrigiert werden. Die Feuchtigkeit der Ansaugluft H a kann nach den üblichen Formeln aus den Messwerten der relativen Feuchte, des Taupunkts, des Dampfdrucks oder der Trocken-/Feuchttemperatur errechnet werden.

8.2.1. Selbstzündungsmotoren

(23)

Hierbei ist:

H a Feuchtigkeit der Ansaugluft, g Wasser je kg trockene Luft

8.2.2. Fremdzündungsmotoren:

(24)

Hierbei ist:

H a Feuchtigkeit der Ansaugluft, g Wasser je kg trockene Luft

8.3. Korrektur des Auftriebs des Partikelfilters

Die Masse des Probenfilters muss um seinen Auftrieb in Luft korrigiert werden. Die entsprechende Korrektur hängt von der Dichte des Probenfilters, der Luft und des Kalibriergewichts der Waage ab; sie berücksichtigt nicht den Auftrieb des Feinstaubs an sich. Die Auftriebkorrektur ist sowohl an der Taramasse des Filters als auch an dessen Bruttomasse vorzunehmen.

Wenn die Dichte des Filterwerkstoffs nicht bekannt ist, sind folgende Dichtewerte anzuwenden:

a) Filter aus teflonummantelter Glasfaser: 2 300 kg/m3,

b) Filter aus Teflonmembran: 2 144 kg/m3,

c) Filter aus Teflonmembran mit einem Stützring aus Polymethylpenten: 920 kg/m3.

Für Kalibriergewichte aus rostfreiem Stahl ist eine Dichte von 8 000 kg/m3 anzunehmen. Besteht das Kalibriergewicht aus einem anderen Werkstoff, muss dessen Dichte bekannt sein.

Die nachstehenden Formeln sind zu verwenden:

(25)

mit

(26)

Hierbei ist:

m uncor die nicht korrigierte Masse des Probenfilters, mg, ρ a die Dichte der Luft, kg/m3, ρ w die Dichte des Kalibriergewichts der Waage, kg/m3, ρ f die Dichte des Partikelprobefilters, kg/m3, p b der atmosphärische Gesamtdruck, kPa, T a die Lufttemperatur in der Umgebung der Waage, K, 28,836 die Molmasse der Luft bei der Bezugsfeuchte (282,5 K), g/mol, 8,3144 die molare Gaskonstante.

Die in den Absätzen 8.4.3 und 8.5.3 verwendete Partikelprobenmasse mp ist wie folgt zu berechnen:

(27)

Hierbei ist:

m f,G die auftriebsbereinigte Brutto-Partikelfiltermasse, mg, m f,T die auftriebsbereinigte Tara-Partikelfiltermasse, mg.

8.4. Teilstromverdünnung und Messung im Rohabgas

Die momentanen Konzentrationensignale der gasförmigen Bestandteile werden zur Berechnung der Masseemissionen durch Multiplikation mit dem momentanen Abgasmassendurchsatz verwendet. Der Abgasmassendurchsatz kann direkt gemessen oder er kann auch aus Messungen berechnet werden, wie der Messung von Ansaugluft und Kraftstofffluss, dem Tracer-Verfahren oder aus Messungen der Ansaugluft und des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses. Besondere Aufmerksamkeit ist den Ansprechzeiten der einzelnen Instrumente zu widmen. Diese Differenzen sind durch zeitlichen Abgleich der Signale zu berücksichtigen. Bei Partikeln werden die Abgasmassendurchsatz-Signale zur Regelung des Teilstrom-Verdünnungssystems verwendet, um eine zum Abgasmassendurchsatz proportionale Probe zu nehmen. Die Verhältnisgerechtigkeit muss mit Regressionsanalysen zwischen Probendurchsatz und Abgasdurchsatz gemäß Absatz 9.4.6.1 überprüft werden. Die vollständige Prüfanordnung ist in Abbildung 6 schematisch dargestellt.

8.4.1. Bestimmung des Rohabgas-Massendurchsatzes

8.4.1.1. Vorbemerkung

Für die Berechnung der Emissionen im Rohabgas und die Steuerung eines Teilstrom-Verdünnungssystems muss der Abgasmassendurchsatz bekannt sein. Zur Ermittlung des Abgasmassendurchsatzes kann eine der in Absatz 8.4.1.3 bis 8.4.1.7 beschriebenen Messmethoden angewandt werden.

