ZAŁĄCZNIK 4B

Procedura badań dla silników z zapłonem samoczynnym (ZS) i silników z zapłonem iskrowym (ZI) napędzanych gazem ziemnym (NG) lub gazem płynnym (LPG) uwzględniająca wymogi ogólnoświatowego zharmonizowanego cyklu badań (WHDC, ogólnoświatowy przepis techniczny nr 4)

1. ZASTOSOWANIE

Niniejszy załącznik nie ma obecnie zastosowania do homologacji typu zgodnie z niniejszym regulaminem. Będzie on miał zastosowanie w przyszłości.

2. Zastrzeżony. (1)

3. DEFINICJE, SYMBOLE I SKRÓTY

3.1. Definicje

Do celów niniejszego regulaminu:

3.1.1. »ciągła regeneracja« oznacza proces regeneracji układu oczyszczania spalin, który zachodzi stale lub przynajmniej raz na każde badanie WHTC w stanie ciepłym. Taki proces regeneracji nie wymaga specjalnej procedury testowej;

3.1.2. »opóźnienie« oznacza odstęp czasu między zmianą składnika do pomiaru w punkcie odniesienia a reakcją układu wynoszącą 10 % odczytu końcowego (t10), przy czym sonda próbkująca pełni rolę punktu odniesienia. Dla składników gazowych jest to zasadniczo czas przeniesienia mierzonego składnika z sondy próbkującej do czujnika;

3.1.3. »układ deNOx« oznacza układ oczyszczania spalin zaprojektowany w celu zmniejszenia emisji tlenków azotu (NOx) (np. aktywne i pasywne katalizatory mieszanki ubogiej NOx, absorbenty NOx oraz układy Selektywnej Redukcji Katalitycznej (SCR));

3.1.4. »silnik Diesla« oznacza silnik wysokoprężny pracujący na zasadzie zapłonu samoczynnego;

3.1.5. »pełzanie« oznacza różnicę między reakcją zerową lub reakcją zakresu przyrządu pomiarowego przed badaniem emisji i po ich badaniu;

3.1.6. »rodzina silników« oznacza utworzoną przez producenta grupę silników, których projekty zdefiniowane w pkt 5.2 niniejszego załącznika mają podobne charakterystyki emisji spalin; wszystkie silniki należące do rodziny muszą spełniać obowiązujące wymagania dotyczące obowiązujących wartości granicznych emisji zanieczyszczeń;

3.1.7. »układ silnika« oznacza silnik, układ kontroli emisji oraz interfejs komunikacyjny (sprzęt i komunikaty) między elektronicznymi jednostkami sterowania układu silnika (ECU) i jakimkolwiek mechanizmem napędowym lub jednostką sterowania pojazdu;

3.1.8. »typ silnika« oznacza kategorię silników, które nie różnią się pod względem podstawowych właściwości silnika;

3.1.9. »układ oczyszczania spalin« oznacza katalizator (oksydacyjny lub trójdrożny), filtr cząstek stałych, układ deNOx, kombinowany filtr cząstek stałych deNOx lub jakiekolwiek inne urządzenie do redukcji emisji zainstalowane za silnikiem. Definicja ta nie obejmuje układu recyrkulacji gazów spalinowych (EGR), który uznaje się za integralną część silnika;

3.1.10. »metoda pełnego rozcieńczania strumienia« oznacza proces mieszania całego strumienia spalin z rozcieńczalnikiem zanim część rozcieńczonych spalin zostanie oddzielona w celu przeprowadzenia analizy;

3.1.11. »zanieczyszczenia gazowe« oznaczają tlenek węgla, węglowodory lub węglowodory niemetanowe (przyjmując stosunek CH1,85 dla oleju napędowego, CH2,525 dla LPG i CH2,93 dla NG oraz zakładaną cząsteczkę CH3O0,5 dla silników Diesla zasilanych etanolem), metan (przyjmując stosunek CH4 dla NG) i tlenki azotu (wyrażone jako ekwiwalent dwutlenku azotu (NO2));

3.1.12. »wysokie obroty (n hi)« oznaczają najwyższą prędkość obrotową silnika, przy której występuje 70 % maksymalnej mocy znamionowej;

3.1.13. »niskie obroty (n lo)« oznaczają najniższą prędkość obrotową silnika, przy której występuje 55 % maksymalnej mocy znamionowej;

3.1.14. »moc maksymalna (Pmax)« oznacza moc maksymalną w kW podaną przez producenta;

3.1.15. »prędkość obrotowa przy maksymalnym momencie obrotowym« oznacza prędkość, przy której silnik osiąga maksymalny moment obrotowy, zgodnie ze wskazaniami producenta;

3.1.16. »znormalizowana wartość momentu obrotowego« oznacza wartość momentu obrotowego silnika wyrażoną w procentach, sprowadzoną do możliwego do wytworzenia maksymalnego momentu obrotowego przy danej prędkości obrotowej silnika;

3.1.17. »zapotrzebowanie operatora« oznacza sygnał wejściowy zadany przez operatora w celu sterowania mocą wyjściową silnika. Operatorem może być człowiek (tj. sterowanie ręczne) lub regulator (tj. sterowanie automatyczne) mechanicznie lub elektronicznie wprowadzający sygnał wejściowy wyznaczający moc wyjściową silnika. Sygnał wyjściowy może być wzbudzany za pomocą pedału lub sygnału przyspieszenia, dźwigni lub sygnału regulacji przepływu paliwa, dźwigni lub sygnału zmiany przełożenia, lub ustawienia lub sygnału regulatora;

3.1.18. »silnik macierzysty« oznacza silnik wybrany z rodziny silników w taki sposób, że jego charakterystyka emisji jest reprezentatywna dla tej rodziny silników;

3.1.19. »urządzenie do oddzielania cząstek stałych« oznacza układ usuwania cząstek stałych ze spalin, zaprojektowany w celu zmniejszenia emisji cząstek stałych (PM) poprzez ich oddzielenie mechaniczne, aerodynamiczne, dyfuzyjne lub inercyjne;

3.1.20. »metoda częściowego rozcieńczania strumienia« oznacza proces oddzielania części przepływu spalin i mieszania jej z odpowiednią ilością rozcieńczalnika, a następnie doprowadzenia do filtra do pobierania próbek cząstek stałych;

3.1.21. »cząstki stałe (PM)« oznaczają materiał nagromadzony na określonym środku filtrującym po rozcieńczeniu spalin czystym przefiltrowanym rozcieńczalnikiem do temperatury mieszczącej się w granicach 315 K (42 °C)–325 K (52 °C); jest to przede wszystkim węgiel, skondensowane węglowodory oraz siarczany wraz z towarzyszącą im wodą;

3.1.22. »regeneracja okresowa« oznacza proces regeneracji układu oczyszczania spalin, która zachodzi regularnie, zazwyczaj co najmniej raz na 100 godzin normalnej pracy silnika. Podczas cyklu regeneracji normy emisji mogą być przekroczone;

3.1.23. »liniowy cykl badania w warunkach ustalonych« oznacza cykl badania obejmujący ciąg faz badania pracy silnika w ustalonych warunkach przy prędkości i momencie obrotowym określonych dla każdej fazy oraz zachowaniu liniowych zmian pomiędzy kolejnymi fazami (badanie WHSC);

3.1.24. »prędkość znamionowa« oznacza maksymalną prędkość silnika przy pełnym obciążeniu, na jaką pozwala regulator obrotów zgodnie z opisem producenta, lub, jeżeli nie istnieje taki regulator, prędkość, przy której silnik wytwarza maksymalną moc, zgodnie z opisem producenta w dokumentacji handlowej i serwisowej;

3.1.25. »czas reakcji« oznacza różnicę w czasie między zmianą składnika mierzonego w punkcie odniesienia a reakcją układu wynoszącą 90 % odczytu końcowego (t90), przy czym punktem odniesienia jest sonda próbkująca, a zmiana mierzonego składnika wynosi przynajmniej 60 % pełnej skali (FS) i zachodzi w czasie krótszym niż 0,1 sekundy. Czas reakcji układu obejmuje czas opóźnienia reakcji układu i czas narastania układu;

3.1.26. »czas narastania« oznacza okres czasu między 10 % a 90 % reakcją odczytu końcowego (t 90–t 10);

3.1.27. »reakcja zakresu« oznacza średni czas reakcji na gaz kalibracyjny w przedziale czasu wynoszącym 30 sekund;

3.1.28. »jednostkowe emisje« oznaczają emisje masowe określone w g/kWh;

3.1.29. »cykl badania« oznacza ciąg punktów testowych o określonej prędkości i momencie obrotowym, w których badany jest silnik w ustalonych (badanie WHSC) lub w nieustalonych warunkach eksploatacji (badanie WHTC);

3.1.30. »czas przemiany« oznacza różnicę czasu między czasem zmiany składnika mierzonego w punkcie odniesienia a czasem reakcji układu stanowiącym 50 % odczytu końcowego (t 50) przy czym sonda próbkująca pełni rolę punktu odniesienia. Czas przemiany stosowany jest do zestrajania sygnałów różnych przyrządów pomiarowych;

3.1.31. »cykl badania w warunkach nieustalonych« oznacza cykl badania z sekwencją znormalizowanych wartości prędkości i momentu obrotowego, które zmieniają się stosunkowo szybko w czasie (WHTC);

3.1.32. »okres eksploatacji« oznacza odpowiedni przebieg lub okres, w którym należy zapewnić zgodność z właściwymi limitami emisji gazów i cząstek stałych;

3.1.33. »reakcja zerowa« oznacza średni czas reakcji na gaz zerowy w przedziale czasu wynoszącym 30 sekund.

3.2. Ogólne oznaczenia

Symbol Jednostka Pojęcie a 1 — Nachylenie linii regresji a 0 — Punkt przecięcia linii regresji z osią y A/F st — Stosunek stechiometryczny powietrza do paliwa c ppm/obj. % Stężenie c d ppm/obj. % Stężenie w stanie suchym c w ppm/obj. % Stężenie w stanie mokrym c b ppm/obj. % Stężenie tła C d — Współczynnik wypływu SSV c gas ppm/ppm/obj. % Stężenie składników gazowych d m Średnica d V m Średnica gardzieli zwężki D 0 m3/s Punkt przecięcia funkcji kalibracji PDP D — Współczynnik rozcieńczenia Δt s Przedział czasu e gas g/kWh Jednostkowa emisja składników gazowych e PM g/kWh Jednostkowa emisja cząstek stałych e r g/kWh Jednostkowa emisja podczas regeneracji e w g/kWh Ważona emisja jednostkowa E CO2 % Tłumienie CO2 analizatora NOx E E % Sprawność dla etanu E H2O % Schłodzenie wody analizatora NOx E M % Sprawność dla metanu E NOx % Sprawność konwertera NOx f Hz Częstotliwość pobierania próbek danych f a — Laboratoryjny współczynnik powietrza F s — Stała stechiometryczna H a g/kg Wilgotność bezwzględna powietrza wlotowego H d g/kg Wilgotność bezwzględna rozcieńczalnika i — Indeks oznaczający pomiar natychmiastowy (np. 1 Hz) k c — Współczynnik typowy dla węgla k f,d m3/kg paliwa Dodatkowa ilość suchych spalin powstających w czasie pracy silnika k f,w m3/kg paliwa Dodatkowa ilość mokrych spalin powstających w czasie pracy silnika k h,D — Współczynnik korekcji wilgotności dla emisji NOx z silników o zapłonie samoczynnym k h,G — Współczynnik korekcji wilgotności dla emisji NOx z silników o zapłonie iskrowym k r,u — Zwiększające współczynnik korygujący regeneracji k r,d — Zmniejszający współczynnik korygujący regeneracji k w,a — Współczynnik korekcji powietrza wlotowego w stanie suchym na mokry k w,d — Współczynnik korekcji rozcieńczalnika w stanie suchym na mokry k w,e — Współczynnik korekcji rozcieńczonych spalin w stanie suchym na mokry k w,r — Współczynnik korekcji nierozcieńczonych spalin ze stanu suchego na mokry K V — Współczynnik kalibracji CFV λ — Wskaźnik powietrza nadmiarowego m b mg Masa próbki cząstek stałych w zebranym rozpuszczalniku m d kg Masa próbki powietrza rozcieńczającego przepuszczonego przez filtry do próbkowania cząstek stałych m ed kg Łączna masa rozcieńczonych spalin w cyklu m edf kg Masa ekwiwalentu rozcieńczonych gazów spalinowych w cyklu badania m ew kg Łączna masa spalin w cyklu m gas g Masa emisji gazowych w cyklu badania m f mg Masa filtra do próbkowania cząstek stałych m p mg Masa zebranej próbki cząstek stałych m PM g Masa emisji cząstek stałych w cyklu badania m se kg Masa próbki spalin pobranej w cyklu badania m sed kg Masa rozcieńczonych spalin przechodzących przez tunel rozcieńczający m sep kg Masa rozcieńczonych spalin przechodzących przez filtry do próbkowania cząstek stałych m ssd kg Masa wtórnego rozcieńczalnika M Nm Moment obrotowy M a g/mol Masa cząsteczkowa powietrza wlotowego M d g/mol Masa cząsteczkowa rozcieńczalnika M e g/mol Masa cząsteczkowa spalin M f Nm Moment obrotowy pochłaniany przez wyposażenie dodatkowe/urządzenia przeznaczone do zamontowania M gas g/mol Masa cząsteczkowa składników gazowych M r Nm Moment obrotowy pochłaniany przez wyposażenie dodatkowe/urządzenia przeznaczone do demontażu n — Liczba pomiarów nr — Liczba pomiarów z regeneracją n min–1 Prędkość obrotowa silnika n hi min–1 Wysoka prędkość obrotowa silnika n lo min–1 Niska prędkość obrotowa silnika n pref min–1 Preferowana prędkość obrotowa silnika n p r/s Prędkość pompy PDP p a kPa Ciśnienie pary nasyconej w powietrzu wlotowym silnika p b kPa Całkowite ciśnienie atmosferyczne p d kPa Ciśnienie pary nasyconej w rozcieńczalniku P f kW Moc pochłaniana wyposażenie dodatkowe/urządzenia przeznaczone do zamontowania p p kPa Ciśnienie bezwzględne p r kW Ciśnienie pary wodnej po kąpieli chłodzącej p s kPa Ciśnienie atmosferyczne suchego powietrza P kW Moc P r kW Moc pochłaniana przez wyposażenie dodatkowe/urządzenia przeznaczone do demontażu q mad kg/s Masowe natężenie przepływu powietrza wlotowego w stanie suchym q maw kg/s Masowe natężenie przepływu powietrza wlotowego w stanie mokrym q mCe kg/s Masowe natężenie przepływu węgla w nierozcieńczonych spalinach q mCf kg/s Masowe natężenie przepływu węgla do silnika q mCp kg/s Masowe natężenie przepływu w układzie częściowego rozcieńczania strumienia q mdew kg/s Masowe natężenie przepływu rozcieńczonych spalin w stanie mokrym q mdw kg/s Masowe natężenie przepływu rozcieńczalnika w stanie mokrym q medf kg/s Równoważne masowe natężenie przepływu rozcieńczonych spalin w stanie mokrym q mew kg/s Masowe natężenie przepływu spalin w stanie mokrym q mex kg/s Masowe natężenie przepływu próbki pobranej z tunelu rozcieńczającego q mf kg/s Masowe natężenie przepływu paliwa q mp kg/s Natężenie przepływu próbek spalin do układu częściowego rozcieńczania przepływu spalin q vCVS m3/s Objętościowe natężenie przepływu CVS q vs dm3/min Natężenie przepływu w układzie analizy spalin q vt cm3/min Natężenie przepływu gazu znakującego r2 — Współczynnik determinacji r d — Współczynnik rozcieńczenia r D — Stosunek średnicy SSV r h — Współczynnik reakcji FID dla węglowodorów r m — Współczynnik reakcji FID dla metanolu r p — Stosunek ciśnienia SSV r s — Średni wskaźnik pobierania próbek ρ kg/m3 Gęstość ρ e kg/m3 Gęstość gazów spalinowych σ — Odchylenie standardowe s Odchylenie standardowe T K Temperatura bezwzględna T a K Temperatura bezwzględna powietrza wlotowego t s Czas t 10 s Czas między sygnałem wejściowym i uzyskaniem wartości równej 10 % odczytu końcowego t 50 s Czas między impulsem wejściowym i osiągnięciem 50 % odczytu końcowego t 90 s Czas między impulsem wejściowym i osiągnięciem 90 % odczytu końcowego u — Stosunek gęstości (lub mas cząsteczkowych) składników gazowych i spalin podzielony przez 1 000 V 0 m3/r Objętość gazu pompowanego przez PDP podczas jednego obrotu V s dm3 Pojemność układu stanowiska analitycznego spalin W act kWh Rzeczywista praca w cyklu podczas cyklu badania W ref kWh Referencyjna praca w cyklu podczas cyklu badania X 0 m3/r Funkcja kalibracji PDP

3.3. Symbole i skróty dotyczące składu paliwa

w ALF zawartość wodoru w paliwie, % wagowo w BET zawartość węgla w paliwie, % wagowo w GAM zawartość siarki w paliwie, % wagowo w DEL zawartość azotu w paliwie, % wagowo w EPS zawartość tlenu w paliwie, % wagowo α stosunek molowy wodoru (H/C) γ stosunek molowy siarki (S/C) δ stosunek molowy azotu (N/C) ε stosunek molowy tlenu (O/C)

W odniesieniu do paliwa CH α O ε N δ S γ

3.4. Symbole i skróty dla związków chemicznych

C1 Równoważnik węglowy 1 dla węglowodoru CH4 Metan C2H6 Etan C3H8 Propan CO Tlenek węgla CO2 Dwutlenek węgla DOP Dioktyloftalan HC Węglowodory H2O Woda NMHC Węglowodory niemetanowe NOx Tlenki azotu NO Tlenek azotu NO2 Dwutlenek azotu PM Cząstki stałe

3.5. Skróty

CFV Zwężka przepływu krytycznego CLD Detektor chemiluminescencyjny CVS Pobieranie próbek o stałej objętości deNOx Układ oczyszczania z NOx EGR Powtórny obieg gazów spalinowych FID Detektor jonizacji płomienia GC Chromatograf gazowy HCLD Podgrzewany detektor chemiluminescencyjny HFID Podgrzewany detektor jonizacji płomienia LPG Gaz płynny NDIR Niedyspersyjny analizator działający na zasadzie pochłaniania podczerwieni NG Gaz ziemny NMC Separator węglowodorów niemetanowych PDP Pompa wyporowa Per cent FS Procent pełnej skali PFS Układ częściowego rozcieńczania przepływu spalin SSV Zwężka poddźwiękowa VGT Turbina o zmiennej geometrii

4. WYMAGANIA OGÓLNE

Układ silnika powinien być tak zaprojektowany, skonstruowany i zmontowany, aby umożliwić w warunkach normalnego użytkowania spełnianie przez silnik przepisów niniejszego załącznika w całym okresie eksploatacji zgodnie z definicją zawartą w niniejszym regulaminie.

5. WYMAGANIA EKSPLOATACYJNE

5.1. Emisje zanieczyszczeń gazowych i cząstek stałych

Emisje zanieczyszczeń gazowych i cząstek stałych przez silnik określa się w ramach cykli badań WHTC i WHSC, jak opisano w pkt 7. Układy pomiarowe muszą spełniać wymogi liniowości, o których mowa w pkt 9.2, a także specyfikacje określone w pkt 9.3 (pomiar emisji zanieczyszczeń gazowych), pkt 9.4 (pomiar emisji cząstek stałych) oraz w dodatku 3.

Organ udzielający homologacji może zatwierdzić inne układy lub analizatory, jeżeli okaże się, że dają one równoważne wyniki w rozumieniu pkt 5.1.1.

5.1.1. Równoważność

Określenie równoważności układów opiera się na analizie korelacji siedmiu par próbek (lub większej ich liczby) między układem używanym a jednym z układów opisanych w niniejszym załączniku.

»Wyniki« odnoszą się do ważonych wartości emisji określonego cyklu. Badania korelacji wykonuje się w tym samym laboratorium i komorze do badań oraz na tym samym silniku i zaleca się ich równoczesne przeprowadzenie. Równoważność średnich wyników par próbek ustala się za pomocą statystyki badań F i badań t, zgodnie z opisem w dodatku 4, pkt A.4.3, uzyskanej w warunkach panujących w laboratoryjnej komorze do badań i silniku. Wartości oddalone wyznacza się zgodnie z ISO 5725 i wyłącza z bazy danych. Układy wykorzystywane do przeprowadzania badań korelacji zatwierdza organ udzielający homologacji.

5.2. Rodzina silników

5.2.1. Informacje ogólne

Rodzina silników charakteryzuje się określonymi parametrami konstrukcyjnymi. Parametry te są wspólne dla wszystkich silników danej rodziny. Producent silników może określić, które silniki należą do jednej rodziny, pod warunkiem że spełnione są wymogi zawarte w pkt 5.2.3. Rodzinę silników zatwierdza organ udzielający homologacji. Producent przedstawia organowi udzielającemu homologacji odpowiednie informacje dotyczące poziomów emisji poszczególnych silników należących do danej rodziny.

5.2.2. Przypadki szczególne

W niektórych przypadkach może występować interakcja między parametrami. Fakt ten należy uwzględnić w celu zagwarantowania, że w skład rodziny silników wchodzą wyłącznie silniki o podobnych właściwościach emisji spalin. Przypadki takie powinny zostać ustalone przez producenta i zgłoszone przez niego do organu udzielającego homologacji. Sytuację taką uwzględnia się jako kryterium dla utworzenia nowej rodziny silników.

Jeżeli pewne urządzenia lub elementy niewymienione w pkt 5.2.3 mają znaczny wpływ na poziom emisji, powinny zostać zidentyfikowane przez producenta zgodnie z dobrą praktyką inżynierską oraz zostać zgłoszone do organu udzielającego homologacji. Sytuację taką uwzględnia się jako kryterium dla utworzenia nowej rodziny silników.

Oprócz parametrów wymienionych w pkt 5.2.3 producent może wprowadzić dodatkowe kryteria pozwalające na określenie rodzin silników o węższym zakresie. Parametry te nie muszą być parametrami mającymi wpływ na poziom emisji.

5.2.3. Parametry definiujące rodzinę silnika

5.2.3.1. Cykl spalania

a) cykl 2-suwowy;

b) cykl 4-suwowy;

c) silnik obrotowy;

d) inne.

5.2.3.2. Konfiguracja cylindrów

5.2.3.2.1. Położenie cylindrów w bloku silnika

a) widlaste (V);

b) szeregowe;

c) promieniowe;

d) inne (typu F, W itd.).

5.2.3.2.2. Względne położenie cylindrów

Silniki z takim samym blokiem mogą należeć do tej samej rodziny, pod warunkiem że ich wymiary średnicy mierzone od środka do środka są takie same.

5.2.3.3. Główne chłodziwo

a) powietrze;

b) woda;

c) olej.

5.2.3.4. Pojemność skokowa cylindra

5.2.3.4.1. Silnik z cylindrami o jednostkowej pojemności skokowej ≥ 0,75 dm3

Aby silniki o pojemności skokowej cylindra ≥ 0,75 dm3 można było uznać za należące do tej samej rodziny, rozpiętość jednostkowych pojemności skokowych ich cylindrów nie może przekraczać 15 % największej pojemności skokowej cylindra należącego do rodziny.

5.2.3.4.2. Silnik o jednostkowej pojemności skokowej < 0,75 dm3

Aby silniki o jednostkowej pojemności skokowej cylindra < 0,75 dm3 można było uznać za należące do tej samej rodziny, rozpiętość jednostkowych pojemności skokowych ich cylindrów nie może przekraczać 30 % największej pojemności skokowej cylindra należącego do rodziny.

5.2.3.4.3. Silnik z cylindrami o innych granicznych wartościach jednostkowej pojemności skokowej

Silniki z cylindrami, których jednostkowa pojemność skokowa przekracza limity określone w pkt 5.2.3.4.1 i 5.2.3.4.2, można uznać za należące do tej samej rodziny pod warunkiem zatwierdzenia przez organ udzielający homologacji. Zatwierdzenie takie opiera się na elementach technicznych (obliczenia, symulacje, wyniki badań itd.) wykazujących, iż przekroczenie wspomnianych granicznych wartości nie ma znaczącego wpływu na poziom emisji danego typu silników.