8.4.1.2. Ansprechzeit

Für die Berechnung der Emissionen darf die Ansprechzeit der in Absatz 8.4.1.3 bis 8.4.1.7 beschriebenen Messmethoden nicht länger sein als die in Absatz 9.3.5 für den Analysator geforderte Ansprechzeit von ≤ 10 s.

Zur Steuerung eines Teilstrom-Verdünnungssystems ist ein schnelleres Ansprechen erforderlich. Für onlinegesteuerte Teilstrom-Verdünnungssysteme ist eine Ansprechzeit ≤ 0,3 s erforderlich. Für Teilstrom-Verdünnungssysteme mit vorausschauender Steuerung auf der Basis eines aufgezeichneten Prüflaufes ist eine Ansprechzeit des Messsystems für den Abgasdurchsatz von ≤ 5 s mit einer Anstiegzeit von ≤ 1 s erforderlich. Die Systemansprechzeit ist vom Hersteller des Messinstruments anzugeben. Die Summe der größten zulässigen Ansprechzeiten für die Messung des Abgasdurchsatzes und die Steuerung des Teilstrom-Verdünnungssystems ist in Absatz 9.4.6.1 angegeben.

8.4.1.3. Direktmessungen

Für direkte Messung des momentanen Abgasdurchsatzes eignen sich Systemen wie:

a) Differenzdruckmesser wie Durchflussdüsen (Einzelheiten siehe ISO 5167),

b) Ultraschall-Durchflussmesser,

c) Wirbel- und Drall-Durchflussmesser.

Es sind Vorkehrungen gegen Messfehler zu treffen, die zu fehlerhaften Emissionswerten führen. Dazu gehört u. a. die sorgfältige Montage der Messeinrichtung im Abgassystem nach den Empfehlungen des Herstellers und den Regeln der Technik. Insbesondere darf der Einbau der Messeinrichtung die Leistung und die Emissionen des Motors nicht beeinflussen.

Die Durchflussmesser müssen die Linearitätsanforderungen des Absatzes 9.2 erfüllen.

8.4.1.4. Luft- und Kraftstoffmessung

Hierzu gehören die Messung des Luftdurchsatzes und des Kraftstoffdurchsatzes mit geeigneten Durchflussmessern. Die Berechnung des momentanen Abgasdurchsatzes wird wie folgt vorgenommen:

(28)

Hierbei ist:

q mew,i der momentane Massendurchsatz des Abgases, kg/s, q maw,i der momentane Massendurchsatz der Ansaugluft, kg/s, q mf,i der momentane Massendurchsatz Kraftstoffs, kg/s.

Die Durchflussmesser müssen die Linearitätsanforderungen des Absatzes 9.2 erfüllen, und zwar mit ausreichender Genauigkeit, um die Linearitätsanforderungen auch für den Abgasdurchsatzes zu erfüllen.

8.4.1.5. Messung mit Tracergas

Hierbei wird die Konzentration eines Tracergases im Abgas gemessen.

Eine bekannte Menge eines Inertgases (z. B. reines Helium) wird als Tracer in den Abgasstrom eingeleitet. Das Inertgas wird mit dem Abgas gemischt und dabei verdünnt, darf aber in der Abgasleitung nicht reagieren. Dann wird die Konzentration des Inertgases in der Abgasprobe gemessen.

Um die vollständige Vermischung des Tracergases sicherzustellen, ist die Abgasprobenahmesonde mindestens 1 m oder um das 30-fache des Durchmessers des Auspuffrohrs (es gilt der höhere Wert) strömungsabwärts nach der Einspritzstelle des Tracergases anzubringen. Die Probenahmesonde kann näher an der Einspritzstelle angebracht werden, wenn die vollständige Vermischung durch Vergleich der Tracergaskonzentration mit der Bezugskonzentration bei Einspritzung des Tracergases weiter stromaufwärts im Motor überprüft wird.

Der Tracergasstrom ist so einzustellen, dass bei Leerlaufdrehzahl des Motors die Tracergaskonzentration nach der Vermischung kleiner ist als der Skalenendwert des Tracergasanalysators.