5.2.3.5. Metoda zasysania powietrza

a) zasysane samorzutne;

b) doładowanie pod ciśnieniem;

c) doładowanie pod ciśnieniem z chłodnicą powietrza doładowanego.

5.2.3.6. Rodzaj paliwa

a) olej napędowy;

b) gaz ziemny (NG);

c) gaz płynny (LPG);

d) etanol.

5.2.3.7. Typ komory spalania

a) komora otwarta;

b) komora dzielona;

c) inne typy.

5.2.3.8. Typy zapłonu

a) zapłon iskrowy;

b) zapłon samoczynny.

5.2.3.9. Zawory i szczeliny

a) konfiguracja;

b) liczba zaworów na cylinder.

5.2.3.10. Sposób doprowadzania paliwa

a) doprowadzenie paliwa płynnego (i) pompa oraz (wysokociśnieniowy) przewód i wtryskiwacz; (ii) pompa rzędowa lub rozdzielcza; (iii) zespół pompy i zespół wtryskiwacza; (iv) układ wspólnej szyny (common rail); (v) gaźnik(-i); (vi) inne;

b) doprowadzenie paliwa gazowego (i) w postaci gazu; (ii) w postaci cieczy; (iii) mieszalniki; (iv) inne;

c) inne sposoby.

5.2.3.11. Różne urządzenia

a) układ recyrkulacji gazów spalinowych (EGR);

b) wtrysk wody;

c) wtrysk powietrza;

d) inne.

5.2.3.12. Strategia sterowania elektronicznego

Obecność lub brak jednostki kontroli elektronicznej (ECU) silnika uważa się za podstawowy parametr rodziny silników.

W przypadku silników sterowanych elektronicznie producent przedstawia elementy techniczne będące podstawą zgrupowania silników w tej samej rodzinie, tzn. powody, dla których można oczekiwać, że silniki te będą spełniać te same wymogi w zakresie emisji.

Elementami tymi mogą być obliczenia, symulacje, szacunki, opisy parametrów wtrysku, wyniki badań itd.

Przykłady sterowanych elementów to:

a) rozrząd;

b) ciśnienie wtrysku;

c) wtrysk wielopunktowy;

d) ciśnienie doładowania;

e) VGT;

f) EGR.

5.2.3.13. Układy oczyszczania spalin

Funkcja i kombinacje następujących urządzeń są uznawane za kryteria przynależności do rodziny silników:

a) katalizator utleniający;

b) katalizator trójdrożny;

c) układ DeNOx z selektywną redukcją NOx (dodanie czynnika redukującego);

d) inne układy DeNOx;

e) pochłaniacz cząstek stałych z regeneracją pasywną;

f) pochłaniacz cząstek stałych z regeneracją aktywną;

g) inne pochłaniacze cząstek stałych;

h) inne urządzenia.

W przypadku gdy dany silnik został homologowany bez układu oczyszczania spalin jako silnik macierzysty lub jako członek rodziny, jeżeli został wyposażony w katalizator utleniający, można go włączyć do tej samej rodziny silników, pod warunkiem że nie wymaga paliwa o innych parametrach.

Jeżeli silnik wymaga paliwa o szczególnych parametrach (np. filtry cząstek stałych wymagające szczególnych dodatków do paliwa, które umożliwiają proces regeneracji), to decyzja o jego włączeniu do danej rodziny jest uzależniona od elementów technicznych dostarczonych przez producenta. Elementy te powinny wskazywać, że przewidywany poziom emisji silnika w nie wyposażonego jest zgodny z tą samą wartością graniczną, co w przypadku silnika niewyposażonego w takie elementy.

W przypadku gdy dany silnik został homologowany z układem oczyszczania spalin jako silnik macierzysty lub jako członek rodziny, której silnik macierzysty jest wyposażony w ten sam układ oczyszczania spalin, to silnika tego, jeżeli nie został wyposażony w układ oczyszczania spalin, nie można włączyć do tej samej rodziny silników.

5.2.4. Wybór silnika macierzystego

5.2.4.1. Silniki o zapłonie samoczynnym

Po zatwierdzeniu rodziny silników przez organ udzielający homologacji silnik macierzysty rodziny wybiera się, wykorzystując podstawowe kryterium najwyższej dawki paliwa na suw dla deklarowanej prędkości przy maksymalnym momencie obrotowym. W przypadku gdy kryterium podstawowe spełniają dwa lub większa liczba silników, silnik macierzysty wybiera się, stosując kryterium dodatkowe najwyższej dawki paliwa na skok przy prędkości znamionowej.

5.2.4.2. Silniki o zapłonie iskrowym

Po zatwierdzeniu rodziny silników przez organ udzielający homologacji silnik macierzysty rodziny wybiera się, wykorzystując podstawowe kryterium największej pojemności skokowej. W przypadku gdy nadrzędne kryterium spełniają dwa lub większa liczba silników, silnik macierzysty wybiera się, stosując kryteria dodatkowe w następującym porządku:

a) najwyższa dawka paliwa na skok przy prędkości odpowiadającej deklarowanej mocy znamionowej;

b) najwyższa wartość kąta wyprzedzenia zapłonu;

c) najniższy współczynnik EGR.

5.2.4.3. Uwagi dotyczące wyboru silnika macierzystego

Organ udzielający homologacji może stwierdzić, że najmniej korzystny poziom emisji rodziny silników najlepiej określić poprzez badanie dodatkowych silników. W takim przypadku producent silnika dostarcza odpowiednich informacji w celu określenia, które z silników badanej rodziny mogą wykazać najwyższy poziom emisji.

Jeżeli silniki należące do rodziny posiadają inne cechy, które można uznać za wpływające na emisję spalin, cechy te należy określić i wziąć pod uwagę przy wyborze silnika macierzystego.

Jeżeli silniki z danej rodziny wykazują te same poziomy emisji podczas różnych okresów trwałości użytecznej, fakt ten należy wziąć pod uwagę przy wyborze silnika macierzystego.

6. WARUNKI BADANIA

6.1. Laboratoryjne warunki badania

Mierzy się temperaturę bezwzględną (T a) powietrza wlotowego w silniku, wyrażaną w stopniach Kelvina, i ciśnienie suchego powietrza (p s), wyrażane w kPa, i wyznacza się parametr f azgodnie z następującymi przepisami. W silnikach wielocylindrowych z wydzielonymi grupami kolektorów wlotowych, przykładowo w silnikach widlastych (»V«), mierzy się średnią temperaturę poszczególnych grup. Parametr f a podaje się w wynikach badań. W celu uzyskania lepszej powtarzalności i odtwarzalności wyników badań, zaleca się, aby parametr f a zawierał się w przedziale 0,93 ≤ f a ≤ 1,07.

a) Silniki o zapłonie samoczynnym: Silniki wolnossące i z doładowaniem mechanicznym: (1) Silniki z doładowaniem, z chłodzeniem powietrza wlotowego lub bez takiego chłodzenia: (2)

b) Silniki o zapłonie iskrowym: (3)

6.2. Silniki z chłodzeniem powietrza doładowanego

Należy rejestrować temperaturę powietrza doładowanego, która przy znamionowej prędkości obrotowej i pełnym obciążeniu nie powinna różnić się o więcej niż ± 5 K od maksymalnej temperatury powietrza doładowanego określonej przez producenta. Temperatura chłodziwa powinna wynosić co najmniej 293 K (20 °C).

Jeżeli stosuje się laboratoryjny układ badawczy lub dmuchawę zewnętrzną, należy dobrać takie natężenie przepływu chłodziwa, aby temperatura powietrza doładowanego przy prędkości znamionowej i pełnym obciążeniu nie różniła się o więcej niż ± 5 K od maksymalnej temperatury powietrza doładowanego określonej przez producenta. Należy utrzymywać temperaturę i natężenie przepływu chłodziwa w chłodnicy powietrza doładowanego w powyższych granicach wartości zadanych przez cały cykl badania, chyba że powoduje to niereprezentatywne przechłodzenie powietrza doładowanego. Pojemność chłodnicy powietrza doładowanego powinna być zgodna z dobrą praktyką inżynierską i reprezentatywna dla instalacji znajdującej się w fabrycznych silnikach. Układ laboratoryjny powinien być tak skonstruowany, aby ograniczał do minimum gromadzenie się kondensatu. Nagromadzony kondensat należy odprowadzić, a wszystkie zawory spustowe powinny zostać całkowicie zamknięte przed badaniem emisji.

Jeżeli producent silnika poda graniczne wartości spadków ciśnienia w układzie chłodzenia powietrza doładowanego, należy zadbać, aby spadek ciśnienia w układzie chłodzenia powietrza doładowującego w warunkach pracy silnika określonych przez producenta nie przekraczał granicznej(-ych) wartości wskazanej(-ych) przez producenta. Spadek ciśnienia mierzy się w punktach określonych przez producenta.

6.3. Moc silników

Podstawą pomiaru emisji jednostkowych jest moc silnika i cykl pracy silnika zgodnie z pkt 6.3.1–6.3.5.

6.3.1. Ogólna instalacja silnika

Silnik bada się z wyposażeniem dodatkowym/urządzeniami wymienionymi z dodatku 7.

Jeżeli wyposażenie dodatkowe/urządzenia nie są zainstalowane zgodnie z wymogami, ich moc uwzględnia się zgodnie z pkt 6.3.2–6.3.5.

6.3.2. Wyposażenie dodatkowe/urządzenia instalowane na czas badania emisji

Jeżeli instalacja wyposażenia dodatkowego/urządzeń niezbędnych zgodnie z dodatkiem 7 na stanowisku pomiarowym nie byłaby właściwa, wyznacza się pochłanianą przez nie moc i odejmuje ją od zmierzonej mocy silnika (referencyjnej i rzeczywistej) w całym zakresie prędkości obrotowych silnika WHTC i przy prędkościach badania WHSC.

6.3.3. Wyposażenie dodatkowe/urządzenia demontowane na czas badania

Wówczas gdy zdemontowanie wyposażenia dodatkowego/urządzeń, które nie są niezbędne zgodnie z dodatkiem 7, nie jest możliwe, pochłanianą przez nie moc można wyznaczyć i dodać do zmierzonej mocy silnika (referencyjnej i rzeczywistej) w całym zakresie prędkości obrotowych silnika WHTC i przy prędkościach badania WHSC. Jeżeli otrzymana wartość przekracza 3 % mocy maksymalnej przy prędkości badania, fakt ten podaje się do wiadomości organu udzielającego homologacji.

6.3.4. Określenie mocy dodatkowej

Moc pochłanianą przez wyposażenie dodatkowe/urządzenia należy ustalić wyłącznie, jeżeli:

a) wyposażenie dodatkowe/urządzenia niezbędne zgodnie z dodatkiem 7 nie są zamontowane na silniku; lub

b) wyposażenie dodatkowe/urządzenia, które nie są niezbędne zgodnie z dodatkiem 7, są zamontowane na silniku.

Wartości mocy dodatkowej i metodę pomiarową/obliczeniową stosowaną do określenia mocy dodatkowej w całym obszarze roboczym cykli badań podaje producent silnika, a zatwierdza organ udzielający homologacji.

6.3.5. Praca silnika w cyklu

Do obliczenia referencyjnej i rzeczywistej pracy silnika w cyklu (zob. pkt 7.4.8 i 7.8.6) wykorzystuje się moc silnika ustaloną zgodnie z pkt 6.3.1. W takim przypadku P f i P r we wzorze 4 wynoszą zero, a P równa się P m.

Jeżeli wyposażenie dodatkowe/urządzenia zainstalowano zgodnie z pkt 6.3.2 lub 6.3.3, pochłanianą przez nie moc wykorzystuje się do skorygowania każdej chwilowej wartości mocy uzyskanej w cyklu P m,i według poniższego wzoru:

(4)

gdzie:

P m,i to zmierzona moc silnika, kW P f,i to moc pochłaniana przez montowane wyposażenie dodatkowe/urządzenia, kW P r,i to moc pochłaniana przez demontowane wyposażenie dodatkowe/urządzenia, kW

6.4. Układ dolotowy silnika

Zastosowany układ dolotowy silnika lub laboratoryjny układ badawczy powinien charakteryzować się oporami przepływu nie większymi niż ± 300 Pa maksymalnej wartości granicznej podanej przez producenta dla czystego filtra powietrza, prędkości znamionowej oraz pełnego obciążenia. Różnicę ciśnienia statycznego powodowaną przez opory mierzy się w punkcie wyznaczonym przez producenta.

6.5. Układ wydechowy silnika

Zastosowany układ wydechowy silnika lub laboratoryjny układ badawczy powinien charakteryzować się przeciwciśnieniem wydechu w granicach od 80 do 100 % górnej wartości granicznej wskazanej przez producenta dla prędkości znamionowej i pełnego obciążenia. Jeżeli maksymalny opór wynosi nie więcej niż 5 kPa, wartość zadana nie powinna być niższa od górnej wartości granicznej niż o 1,0 kPa. Układ wydechowy musi spełniać wymagania dotyczące pobierania próbek spalin określone w pkt 9.3.10 i 9.3.11.

6.6. Silnik z układem oczyszczania spalin

Jeżeli silnik wyposażony jest w układ oczyszczania spalin, średnica rury wydechowej przed sekcją rozprężania, w której znajduje się urządzenie do oczyszczania spalin, w odległości równej co najmniej czterem średnicom rury wydechowej od tej sekcji musi mieć taką samą średnicę jak stosowana lub jak wskazana przez producenta. Odległość od kołnierza kolektora wydechowego lub wylotu turbosprężarki do układu oczyszczania spalin powinna być taka sama jak w pojeździe lub nie przekraczać odległości wskazanej przez producenta. Przeciwciśnienie wydechu lub opory przepływu powinny spełniają takie same kryteria jak podane powyżej i mogą być ustalane za pomocą zaworu. W przypadku urządzenia do oczyszczania spalin o zmiennych oporach przepływu opory maksymalne określa się dla stanu układu oczyszczania spalin (na poziomie dezaktywacji/starzenia się oraz regeneracji/obciążania) wskazanego przez producenta. Jeżeli maksymalny opór przepływu wynosi 5 kPa, wartość zadana powinna różnić się od górnej wartości granicznej o co najmniej 1,0 kPa. Pojemnik z urządzeniem oczyszczającym można zdjąć na czas badań pozorowanych oraz odwzorowywania silnika i zastąpić równoważnym pojemnikiem zawierającym nieaktywny katalizator.

Emisje zmierzone w cyklu badania powinny być reprezentatywne dla emisji w warunkach drogowych. W przypadku silnika wyposażonego w układ oczyszczania spalin wymagający użycia odczynnika producent wskazuje odczynnik, jaki należy zastosować we wszystkich badaniach.

Silniki wyposażone w układy oczyszczania spalin z ciągłą regeneracją nie wymagają specjalnej procedury badania, lecz proces regeneracji należy wykazać zgodnie z pkt 6.6.1.

W przypadku silników wyposażonych w układy oczyszczania spalin z okresową regeneracją, jak opisano w pkt 6.6.2, wyniki badania emisji są korygowane, aby uwzględnić regeneracje. W tym przypadku średnia emisji zależy od częstotliwości regeneracji wyrażonej jako ułamek liczby badań, podczas których zachodzi regeneracja.

6.6.1. Ciągła regeneracja

Emisje mierzy się w ustabilizowanym układzie oczyszczania spalin, co gwarantuje powtarzalność emisji. Proces regeneracji powinien następować co najmniej raz podczas badania WHTC w stanie ciepłym, a producent powinien określić normalne warunki, w jakich zachodzi regeneracja (ilość sadzy, temperatura, przeciwciśnienie wydechu itp.).

Aby wykazać, że proces regeneracji jest ciągły, należy przeprowadzić co najmniej trzy badania WHTC w stanie ciepłym. W celu wykazania ciągłego charakteru regeneracji silnik nagrzewa się zgodnie z pkt 7.4.1, poddaje kondycjonowaniu zgodnie z pkt 7.6.3 i rozpoczyna się badanie WHTC w stanie ciepłym. Kolejne badania w stanie ciepłym rozpoczyna się po kondycjonowaniu zgodnie z pkt 7.6.3. Podczas badań należy rejestrować temperaturę i ciśnienie spalin (temperaturę przed i za układem oczyszczania spalin, przeciwciśnienie wydechu itp.).

Jeżeli warunki określone przez producenta wystąpią podczas badania, a wyniki trzech (lub więcej) badań WHTC w stanie ciepłym nie różnią się od siebie o więcej niż ± 25 % lub 0,005 g/kWh, w zależności od tego, która z wartości jest wyższa, układ oczyszczania spalin uznaje się za układ z regeneracją ciągłą i zastosowanie mają ogólne przepisy dotyczące badania zawarte w pkt 7.6 (WHTC) i pkt 7.7 (WHSC).

Jeżeli układ oczyszczania spalin posiada tryb bezpieczeństwa, który powoduje przełączenie układu na tryb okresowej regeneracji, sprawdza się go zgodnie z przepisami pkt 6.6.2. W tym szczególnym przypadku wartości graniczne emisji mogą zostać przekroczone i nie są ważone.

6.6.2. Regeneracja okresowa

W przypadku układów oczyszczania spalin, których działanie polega na procesie okresowej regeneracji, emisje należy zmierzyć podczas co najmniej trzech badań WHTC w stanie ciepłym przeprowadzonych jeden raz z regeneracją i dwa razy bez regeneracji na ustabilizowanym układzie oczyszczania spalin, a wyniki poddać ważeniu zgodnie z równaniem 5.

Proces regeneracji powinien wystąpić przynajmniej raz podczas badania WHTC w stanie ciepłym. Silnik może być wyposażony w przełącznik, umożliwiający wstrzymanie lub uruchomienie procesu regeneracji, pod warunkiem że operacja ta nie wpływa na pierwotną kalibrację silnika.

Producent deklaruje normalne warunki, w jakich zachodzi proces regeneracji (ilość sadzy, temperatura, przeciwciśnienie wydechu itp.) i czas jej trwania. Producent podaje także częstotliwość regeneracji wyrażoną jako stosunek liczby badań, podczas których zachodzi regeneracja, do liczby badań bez regeneracji. Dokładna procedura określania tej częstotliwości opiera się na danych dotyczących użytkowania na podstawie dobrej praktyki inżynierskiej i jest uzgadniana przez organ udzielający homologacji.

Producent dostarcza układ oczyszczania spalin obciążony w taki sposób, aby proces regeneracji występował w nim podczas badania WHTC. Dla potrzeb tego badania silnik nagrzewa się zgodnie z pkt 7.4.1, poddaje kondycjonowaniu zgodnie z pkt 7.6.3 i rozpoczyna się badanie WHTC w stanie ciepłym. Regeneracja nie powinna wystąpić podczas nagrzewania silnika.

Średnie emisje jednostkowe pomiędzy fazami regeneracji są określane na podstawie średniej arytmetycznej kilku, w przybliżeniu jednakowo odległych w czasie, wyników badań WHTC w stanie ciepłym (g/kWh). Zaleca się przeprowadzenie co najmniej jednego badania WHTC w stanie ciepłym możliwie w jak najmniejszym odstępie czasu przed badaniem regeneracji i jednego badania WHTC bezpośrednio po badaniu regeneracji. Alternatywnie producent może przedstawić dane wykazujące, iż poziom emisji pozostaje niezmienny (±25 % lub 0,005 g/kWh, w zależności od tego, która z tych wielkości jest wyższa) między fazami regeneracji. W takim przypadku można wykorzystać pomiar emisji dokonany tylko podczas jednego badania WHTC.

Podczas badania regeneracji rejestruje się wszystkie dane niezbędne do wykrycia regeneracji (emisje CO lub NOx, temperatura przed i za układem oczyszczania spalin, przeciwciśnienie wydechu itp.).

Podczas badania regeneracji obowiązujące limity emisji mogą zostać przekroczone.

Procedurę badania przedstawiono w sposób schematyczny na rys. 2.

Wynik emisji uzyskany w badaniu WHTC w stanie ciepłym należy poddać ważeniu przy pomocy następującego równania:

(5)

gdzie:

n liczba badań WHTC w stanie ciepłym bez regeneracji nr liczba badań WHTC w stanie ciepłym z regeneracją (przynajmniej jedno badanie) średnia wartość emisji jednostkowej bez regeneracji, g/kWh średnia wartość emisji jednostkowej z regeneracją, g/kWh

Przy ustalaniu stosuje się następujące postanowienia:

a) jeżeli regeneracja trwa dłużej niż jedno badanie WHTC w stanie ciepłym, przeprowadzane są kolejne pełne badania WHTC w stanie ciepłym i kontynuowane są pomiary emisji bez kondycjonowania i wyłączania silnika, do czasu zakończenia regeneracji, a następnie obliczana jest średnia z badań WHTC w stanie ciepłym;

b) jeżeli regeneracja zostanie zakończona podczas badania WHTC w stanie ciepłym, badanie jest kontynuowane do samego końca.

W porozumieniu z organem udzielającym homologacji współczynniki korygujące układu regeneracji można stosować w sposób multiplikatywny c) lub addytywny d) na podstawie dobrej praktyki inżynierskiej;

c) multiplikatywne współczynniki korygujące oblicza się w następujący sposób: (6) (6a)

d) addytywne współczynniki korygujące oblicza się w następujący sposób: (7) (8)

W odniesieniu do wyliczeń emisji jednostkowych w pkt 8.6.3 współczynniki korygujące układu regeneracji stosuje się w następujący sposób:

e) w przypadku badania bez regeneracji, k r,u odpowiednio mnoży się przez emisje jednostkowe e, lub do nich dodaje, w równaniach 69 lub 70;

f) w przypadku badania z regeneracją, k r,d odpowiednio mnoży się przez emisję jednostkową e lub odejmuje od niej w równaniach 69 lub 70.

Na wniosek producenta współczynniki korygujące układu regeneracji:

g) mogą być zastosowane w odniesieniu do innych silników z tej samej rodziny;

h) mogą być zastosowane w odniesieniu do innych rodzin silników wyposażonych w ten sam układ oczyszczania spalin, po uprzednim zatwierdzeniu przez organ udzielający homologacji, opartym na dostarczonych przez producenta dowodach technicznych wykazujących, że emisje obu rodzin są podobne.

6.7. Układ chłodzenia

Należy stosować układ chłodzenia silnika o sprawności wystarczającej do utrzymania silnika w granicach normalnej temperatury roboczej przewidzianej przez producenta.

6.8. Olej silnikowy

Producent wskazuje użyty olej silnikowy, który powinien być reprezentatywny dla olejów dostępnych na rynku, przy czym specyfikacje użytego podczas badania oleju odnotowuje się i przedstawia wraz z wynikami badania.

6.9. Specyfikacje dla paliwa wzorcowego

Specyfikacje paliwa wzorcowego zostały podane w dodatku 2 do niniejszego załącznika dla silników o zapłonie samoczynnym oraz w załącznikach 6 i 7 dla silników napędzanych CNG i LPG.

Temperatura paliwa powinna być zgodna z zaleceniami producenta.

6.10. Emisje ze skrzyni korbowej

Emisje ze skrzyni korbowej nie mogą być odprowadzane bezpośrednio do otaczającej atmosfery, z następującym wyjątkiem: silniki wyposażone w turbosprężarki, pompy, dmuchawy lub sprężarki doładowujące powietrze mogą odprowadzać emisje ze skrzyni korbowej do otaczającej atmosfery, jeśli emisje te zostaną dodane do emisji spalin (fizycznie lub matematycznie) podczas wszystkich badań poziomu emisji. Producenci korzystający z tego wyjątku instalują silniki w sposób umożliwiający skierowanie wszystkich emisji ze skrzyni korbowej do układu pobierania próbek emisji.

Na potrzeby niniejszego punktu emisji ze skrzyni korbowej, kierowanych do przewodów wydechowych przed układem oczyszczania spalin podczas pracy silnika, nie uznaje się za emisje odprowadzane bezpośrednio do otaczającej atmosfery.