Der Abgasdurchsatz wird nach folgender Formel berechnet:

(29)

Hierbei ist:

q mew,i der momentane Massendurchsatz des Abgases, kg/s, qvt der Tracergasdurchsatz, cm3/min, c mix,i die momentane Konzentration des Tracergases nach der Vermischung, ppm, ρ e die Dichte des Abgases, kg/m3 (siehe Tabelle 4), c b die Hintergrundkonzentration des Tracergases in der Ansaugluft, ppm.

Die Hintergrundkonzentration des Tracergases (cb) kann bestimmt werden, indem die durchschnittliche Hintergrundkonzentration unmittelbar vor und nach dem Prüflauf gemessen wird.

Die Hintergrundkonzentration kann vernachlässigt werden, wenn sie bei maximalem Abgasdurchsatz weniger als 1 % der Konzentration des Tracergases nach der Vermischung (cmix.i) beträgt.

Das Gesamtsystem muss die Linearitätsanforderungen für den Abgasdurchsatz gemäß Absatz 9.2 erfüllen.

8.4.1.6. Messung des Luftdurchsatzes und Luft-Kraftstoff-Verhältnisses

Hier wird der Abgasdurchsatz aus dem Luftdurchsatz und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis errechnet. Der momentane Abgasdurchsatz wird nach folgender Formel berechnet:

(30)

mit

(31)

(32)

Hierbei ist:

q maw,i der momentane Massendurchsatz der Ansaugluft, kg/s, A/Fst das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, kg/kg λ i der momentane Luftüberschussfaktor, c CO2d die trockene CO2-Konzentration, %, c COd die trockene CO-Konzentration, ppm, c HCw die feuchte HC-Konzentration, ppm.

Der Luftdurchflussmesser und die Analysatoren müssen die Linearitätsanforderungen des Absatzes 9.2, das Gesamtsystem muss die Anforderungen des Absatzes 9.2 für die Messung des Abgasdurchsatzes erfüllen.

Wird zur Bestimmung des Luftüberschusses ein Gerät für die Messung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, z. B. eine Zirkonsonde, verwendet, so muss dieses Gerät den Vorschriften von Absatz 9.3.2.7 entsprechen.

8.4.1.7. Kohlenstoffbilanzmethode

Hier wird die Abgasmasse aus dem Kraftstoffdurchsatz und den Abgaskomponenten berechnet, die Kohlenstoff enthalten. Der momentane Abgasdurchsatz wird nach folgender Formel berechnet:

(33)

mit

(34)

und

(35)

Hierbei ist:

q mf,i der momentane Kraftstoffmassendurchsatz, kg/s, H a die Feuchtigkeit der Ansaugluft, g Wasser je kg trockene Luft, wBET der Kohlenstoffgehalt des Kraftstoffs, Masseprozent, wALF der Wasserstoffgehalt des Kraftstoffs, Masseprozent, wDEL der Stickstoffgehalt des Kraftstoffs, Masseprozent, wEPS der Sauerstoffgehalt des Kraftstoffs, Masseprozent, c CO2d die trockene CO2-Konzentration, %, c CO2d,a die trockene CO2-Konzentration der Ansaugluft, %, cCO die trocken CO-Konzentration, ppm, c HCw die feuchte HC-Konzentration, ppm.

8.4.2. Bestimmung der gasförmigen Bestandteile

8.4.2.1. Vorbemerkungen

Die gasförmigen Bestandteile der vom zu prüfenden Motor emittierten Abgase müssen mit den in Absatz 9.3 und Anlage 3 beschriebenen Mess- und Probenahmesystemen gemessen werden. Die Auswertung der Daten ist in Absatz 8.4.2.2 beschrieben.

In den Absätzen 8.4.2.3 und 8.4.2.4 werden zwei Berechnungsverfahren beschrieben, die für den Bezugskraftstoff der Anlage 2 gleichwertig sind. Das Verfahren des Absatzes 8.4.2.3 ist einfacher, da es für das Verhältnis von Bestandteil zu Abgasdichte tabellierte u-Werte verwendet. Das Verfahren gemäß Absatz 8.4.2.4 ist für Kraftstoffqualitäten genauer, die von den Spezifikationen der Anlage 2 abweichen, erfordert jedoch eine Elementaranalyse der Kraftstoffzusammensetzung.