Emisje z otwartej skrzyni korbowej kierowane są do układu wydechowego w celu przeprowadzenia pomiaru emisji w następujący sposób:

a) Materiały, z których wykonane są przewody, powinny być gładkie, przewodzić prąd elektryczny i nie wchodzić w reakcje z emisjami ze skrzyni korbowej. Długość przewodów powinna być ograniczona do minimum.

b) Liczbę łuków rurowych w stosowanych w laboratorium przewodach skrzyni korbowej należy ograniczyć do minimum, a promień każdego łuku rurowego, których nie da się uniknąć, powinien być jak największy.

c) Stosowane w laboratorium przewody wydechowe skrzyni korbowej powinny być podgrzewane, cienkościenne i spełniać wymogi producenta silnika dotyczące ciśnienia wstecznego w skrzyni korbowej.

d) Przewody wydechowe skrzyni korbowej są podłączane do wylotu nierozcieńczonych spalin za układem oczyszczania spalin, za zainstalowanym dławieniem przepływu spalin, ale przed wszelkimi sondami próbkującymi w odległości zapewniającej całkowite wymieszanie ze spalinami pochodzącymi z silnika przed pobraniem próbek. Przewód wydechowy skrzyni korbowej jest wprowadzony w swobodny strumień spalin, aby uniknąć efektu warstwy granicznej i ułatwić wymieszanie. Wylot przewodu wydechowego skrzyni korbowej może być skierowany w dowolnym kierunku względem strumienia nierozcieńczonych spalin.

7. PROCEDURY BADAWCZE

7.1. Zasady pomiaru emisji

W celu pomiaru emisji jednostkowych silnik jest uruchamiany w cyklach badań określonych w pkt 7.2.1 i 7.2.2. Pomiar emisji jednostkowych wymaga określenia masy składników znajdujących się w spalinach i odpowiedniego cyklu pracy silnika. Składniki ustala się za pomocą metod pobierania próbek opisanych w pkt 7.1.1 i 7.1.2.

7.1.1. Ciągłe pobieranie próbek

Przy ciągłym pobieraniu próbek stężenie składnika bada się w sposób ciągły w spalinach nierozcieńczonych i rozcieńczonych. Stężenie mnoży się przez ciągłe natężenie przepływu spalin (nierozcieńczonych i rozcieńczonych) w miejscu pobierania próbek emisji, aby ustalić masowe natężenie przepływu składnika. Emisje danego składnika są sumowane w sposób ciągły przez cały cykl badań. Otrzymana suma stanowi całkowitą masę emitowanego składnika.

7.1.2. Okresowe pobieranie próbek

Przy okresowym pobieraniu próbek próbka nierozcieńczonych lub rozcieńczonych spalin jest pobierana w sposób ciągły i zachowywana w celu późniejszego przeprowadzenia pomiaru. Pobrana próbka powinna być proporcjonalna do natężenia przepływu spalin nierozcieńczonych i rozcieńczonych. Do przykładów okresowego pobierania próbek zalicza się gromadzenie rozcieńczonych składników gazowych w worku lub gromadzenie cząstek stałych (PM) na filtrze. Stężenia określone w wyniku okresowego pobierania próbek mnoży się przez całkowitą masę spalin lub przepływ masy (spalin nierozcieńczonych i rozcieńczonych), z których została pobrana próbka podczas cyklu badań. Otrzymany wynik stanowi całkowitą masę lub przepływ masy emitowanego składnika. W celu obliczenia stężenia PM ilość cząstek stałych nagromadzonych na filtrze z pobranych w sposób proporcjonalny próbek spalin dzieli się przez ilość przefiltrowanych spalin.

7.1.3. Procedury pomiaru

W niniejszym załączniku zastosowano dwie zasady pomiaru, które są funkcjonalnie równoważne. Obie procedury mogą być stosowane zarówno dla badania WHTC, jak i WHSC:

a) próbki składników gazowych pobiera się w sposób ciągły z nieoczyszczonych gazów spalinowych, a cząstki stałe mierzy się przy pomocy układu częściowego rozcieńczania przepływu;

b) składniki gazowe i cząstki stałe mierzy się przy pomocy układu pełnego rozcieńczenia przepływu (układu CVS).

Dozwolone jest dowolne połączenie tych dwóch zasad (np. pomiaru gazów nieczyszczonych i pomiaru pełnego przepływu cząstek stałych).

7.2. Cykle badań

7.2.1. Cykl badania w warunkach nieustalonych WHTC

Cykl badania w warunkach nieustalonych WHTC jest wymieniony w dodatku 1 jako składający się z sekundowych sekwencji znormalizowanych wartości prędkości i momentu obrotowego. W celu wykonania badania na komórce badawczej silnika, znormalizowane wartości powinny zostać przeliczone na rzeczywiste wartości dla konkretnego badanego silnika w oparciu o krzywą odwzorowania parametrów silnika. Przeliczenie to określane jest mianem denormalizacji, a uzyskany w ten sposób cykl badania mianem cyklu odniesienia dla badanego silnika. Przy powyższych wartościach prędkości i momentu obrotowego należy wykonać cykl badania na komórce badawczej silnika oraz odnotować wartości prędkości, momentu obrotowego i mocy. W celu zatwierdzenia przebiegu testowego należy przeprowadzić analizę regresji pomiędzy wartościami odniesienia i wartościami rzeczywistymi prędkości, momentu obrotowego i mocy po zakończeniu badania.

W celu obliczenia emisji jednostkowych w stanie zatrzymania oblicza się rzeczywistą pracę silnika w cyklu poprzez całkowanie rzeczywistej mocy silnika w cyklu. W celu zatwierdzenia cyklu rzeczywista praca w cyklu powinna mieścić się w wyznaczonych granicach pracy w cyklu odniesienia.

W przypadku zanieczyszczeń gazowych można zastosować ciągłe pobieranie próbek (nierozcieńczone lub rozcieńczone spaliny) lub okresowe pobieranie próbek (rozcieńczone spaliny). Próbka cząstek stałych powinna zostać rozcieńczona kondycjonowanym rozcieńczalnikiem (np. otaczającym powietrzem) i zebrana na odpowiednim pojedynczym filtrze. Cykl badania WHTC przedstawiono schematycznie na rys. 3.

7.2.2. Liniowy cykl badania w warunkach ustalonych WHSC

Liniowy cykl badania w warunkach ustalonych WHSC składa się z kilku znormalizowanych faz prędkości i obciążenia, które przelicza się na wartości odniesienia dla konkretnego badanego silnika w oparciu o krzywą odwzorowania parametrów pracy silnika. W każdej fazie silnik musi pracować przez wyznaczony czas, przy czym prędkość obrotowa i obciążenie są zmieniane co 20 ± 1 s. W celu zatwierdzenia przebiegu testowego przeprowadza się analizę regresji pomiędzy wartościami odniesienia i wartościami rzeczywistymi prędkości, momentu obrotowego i mocy po zakończeniu badania.

Podczas cyklu badania mierzy się wartości stężeń każdego z zanieczyszczeń gazowych, natężenie przepływu spalin i moc. Zanieczyszczenia gazowe mogą być rejestrowane w sposób ciągły lub gromadzone w worku do pobierania próbek. Próbkę cząstek stałych rozcieńcza się kondycjonowanym rozcieńczalnikiem (np. otaczającym powietrzem). Podczas pełnej procedury badania pobiera się jedną próbkę na odpowiednim pojedynczym filtrze.

W celu obliczenia emisji jednostkowych w stanie zatrzymania oblicza się rzeczywistą pracę silnika w cyklu poprzez całkowanie rzeczywistej mocy silnika w cyklu.

Wartości dla cyklu WHSC przedstawiono w tabeli 1. Poza fazą 1 początek każdej fazy określa się jako rozpoczęcie przerwy z poprzedniej fazy.

Tabela 1

Cykl badania WHSC

Faza Znormalizowana prędkość (%) Znormalizowany moment obrotowy (%) Długość fazy obejmująca 20-sekundową przerwę 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 Suma 1 895

7.3. Ogólna sekwencja badania

Następujący wykres przedstawia ogólne zalecenia, które powinny być przestrzegane podczas badania. Szczegóły dotyczące poszczególnych elementów zostały opisane w odpowiednich punktach. W stosownych przypadkach dopuszcza się odchylenia od zaleceń, jednak szczegółowe wymogi zawarte w odpowiednich punktach mają charakter obowiązkowy.

W przypadku WHTC procedura badania obejmuje start w stanie zimnym, następnie naturalne lub wymuszone ochłodzenie silnika, po czym następuje okres nagrzewania i start w stanie ciepłym.

W przypadku WHSC procedura badania obejmuje start w stanie ciepłym po uprzednim kondycjonowaniu silnika w fazie 9 badania WHSC.

7.4. Odwzorowanie parametrów silnika i cykl odniesienia

Poprzedzające badanie pomiary silnika, kontrole osiągów silnika i kalibracje systemów wykonuje się przed procedurą odwzorowania parametrów silnika zgodnie z ogólną sekwencją badania przedstawioną w pkt 7.3.

Jako podstawę do uzyskania cyklu odniesienia badania WHTC i WHSC dokonuje się odwzorowania parametrów pracy silnika przy pełnym obciążeniu w celu uzyskania krzywej prędkości w zależności od maksymalnego momentu obrotowego oraz prędkości w zależności od mocy. Krzywą odwzorowania wykorzystuje się do denormalizacji prędkości silnika (pkt 7.4.6) i momentu obrotowego silnika (pkt 7.4.7).

7.4.1. Nagrzewanie silnika

Silnik jest nagrzewany przy 75 % do 100 % maksymalnej mocy lub zgodnie z zaleceniami producenta oraz dobrą praktyką inżynierską. Pod koniec nagrzewania silnik pracuje przez co najmniej 2 minuty w celu ustabilizowania temperatury płynu chłodzącego silnika i oleju smarowego w granicach ± 2 % jej średnich wartości lub dopóki nie zadziała termostat regulujący temperaturę silnika.

7.4.2. Określanie zakresu prędkości odwzorowania

Minimalne i maksymalne prędkości odwzorowania wyznacza się w następujący sposób:

Minimalna prędkość odwzorowania = prędkość na biegu jałowym Maksymalna prędkość odwzorowania = n hi × 1,02 lub prędkość, przy której moment obrotowy pełnego obciążenia spada do zera w zależności od tego, która prędkość jest niższa.

7.4.3. Krzywa odwzorowania parametrów silnika

Po ustabilizowaniu silnika zgodnie z pkt 7.4.1 odwzorowanie parametrów silnika przeprowadza się zgodnie z poniższą procedurą.

a) Silnik jest odciążony i pracuje na biegu jałowym.

b) Silnik pracuje przy maksymalnym zapotrzebowaniu operatora i minimalnej prędkości odwzorowywania.

c) Prędkość obrotową silnika zwiększa się w tempie 8 ± 1 min–1/s z minimalnej do maksymalnej prędkości odwzorowywania, lub w sposób ciągły umożliwiający przejście z minimalnej do maksymalnej prędkości odwzorowywania w ciągu 4 do 6 min. Prędkość obrotowa silnika i moment obrotowy są rejestrowane z częstotliwością próbkowania co najmniej jednego punktu na sekundę.

Przy wyborze opcji b) w pkt 7.4.7 do ustalenia wartości ujemnego momentu obrotowego odniesienia, krzywa odwzorowania może przy minimalnym zapotrzebowaniu operatora przejść bezpośrednio z maksymalnej do minimalnej prędkości odwzorowania.

7.4.4. Odwzorowywanie alternatywne

Jeżeli producent uważa, że powyższe techniki odwzorowywania nie są bezpieczne lub nie są reprezentatywne dla żadnego z rozważanych silników, możliwe jest wykorzystanie innych technik odwzorowywania. Techniki alternatywne muszą być zgodne z celem określonych procedur odwzorowywania wyznaczających maksymalnie dopuszczalny moment obrotowy dla wszystkich prędkości silnika uzyskanych w cyklach badania. Odstępstwa od technik odwzorowywania podanych w niniejszym punkcie wprowadzone ze względów bezpieczeństwa lub reprezentatywności zatwierdza organ udzielający homologacji podając uzasadnienie ich zastosowania. Jednakże wolno żadnym razie nie stosuje się metody ustalania krzywej momentu obrotowego, dla malejących prędkości obrotowych w przypadku silników z regulatorem lub z turbodoładowaniem.

7.4.5. Badania powtarzalne

Nie ma potrzeby odwzorowywania parametrów silnika przed każdym cyklem badania. Parametry silnika są powtórnie odwzorowane przed cyklem badania, jeżeli:

a) według dobrej praktyki inżynierskiej od ostatniego odwzorowania upłynął nadmiernie długi okres czasu; lub

b) w silniku wprowadzono zmiany fizyczne lub go przekalibrowano, co mogło wpłynąć na osiągi silnika.

7.4.6. Denormalizacja prędkości silnika

W celu utworzenia cykli odniesienia znormalizowane prędkości z dodatku 1 (WHTC) i tabeli 1 (WHSC) należy zdenormalizować, używając następującego równania:

(9)

W celu ustalenia n pref obliczana jest całka maksymalnego momentu obrotowego w przedziale n idle do n 95h krzywej odwzorowania parametrów silnika wyznaczonej zgodnie z pkt 7.4.3.

Prędkości silnika na rys. 4 i 5 wyznacza się następująco:

n lo jest najniższą prędkością, przy której moc osiąga wartość 55 % maksymalnej mocy n pref jest prędkością silnika, przy której całka maksymalnego momentu obrotowego stanowi 51 % całkowitej całki z przedziału n idle do n 95h n hi jest najwyższą prędkością, przy której moc osiąga wartość 70 % maksymalnej mocy n idle jest prędkością biegu jałowego n 95h jest najwyższą prędkością, przy której moc osiąga wartość 95 % maksymalnej mocy

W przypadku silników (głównie silników o zapłonie samoczynnym) ze stromą charakterystyką statyzmu regulatora, w których odcięcie dopływu paliwa nie pozwala na pracę silnika z prędkością rzędu n hi i n 95h stosuje się następujące postanowienia:

n hi w równaniu 9 zastępuje się n Pmax × 1,02 n 95h zastępuje się n Pmax × 1,02

7.4.7. Denormalizacja momentu obrotowego silnika

Wartości momentu obrotowego określone na schemacie dynamometru do pomiaru mocy silnika w dodatku 1 (WHTC) i w tabeli 1 (WHSC) są znormalizowane w odniesieniu do maksymalnego momentu obrotowego przy odpowiadającej prędkości. W celu utworzenia cykli odniesienia wartości momentu obrotowego dla każdej wartości prędkości odniesienia wyznaczonej w pkt 7.4.6 należy w następujący sposób zdenormalizować, korzystając z krzywej odwzorowania wyznaczonej zgodnie z pkt 7.4.3:

(10)

gdzie:

M norm,i jest znormalizowanym momentem obrotowym, % M max,i jest maksymalnym momentem obrotowym z krzywej odwzorowania, Nm M f,i jest momentem obrotowym pochłanianym przez wyposażenie dodatkowe/urządzenia, jakie należy zamontować, Nm M r,i jest momentem obrotowym pochłanianym przez wyposażenie dodatkowe/urządzenia, jakie należy zdemontować, Nm

Jeżeli wyposażenie dodatkowe/urządzenia zamontowano zgodnie z pkt 6.3.1 i dodatkiem 7, M f i M r mają wartość zero.

Ujemne wartości momentu obrotowego punktów kontroli (m w dodatku 1) przyjmują, do celów utworzenia cyklu odniesienia, wartości odniesienia ustalone zgodnie z jednym z następujących sposobów:

a) minus 40 % dodatniej wartości momentu obrotowego przy danej prędkości;

b) odwzorowanie ujemnej wartości momentu obrotowego wymaganej do zmniejszenia prędkości odwzorowania silnika z maksymalnej do minimalnej;

c) ustalenie ujemnej wartości momentu obrotowego niezbędnego dla pracy silnika na biegu jałowym i prędkości n hi oraz liniowej interpolacji między tymi dwoma punktami.

7.4.8. Obliczanie pracy w cyklu odniesienia

Pracę w cyklu odniesienia ustala się w cyklu badania poprzez jednoczesne obliczenie chwilowych wartości mocy silnika na podstawie prędkości odniesienia i momentu obrotowego odniesienia wyznaczonych w pkt 7.4.6 i 7.4.7. Chwilowe wartości mocy silnika całkuje się w cyklu badania, aby obliczyć referencyjny cykl pracy W ref (kWh). Jeżeli urządzenia dodatkowe nie są zamontowane zgodnie z pkt 6.3.1, chwilowe wartości mocy należy skorygować za pomocą równania 4 z pkt 6.3.5.

Tę samą metodologię wykorzystuje się do całkowania mocy odniesienia i mocy rzeczywistej. Jeżeli wyznacza się wartości między sąsiadującymi wartościami odniesienia lub wartościami zmierzonymi, używa się interpolacji liniowej. Podczas całkowania rzeczywistego cyklu pracy wszystkie ujemne wartości momentu obrotowego są przyjmowane jako równe zeru i uwzględniane. Jeżeli całkowanie przeprowadza się przy częstotliwości niższej niż 5 Hz oraz jeżeli w określonym odcinku czasu wartość momentu obrotowego zmienia się z wartości dodatniej na ujemną, lub z ujemnej na dodatnią, wówczas część o wartości ujemnej przelicza się i przyjmuje jako równą zeru. Część o wartości dodatniej należy włączyć do wartości całkowanej.

7.5. Procedury przed badaniem

7.5.1. Instalacja urządzeń pomiarowych

Oprzyrządowanie i sondy próbkujące instaluje się stosownie do potrzeb. Jeżeli do rozcieńczania przepływu spalin używa się układu pełnego rozcieńczania przepływu, układ należy połączyć z rurą wydechową.

7.5.2. Przygotowanie urządzeń pomiarowych do pobierania próbek

Przed rozpoczęciem pobierania próbek emisji należy wykonać następujące czynności:

a) W ciągu 8 godzin przed pobraniem próbek emisji przeprowadza się próby szczelności zgodnie z pkt 9.3.4.

b) Przy okresowym pobieraniu próbek podłącza się czyste zbiorniki, na przykład opróżnione worki.

c) Wszystkie instrumenty pomiarowe uruchamia się zgodnie z instrukcjami producenta i dobrą praktyką inżynierską.

d) Uruchamia się układy rozcieńczania, pompy do pobierania próbek, wentylatory chłodzące i systemy zbierania danych.

e) Natężenie przepływu próbki dostosować do pożądanego poziomu, w razie potrzeby stosując przepływ obejściowy.

f) Wymienniki ciepła w układzie pobierania próbek wstępnie rozgrzewa się lub schładza w zakresie ich temperatur roboczych dla potrzeb badania.

g) Należy umożliwić ustabilizowanie się temperatury roboczej rozgrzanych lub schłodzonych komponentów, takich jak ciągi pobierania próbek, filtry, chłodnice i pompy.

h) Układ rozcieńczania przepływu spalin włącza się co najmniej 10 minut przed sekwencją badania.

i) Wszelkie elektroniczne układy całkujące należy wyzerować lub ponownie wyzerować przed rozpoczęciem przerwy między badaniami.

7.5.3. Sprawdzanie analizatorów gazu

Należy wybrać zakresy pomiarowe analizatorów gazu. Dozwolone jest stosowanie analizatorów emisji z automatycznym lub manualnym przełączaniem zakresu. W trakcie cyklu badania nie należy przełączać zakresu pomiarowego analizatorów emisji. Jednocześnie nie wolno przełączać wartości wzmocnienia analogowego wzmacniacza operacyjnego lub analogowych wzmacniaczy operacyjnych analizatora w trakcie cyklu badania.

Reakcję zerową i reakcję zakresu ustala się dla wszystkich analizatorów używając gazów spełniających wymagania norm międzynarodowych, które spełniają wymogi określone w pkt 9.3.3. Analizatory FID należy skalibrować na podstawie liczby atomów węgla równej 1 (C1).

7.5.4. Przygotowanie filtrów próbkujących cząstki stałe

Przynajmniej na godzinę przed badaniem każdy z filtrów należy umieścić na płytce Petriego, zabezpieczonej przed zanieczyszczeniami pyłowymi i umożliwiającej wymianę powietrza, oraz włożyć do komory wagowej dla ustabilizowania. Po zakończeniu okresu stabilizacji każdy z filtrów należy zważyć i odnotować wagę tara. Następnie filtry należy przechowywać w zamkniętej płytce Petriego lub w uszczelnionym uchwycie filtra do chwili rozpoczęcia badania. Filtr należy wykorzystać w ciągu ośmiu godzin od wyjęcia z komory wagowej.

7.5.5. Regulacja układu rozcieńczenia spalin

Przepływ całkowicie rozcieńczonych spalin w układzie pełnego rozcieńczania przepływu lub przepływ rozcieńczonych spalin w układzie częściowego rozcieńczania przepływu spalin ustawia się tak, aby wyeliminować kondensację wody w układzie, oraz aby uzyskać temperaturę powierzchni filtra zawartą między 315 K (42 °C) i 325 K (52 °C).

7.5.6. Uruchamianie układu pobierania próbek cząstek stałych

Należy włączyć układ pobierania próbek cząstek stałych i przełączyć go na przepływ przez układ obejściowy. Poziom tła cząstek stałych w rozcieńczalniku można wyznaczyć poprzez pobieranie próbek rozcieńczalnika przed wprowadzeniem spalin do tunelu rozcieńczającego. Pomiar ten może zostać wykonany przed lub po badaniu. Jeżeli pomiar wykonuje się zarówno przed, jak i po cyklu badania, zmierzone wartości można uśrednić. Jeżeli stosuje się inny układ pobieranie próbek dla pomiaru poziomu tła, pomiar ten przeprowadza się równolegle do badania.

7.6. Przebieg w cyklu badania WHTC

7.6.1. Ochłodzenie silnika

Można zastosować procedurę naturalnego lub wymuszonego ochłodzenia silnika. W przypadku wymuszonego ochłodzenia stosuje się dobrą praktykę inżynierską w celu przygotowania układu nawiewającego chłodzące powietrze w stronę silnika, tłoczącego zimny olej przez układ smarowania silnika, obniżającego temperaturę płynu chłodzącego w układzie chłodzenia oraz obniżającego temperaturę układu oczyszczania spalin. W przypadku wymuszonego ochłodzenia układu oczyszczania spalin powietrze chłodzące jest stosowane dopiero gdy układ ochłodzi się poniżej swojej temperatury aktywacji katalizatora. Niedozwolone są wszelkie procedury chłodzenia, w wyniku których poziom emisji silnika nie jest reprezentatywny.

7.6.2. Badanie z rozruchem zimnego silnika

Badanie z rozruchem zimnego silnika rozpoczyna się, gdy temperatura oleju silnikowego, płynu chłodzącego oraz układu oczyszczania spalin zawiera się w przedziale 293–303 K (20–30 °C). Silnik uruchamia się przy użyciu jednej z następujących metod:

a) silnik uruchamia się zgodnie z zaleceniami instrukcji obsługi wykorzystując rozrusznik silnika oraz odpowiednio naładowany akumulator lub odpowiednie źródło energii elektrycznej; lub

b) silnik uruchamia się za pomocą dynamometru. Silnik uruchamia się przy wartości ± 25 % normalnej prędkości rozruchowej. Rozruch przerywa się w ciągu 1 s po uruchomieniu silnika. Jeżeli silnik nie uruchomi się po 15 s rozruchu, czynność tę przerywa się i ustala przyczynę niepowodzenia w uruchomieniu silnika, chyba że instrukcja obsługi lub książka serwisowa wskazuje dłuższy czas jako normalny czas rozruchu korbowego.

7.6.3. Okres nagrzewania

Bezpośrednio po zakończeniu rozruchu w stanie zimnym silnik jest kondycjonowany w ramach badania rozruchu w stanie ciepłym przez 10 ± 1 min okresu nagrzewania.

7.6.4. Badanie z rozruchem w stanie ciepłym

Silnik uruchamia się po zakończeniu okresu nagrzewania określonego w pkt 7.6.3 przy wykorzystaniu metod rozruchu opisanych w pkt 7.6.2.

7.6.5. Sekwencja badania

Zarówno w przypadku badania z rozruchem w stanie zimnym, jak i z rozruchem w stanie ciepłym sekwencja badania zaczyna się w momencie uruchomienia silnika. Po uruchomieniu silnika zainicjowany zostaje cykl kontrolny, tak aby praca silnika odpowiadała pierwszej zadanej wartości cyklu.