8.4.2.2. Datenauswertung

Die emissionrelevanten Daten müssen gemäß Absatz 7.6.6 registriert und gespeichert werden.

Zur Berechnung der emittierten Massen gasförmiger Bestandteile sind die Messkurven der aufgezeichneten Konzentrationen und die Messkurve des Abgasmassendurchsatzes um die in Absatz 3.1.30 definierte Wandlungszeit zeitlich abzugleichen. Die Ansprechzeiten der Analysegeräte für gasförmige Emissionen und für den Abgasmassenstrom sind deshalb nach Absatz 8.4.1.2 bzw. 9.3.5 zu ermitteln und aufzuzeichnen.

8.4.2.3. Berechnung der Schadstoffmasse anhand von Tabellenwerten

Die Schadstoffmasse (g/Prüfung) ist durch Berechnung der momentanen aus der Konzentration der Schadstoffe im Rohabgas emittierten Massen, des Abgasmassendurchsatzes und der u-Werte zu bestimmen, wobei eine Korrektur um die nach Absatz 8.4.2.2 ermittelte Wandlungszeit vorzunehmen ist; die Momentanwerte über den Zyklus zu integrieren und die Integralwerte mit den u-Werten der Tabelle 5 zu multiplizieren sind. Wird im trockenen Bezugszustand gemessen, so sind die momentanen Konzentrationswerte nach Absatz 8.1 in den feuchten Bezugszustand umzurechnen, ehe sie für weitere Berechnungen verwendet werden.

Für die Berechnung des NOx-Durchsatzes sind die Emissionsmassen mit dem nach Absatz 8.2 ermittelten Feuchtigkeits-Korrekturfaktor k h,D oder k h,G zu multiplizieren.

Hierzu dienen die folgenden Formeln:

(in g/Prüfung) (36)

Hierbei ist:

ugas das Verhältnis zwischen der Dichte des Abgasbestandteils und der Abgasdichte, cgas,i die momentane Konzentration des jeweiligen Abgasbestandteils, ppm, qmew,i der momentane Abgasmassendurchsatz, kg/s, f die Datenerfassungstrequenz, Hz, n die Anzahl der Messungen.

Tabelle 5

u-Werte für das Rohabgas und Dichte der Abgasbestandteile

Kraft-stoff ρ e Gas NOx CO HC CO2 O2 CH4 ρ gas [kg/m3] 2,053 1,250 (2) 1,9636 1,4277 0,716 u gas (3) Diesel 1,2943 0,001586 0,000966 0,000479 0,001517 0,001103 0,000553 Ethanol 1,2757 0,001609 0,000980 0,000805 0,001539 0,001119 0,000561 CNG (4) 1,2661 0,001621 0,000987 0,000528 (5) 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

8.4.2.4. Berechnung der Emissionsmasse nach exakten Gleichungen

Die Schadstoffmasse (g/Prüfung) ist durch Berechnung der momentanen aus der Konzentration der Schadstoffe im Rohabgas emittierten Massen, des Abgasmassendurchsatzes und der u-Werte zu bestimmen, wobei eine Korrektur um die nach Absatz 8.4.2.2 ermittelte Wandlungszeit vorzunehmen ist und die Momentanwerte über den Zyklus zu integrieren sind. Wird im trockenen Bezugszustand gemessen, so ist an den momentanen Konzentrationswerten die Trocken-Feucht-Korrektur nach Absatz 8.1 vorzunehmen, ehe sie für weitere Berechnungen verwendet werden.

Für die Berechnung des NOx-Durchsatzes sind die Emissionsmassen mit dem nach Absatz 8.2 ermittelten Feuchtigkeits-Korrekturfaktor k h,D oder k h,G zu multiplizieren.

Hierzu dient die folgende Formel:

(in g/Prüfung) (37)

Hierbei ist:

u gas,i das Berechnungsergebnis aus den Formeln 38 und 39 c gas,i die momentane Konzentration des jeweiligen Abgasbestandteils, ppm, q mew,i der momentane Abgasmassendurchsatz, kg/s, f die Datenabtastfrequenz, Hz, n die Anzahl der Messungen.