Badanie WHTC przeprowadza się zgodnie z cyklem odniesienia określonym w pkt 7.4. Punkty kontrolne prędkości i momentu obrotowego mają częstotliwość 5 Hz (zalecane 10 Hz) lub większą. Ustalone punkty oblicza się metodą liniowej interpolacji przy użyciu ustalonych punktów cyklu odniesienia rejestrowanych z częstotliwością 1 Hz. Rzeczywiste wartości prędkości obrotowej i momentu obrotowego silnika rejestruje się co najmniej co sekundę w trakcie cyklu badania (1 Hz), a impulsy można filtrować elektronicznie.

7.6.6. Gromadzenie istotnych danych dotyczących emisji

Z chwilą rozpoczęcia sekwencji badania jednocześnie uruchamia się urządzenia pomiarowe oraz:

a) rozpoczyna się gromadzenie lub analizę rozcieńczalnika w przypadku stosowania układu pełnego rozcieńczania przepływu spalin;

b) rozpoczyna się gromadzenie lub analizę rozcieńczonych lub nierozcieńczonych spalin, w zależności od stosowanej metody;

c) rozpoczyna się pomiar ilości rozcieńczonych spalin oraz wymaganych temperatur i ciśnień;

d) rozpoczyna się pomiar masowego natężenia przepływu spalin w przypadku stosowania analizy nierozcieńczonych spalin;

e) rozpoczyna się rejestrowanie sygnałów zwrotnych prędkości i momentu obrotowego dynamometru.

Jeżeli stosuje się pomiar nierozcieńczonych spalin, stężenia emisji (węglowodorów, węglowodorów niemetanowych, CO i NOx) oraz masowe natężenie przepływu spalin mierzy się w sposób ciągły i rejestruje w układzie komputerowym z częstotliwością co najmniej 2 Hz. Wszystkie inne dane mogą być rejestrowane z częstotliwością co najmniej 1 Hz. W przypadku analizatorów analogowych rejestruje się reakcję, a dane kalibracyjne można zastosować w trybie online lub offline podczas oceny danych.

Jeżeli stosuje się układ pełnego rozcieńczania przepływu spalin, stężenie węglowodorów i NOx mierzy się w sposób ciągły w tunelu rozcieńczającym z częstotliwością co najmniej 2 Hz. Stężenia średnie wyznacza się całkując sygnały analizatora podczas cyklu badania. Czas reakcji układu nie przekracza 20 s i, gdy jest to niezbędne, koordynuje się go ze zmianami przepływu CVS iw razie potrzeby z czasem pobierania próbek/zwłoką początku cyklu badania. Stężenia CO, CO2 i NMHC można ustalić całkując ciągłe pomiary lub analizując stężenia tych substancji zebranych w workach do pobierania próbek podczas cyklu. Stężenia zanieczyszczeń gazowych w rozcieńczalniku wyznacza się przed wejściem spalin do tunelu rozcieńczającego metodą całkowania lub gromadząc je w worku do pomiaru stężeń tła. Wszystkie pozostałe parametry, które należy zmierzyć, rejestruje się z minimalną częstotliwością jednego pomiaru na sekundę (1 Hz).

7.6.7. Pobieranie próbek cząstek stałych

Na początku sekwencji badania przełącza się układ pobierania próbek cząstek stałych z obwodu obejściowego na gromadzenie cząstek.

Jeżeli stosuje się układ częściowego rozcieńczania przepływu spalin, pompę(-y) do pobierania próbek reguluje się w taki sposób, by natężenie przepływu przez sondę do pobierania próbek cząstek stałych lub przewód przesyłowy pozostawało proporcjonalne do masowego natężenia przepływu spalin, określonego zgodnie z pkt 9.4.6.1.

Jeżeli stosuje się układ pełnego rozcieńczania pełnego przepływu spalin, pompę(-y) do pobierania próbek reguluje się w taki sposób, by natężenie przepływu przez sondę do pobierania próbek cząstek stałych lub przewód przesyłowy utrzymywało się na poziomie wartości ±2,5 % ustalonego natężenia przepływu. Jeżeli stosuje się wyrównywanie przepływu (tzn. proporcjonalne sterowanie przepływem próbek), wykazuje się, że stosunek natężenia przepływu głównego w tunelu do przepływu cząstek stałych nie odbiega od ustalonej wartości o więcej niż ±2,5 % (z wyjątkiem pierwszych 10 s pobierania próbek). Rejestruje się średnią temperaturę i ciśnienie na mierniku(-ach) gazu lub wlocie do urządzenia przepływowego. Jeżeli z powodu nagromadzenia dużej ilości cząstek stałych na filtrze niemożliwe jest utrzymanie zadanego natężenia przepływu w całym cyklu (w zakresie ±2,5 %), badanie uznaje się za nieważne. Badanie przeprowadza się ponownie przy niższym natężeniu przepływu próbek.

7.6.8. Gaśnięcie silnika i nieprawidłowe funkcjonowanie urządzeń

Jeżeli silnik zgaśnie podczas badania z rozruchem w stanie zimnym, badanie uznaje się za nieważne. Silnik poddaje się kondycjonowaniu wstępnemu, ponownie uruchamia zgodnie z wymogami określonymi w pkt 7.6.2, oraz powtarza badanie.

Jeżeli silnik zgaśnie w jakimkolwiek momencie badania z rozruchem w stanie ciepłym, badanie uznaje się za nieważne. Silnik rozgrzewa się zgodnie z opisem w pkt 7.6.3, a badanie z rozruchem w stanie ciepłym powtarza. W takim przypadku nie ma konieczności powtarzania badania z rozruchem w stanie zimnym.

Jeżeli w trakcie cyklu badania ma miejsce awaria któregokolwiek z urządzeń wykorzystywanych w badaniu, badanie uznaje się za nieważne i powtarza się je zgodnie z powyższymi przepisami.

7.7. Przebieg w cyklu badania WHSC

7.7.1. Wstępne kondycjonowanie układu rozcieńczania i silnika

Układ rozcieńczania i silnik uruchamia się i nagrzewa zgodnie z pkt 7.4.1. Po rozgrzaniu silnik i układ pobierania próbek poddaje się kondycjonowaniu wstępnemu, utrzymując silnik w ruchu w trybie 9 (zob. pkt 7.2.2, tabela 1) przez minimum 10 min z jednoczesnym uruchomieniu układu rozcieńczania. Podczas tych operacji można zebrać ślepe próbki emisji cząstek stałych. Filtry do pobierania próbek nie muszą być stabilizowane ani ważone i mogą zostać odrzucone. Natężenie przepływu ustawia się na przybliżone wartości natężenia przepływu wybrane dla badania. Po wstępnym kondycjonowaniu wyłącza się silnik.

7.7.2. Rozruch silnika

Po upływie 5 ± 1 min od zakończenia kondycjonowania wstępnego w trybie 9 zgodnie z opisem w pkt 7.7.1 silnik uruchamia się zgodnie z procedurą rozruchową zalecaną przez producenta w instrukcji obsługi, wykorzystując rozrusznik silnika lub dynamometr zgodnie z opisem w pkt 7.6.2.

7.7.3. Sekwencja badania

Sekwencja badania rozpoczyna się po uruchomieniu silnika i w ciągu jednej minuty od skontrolowania pracy silnika w celu dopasowania do pierwszego trybu cyklu (bieg jałowy)

Badanie WHSC przeprowadza się zgodnie z kolejnością trybów cyklu badawczego przedstawioną w tabeli 1 w pkt 7.2.2.

7.7.4. Gromadzenie istotnych danych dotyczących emisji

Z chwilą rozpoczęcia sekwencji badania jednocześnie uruchamia się urządzenia pomiarowe oraz:

a) rozpoczyna się gromadzenie lub analizę rozcieńczalnika w przypadku stosowania układu pełnego rozcieńczania przepływu spalin;

b) rozpoczyna się gromadzenie lub analizę rozcieńczonych lub nierozcieńczonych spalin, w zależności od stosowanej metody;

c) rozpoczyna się pomiar ilości rozcieńczonych spalin oraz wymaganych temperatur i ciśnień;

d) rozpoczyna się pomiar masowego natężenia przepływu spalin, w przypadku stosowania analizy nierozcieńczonych spalin;

e) rozpoczyna się rejestrowanie sygnałów zwrotnych dotyczących prędkości i momentu obrotowego dynamometru.

Jeżeli stosuje się pomiar nierozcieńczonych spalin, stężenia emisji (węglowodorów, węglowodorów niemetanowych, CO i NOx) oraz masowe natężenie przepływu spalin mierzy się w sposób ciągły i rejestruje w układzie komputerowym z częstotliwością co najmniej 2 Hz. Wszystkie inne dane rejestruje się z częstotliwością co najmniej 1 Hz. W przypadku analizatorów analogowych rejestruje się reakcję, a dane kalibracyjne można zastosować w trybie online lub offline podczas analizy danych.

Jeżeli stosuje się układ pełnego rozcieńczania przepływu spalin, stężenie węglowodorów i NOx mierzy się w sposób ciągły w tunelu rozcieńczającym z częstotliwością co najmniej 2 Hz. Stężenia średnie wyznacza się, całkując sygnały analizatora w trakcie cyklu badania. Czas reakcji układu nie przekracza 20 s i, gdy jest to niezbędne, koordynuje się go ze zmianami przepływu CVS i w razie potrzeby z czasem pobierania próbek/zwłoką początku cyklu badania. Stężenia CO, CO2 i NMHC można ustalić całkując ciągłe pomiary lub analizując stężenia tych substancji zebranych w workach do pobierania próbek podczas cyklu. Stężenia zanieczyszczeń gazowych w rozcieńczalniku wyznacza się przed wejściem spalin do tunelu rozcieńczającego całkując je lub zbierając w worku do pomiaru stężeń tła. Wszystkie pozostałe parametry, które należy zmierzyć, rejestruje się z minimalną częstotliwością jednego pomiaru na sekundę (1 Hz).

7.7.5. Pobieranie próbek cząstek stałych

Na początku sekwencji badania przełącza się układ pobierania próbek cząstek stałych z obwodu obejściowego na gromadzenie cząstek. Jeżeli stosuje się układ częściowego rozcieńczania przepływu spalin, pompę(-y) do pobierania próbek reguluje się w taki sposób, by natężenie przepływu przez sondę do pobierania próbek cząstek stałych lub przewód przesyłowy pozostawało proporcjonalne do masowego natężenia przepływu spalin, określonego zgodnie z pkt 9.4.6.1.

Jeżeli stosuje się układ pełnego rozcieńczania przepływu spalin, pompę(-y) do pobierania próbek reguluje się w taki sposób, by natężenie przepływu przez sondę do pobierania próbek cząstek stałych lub przewód przesyłowy utrzymywało się na poziomie wartości ±2,5 % ustalonego natężenia przepływu. Jeżeli wykorzystuje się wyrównywanie przepływu (tzn. proporcjonalne sterowanie przepływem próbek), wykazuje się, że stosunek natężenia przepływu głównego w tunelu do przepływu cząstek stałych nie odbiega od ustalonej wartości o więcej niż ±2,5 % (z wyjątkiem pierwszych 10 s pobierania próbek). Rejestruje się średnią temperaturę i ciśnienie na mierniku(-ach) gazu lub wlocie do urządzenia przepływowego. Jeżeli z powodu nagromadzenia dużej ilości cząstek stałych na filtrze niemożliwe jest utrzymanie ustalonego natężenia przepływu w całym cyklu (w zakresie ±2,5 %), badanie uznaje się za nieważne. Badanie przeprowadza się ponownie przy niższym natężeniu przepływu próbek.

7.7.6. Gaśniecie silnika i nieprawidłowe funkcjonowanie urządzeń

Jeżeli silnik zgaśnie w którymkolwiek momencie cyklu, badanie uznaje się za nieważne. Silnik poddaje się kondycjonowaniu wstępnemu zgodnie z pkt 7.7.1, ponownie uruchamia zgodnie z pkt 7.7.2 oraz powtarza badanie.

Jeżeli w trakcie cyklu badania ma miejsce awaria któregokolwiek z urządzeń wykorzystywanych w badaniu, badanie uznaje się za nieważne i powtarza się je zgodnie z powyższymi przepisami.