Die momentanen u-Werte errechnet man wie folgt:

(38)

oder

(39)

mit

(40)

Hierbei ist:

M gas die Molmasse des gasförmigen Bestandteils, g/mol (siehe Anlage 6), M e,i die momentane Molmasse des Abgases, g/mol, ρ gas die Dichte des gasförmigen Bestandteils, kg/m3, ρ e,i die momentane Dichte des Abgases, kg/m3.

Die Molmasse des Abgases M e ist für die allgemeine Kraftstoffzusammensetzung CH α O ε N δ S γ unter Annahme vollständiger Verbrennung nach folgender Formel zu berechnen:

(41)

Hierbei ist:

q maw,i der momentane Massendurchsatz der Ansaugluft, feucht, kg/s, q mf,i der momentane Massendurchsatz des Kraftstoffs, kg/s, Ha die Feuchtigkeit der Ansaugluft, g Wasser je kg trockener Luft, M a die Molmasse der trockenen Ansaugluft (= 28,965 g/mol).

Die Dichte des Abgases ρ e errechnet sich wie folgt:

(42)

Hierbei ist:

q mad,i der momentane Massendurchsatz der Ansaugluft, trocken, kg/s, q mf,i der momentane Massendurchsatz des Kraftstoffs, kg/s, H a die Feuchtigkeit der Ansaugluft, g Wasser je kg trockene Luft, k fw der kraftstoffspezifische Faktor für feuchtes Abgas, errechnet nach Gleichung 16 in Absatz 8.1.1.

8.4.3. Partikelbestimmung

8.4.3.1. Datenauswertung

Die Partikelmasse ist gemäß Formel 27 des Absatzes 8.3 zu berechnen. Zur Bewertung der Partikelkonzentration ist die gesamte Probemasse (msep), die während des Prüfungszyklus durch die Filter geströmt ist, aufzuzeichnen.

Mit vorheriger Genehmigung der Typgenehmigungsbehörde kann die Partikelmasse, dem Stand der Technik entsprechend und den Konstruktionsmerkmalen des verwendeten Partikelmesssystem angepasst, um den Partikelinhalt des Verdünnungsgases korrigiert werden, so wie es in Absatz 7.5.6 vorgesehen ist.

8.4.3.2. Berechnung der emittierten Masse

Je nach Art des verwendeten Probenahmesystems ist die Partikelmasse (g/Prüfung) nach der Korrektur um die Auftriebskraft des Partikelprobefilters gemäß Absatz 8.3 entweder wie in Absatz 8.4.3.2.1 oder wie in Absatz 8.4.2.2 beschrieben zu berechnen.

8.4.3.2.1. Berechnung auf der Grundlage des Probenahmeverhältnisses

(43)

Hierbei ist:

m p die über den Zyklus abgeschiedene Partikel-Probenahmemasse, mg, r s das mittlere Probenahmeverhältnist über den Prüfzyklus.

mit

(44)

Hierbei ist:

m se die Masse der Abgasproben über den Zyklus, kg, m ew die Gesamtmasse des Abgasdurchsatzes über den Zyklus, kg, m sep die Masse des verdünnten Abgases, das die Partikelsammelfilter durchströmt, kg, m sed die Masse des verdünnten Abgases, das den Verdünnungstunnel durchströmt, kg.

Im Fall eines Systems mit Vollstromprobenahme sind msep und Msed identisch.

8.4.3.2.2. Berechnung auf der Grundlage des Verdünnungsverhältnisses

(45)

Hierbei ist:

m p die über den Zyklus abgeschiedene Partikelprobenahmemasse, mg, msep die Masse des verdünnten Abgases, das die Partikelsammelfilter durchströmt, kg, medf die Masse des äquivalenten verdünnten Abgases, kg,

Die Gesamtmasse des äquivalenten verdünnten Abgases über den Zyklus ist wie folgt zu bestimmen:

(46)

(47)

(48)

Hierbei ist:

q medf,i der momentane äquivalente Massendurchsatz des verdünnten Abgases, kg/s, q mew,i der