7.8. Procedury przeprowadzane po badaniu

7.8.1. Czynności wykonywane po badaniu

Po zakończeniu badania kończy się pomiar masowego natężenia przepływu spalin, objętości rozcieńczonych spalin, przepływu gazu do worków zbiorczych oraz pracę pompy do pobierania próbek cząstek stałych. W przypadku układu z analizatorem całkującym kontynuuje się pobieranie próbek do chwili upłynięcia czasów reakcji układu.

7.8.2. Weryfikacja proporcjonalnego pobierania próbek

W odniesieniu do każdej proporcjonalnej próbki zbiorczej, takiej jak próbka z worka do pobierania próbek lub próbka cząstek stałych, weryfikuje się, czy zastosowano proporcjonalne pobieranie próbek zgodnie z pkt 7.6.7 i 7.7.5. Każdą próbkę, która nie spełnia tego wymogu, uznaje się za nieważną.

7.8.3. Kondycjonowanie i ważenie cząstek stałych

Filtr cząstek stałych umieszcza się w przykrytym lub zaplombowanym pojemniku bądź zamyka się uchwyty filtra, aby zabezpieczyć filtry do pobierania próbek przed otaczającymi zanieczyszczeniami. Zabezpieczone w ten sposób filtry ponownie umieszcza się w komorze wagowej. Filtr poddaje się kondycjonowaniu przez co najmniej jedną godzinę, a następnie waży zgodnie z pkt 9.4.5. Odnotowuje się masę brutto filtra.

7.8.4. Weryfikacja pełzania zera

Reakcje zera i punktu końcowego skali w zastosowanych zakresach analizatorów gazowych wyznacza się możliwie jak najszybciej, ale nie później niż w ciągu 30 minut od zakończenia cyklu badania lub w trakcie okresu rozgrzewania. Dla celów niniejszego punktu cykl badania definiuje się następująco:

a) w przypadku WHTC: pełna sekwencja stan zimny – nagrzewanie – stan ciepły;

b) w przypadku WHTC z rozruchem w stanie ciepłym (pkt 6.6): sekwencja nagrzewanie – stan ciepły;

c) w przypadku WHTC z rozruchem w stanie ciepłym i wielokrotną regeneracją (pkt 6.6): łączna liczba badań z rozruchem w stanie ciepłym;

d) w przypadku WHSC: cykl badania.

Do zjawiska pełzania zera analizatora stosują się następujące przepisy:

a) reakcje zera i punktu końcowego skali przed badaniem oraz po badaniu można bezpośrednio wprowadzić do wzoru 66 w pkt 8.6.1 bez wyznaczania pełzania zera;

b) jeżeli różnica wyników pełzania przed badaniem i po badaniu jest mniejsza niż 1 % pełnej skali, zmierzone stężenia można wykorzystać bez korekty lub korygować pod kątem pełzania zera zgodnie z pkt 8.6.1;

c) jeżeli różnica wyników pełzania przed badaniem i po badaniu jest równa 1 % pełnej skali lub większa, badanie uznaje się za nieważne lub zmierzone stężenia koryguje się ze względu na pełzanie zera zgodnie z pkt 8.6.1.

7.8.5. Analiza próbek gazów pobranych przy pomocy worków

Następujące czynności wykonuje się tak szybko, jak jest to możliwe:

a) próbki gazów pobrane przy pomocy worków analizuje się nie później niż w ciągu 30 minut od zakończenia badania z rozruchem w stanie ciepłym lub w trakcie okresu rozgrzewania w przypadku badania z rozruchem w stanie zimnym;

b) próbki tła analizuje się nie później niż w ciągu 60 minut od zakończenia badania z rozruchem w stanie ciepłym.

7.8.6. Walidacja pracy w cyklu

Przed obliczeniem rzeczywistej pracy w cyklu pomija się wszystkie punkty zarejestrowane przy uruchamianiu silnika. Rzeczywistą pracę w cyklu wyznacza się w cyklu badania poprzez synchroniczne zastosowanie rzeczywistych wartości prędkości i momentu obrotowego do obliczenia chwilowych wartości mocy silnika. Rzeczywistą pracę w cyklu W act (kWh) oblicza się, całkując chwilowe wartości mocy silnika w cyklu badania. Jeżeli dodatkowe urządzenia/przyrządy nie są zamontowane zgodnie z pkt 6.3.1, chwilowe wartości mocy są korygowane przy użyciu wzoru 4 z pkt 6.3.5.

Do całkowania rzeczywistej mocy silnika stosuje się tę samą metodę, co opisana w pkt 7.4.8.

Rzeczywistą pracę w cyklu W act wykorzystuje się do porównania pracy w cyklu odniesienia W ref oraz do obliczenia emisji jednostkowych w stanie zatrzymania (zob. pkt 8.6.3).

Wartość W act znajduje się w przedziale od 85 % do 105 % wartości W ref.

7.8.7. Walidacyjne dane statystyczne z cyklu badania

Regresje liniowe wartości rzeczywistych (n act, M act, P act) i wartości odniesienia (n ref, M ref, P ref) przeprowadza się zarówno dla WHTC, jak i WHSC.

Aby zminimalizować zniekształcający efekt opóźnienia czasu reakcji między wartościami zarejestrowanymi i odniesienia, całą sekwencję sygnału zarejestrowanej prędkości i momentu obrotowego silnika można przyspieszyć lub opóźnić w czasie względem sekwencji odniesienia prędkości i momentu obrotowego. Jeżeli sygnały rzeczywiste są przesunięte, zarówno prędkość, jak i moment obrotowy przesuwa się o tę samą wielkość i w tym samym kierunku.

Stosuje się metodę najmniejszych kwadratów, przy czym najlepiej pasujący wzór ma postać:

(11)

gdzie:

y rzeczywista wartość prędkości (min–1), momentu obrotowego (Nm) lub mocy (kW) a1 nachylenie linii regresji x wartość odniesienia prędkości (min–1), momentu obrotowego (Nm) lub mocy (kW) a0 punkt przecięcia linii regresji z osią y

Standardowy błąd szacunku (SEE) y względem x i współczynnik korelacji (r2) oblicza się dla każdej linii regresji.

Zaleca się wykonywanie tej analizy przy częstotliwości 1 Hz. Aby można było uznać badanie za ważne, powinny być spełnione wymagania podane w tabeli 2 (w przypadku WHTC) lub tabeli 3 (w przypadku WHSC).

Tabela 2

Tolerancje linii regresji dla WHTC

Prędkość Moment obrotowy Moc Standardowy błąd szacunku (SEE) y względem x maksymalnie 5 % maksymalnej badanej prędkości maksymalnie 10 % maksymalnego momentu obrotowego silnika maksymalnie 10 % maksymalnej mocy silnika Nachylenie linii regresji, a1 0,95–1,03 0,83–1,03 0,89–1,03 Współczynnik korelacji, r2 minimum 0,970 minimum 0,850 minimum 0,910 Punkt przecięcia linii regresji z osią y, a0 maksymalnie 10 % prędkości biegu jałowego ± 20 Nm lub ± 2 % maksymalnego momentu obrotowego w zależności od tego, która wartość jest wyższa ± 4 kW lub ± 2 % maksymalnej mocy w zależności od tego, która wartość jest wyższa





Tabela 3

Tolerancje linii regresji dla WHSC

Prędkość Moment obrotowy Moc Standardowy błąd szacunku (SEE) na osi y względem osi x maksymalnie 1 % maksymalnej badanej prędkości maksymalnie 2 % maksymalnego momentu obrotowego silnika maksymalnie 2 % maksymalnej mocy silnika Nachylenie linii regresji, a1 0,99–1,01 0,98–1,02 0,98–1,02 Współczynnik korelacji, r2 minimum 0,990 minimum 0,950 minimum 0,950 Punkt przecięcia linii regresji z osią y, a0 maksymalnie 1 % maksymalnej badanej prędkości ± 20 Nm lub ± 2 % maksymalnego momentu obrotowego w zależności od tego, która wartość jest wyższa ± 4 kW lub ± 2 % maksymalnej mocy w zależności od tego, która wartość jest wyższa

Wyłącznie do celów obliczenia regresji dopuszczalne jest pominięcie punktów przed tym obliczeniem, jeżeli przewiduje to tabela 4. Punktów tych nie pomija się jednak przy obliczaniu pracy w cyklu i emisji. Pomijanie punktów może być stosowane w odniesieniu do całości lub części cyklu.

Tabela 4

Dopuszczalne pominięcia punktów z analizy regresji

Zdarzenie Warunki Dopuszczalne pominięcia punktów Minimalne zapotrzebowanie operatora (punkt jałowy) n ref = 0 % oraz M ref = 0 % oraz M act > (M ref – 0,02M max. mapped torque) oraz M act < (M ref + 0,02M max. mapped torque) prędkość i moc Minimalne zapotrzebowanie operatora (punkt monitorowania) M ref < 0 % moc i moment obrotowy Minimalne zapotrzebowanie operatora n act ≤ 1,02 n ref oraz M act > M ref lub n act > n ref oraz M act ≤ M ref' lub n act > 1,02 n ref oraz M ref < M act ≤ (M ref + 0,02M max. mapped torque) moc i albo moment obrotowy, albo prędkość Maksymalne zapotrzebowanie operatora n act < n ref oraz M act ≥ M ref lub n act ≥ 0,98 n ref oraz M act < M ref lub n act < 0,98 n ref oraz M ref > M act ≥ (M ref – 0,02M max. mapped torque) moc i albo moment obrotowy, albo prędkość

8. OBLICZANIE EMISJI

Ostateczne wyniki badania zaokrągla się jednorazowo do liczby miejsc dziesiętnych wskazanych w wartości granicznej dla danego zanieczyszczenia plus jedna dodatkowa znacząca cyfra, zgodnie z ASTM E 29-06B. Niedozwolone jest zaokrąglanie wartości pośrednich prowadzących do ostatecznego wyniku emisji jednostkowych w stanie zatrzymania.

Przykłady procedury obliczeniowej zamieszczono w dodatku 6.

Molowe obliczenia emisji, przeprowadzone zgodnie z załącznikiem 7 do ogólnoświatowego przepisu technicznego nr [xx] w sprawie protokołu badania emisji spalin w maszynach samojezdnych nieporuszających się po drogach, są dozwolone za uprzednią zgodą organu udzielającego homologacji.

8.1. Korekta ze stanu suchego na wilgotny

Jeżeli emisje są mierzone w gazie suchym, zmierzone stężenie przelicza się na stężenie w gazie wilgotnym zgodnie z następującym wzorem:

(12)

gdzie:

c d stężenie w gazie suchym w ppm lub w % objętości kw współczynnik korekty ze stanu suchego na wilgotny (k w,a, k w,e, lub k w,d w zależności od zastosowanego wzoru)

8.1.1. Nierozcieńczone spaliny

(13)

lub

(14)

lub

(15)

przy czym:

(16)

oraz

(17)

gdzie:

H a wilgotność powietrza wlotowego, w g wody na kg suchego powietrza w ALF zawartość wodoru w paliwie, w % wagowo q mf,i chwilowe masowe natężenie przepływu paliwa, w kg/s q mad,I chwilowe masowe natężenie przepływu suchego powietrza wlotowego, w kg/s p r prężność par po kąpieli chłodzącej, w kPa p b całkowite ciśnienie atmosferyczne, w kPa w DEL zawartość azotu w paliwie, w % wagowo w EPS zawartość tlenu w paliwie, w % wagowo α stosunek molowy wodoru w paliwie c CO2 stężenie CO2 w spalinach suchych, w % c CO stężenie CO w spalinach suchych, w %

Wzory 13 i 14 są w zasadzie identyczne, przy czym współczynnik 1,008 we wzorach 13 i 15 stanowi przybliżenie bliższego rzeczywistości mianownika ze wzoru 14.

8.1.2. Rozcieńczone spaliny

(18)

lub

(19)

przy czym:

(20)

gdzie:

α stosunek molowy wodoru w paliwie c CO2w stężenie CO2 w spalinach wilgotnych, w % c CO2d stężenie CO2 w spalinach suchych, w % H d wilgotność rozcieńczalnika, w g wody na kg suchego powietrza H a wilgotność powietrza wlotowego, w g wody na kg suchego powietrza D współczynnik rozcieńczenia (zob. pkt 8.5.2.3.2)

8.1.3. Rozcieńczalnik

(21)

przy czym:

(22)

gdzie:

H d wilgotność rozcieńczalnika, w g wody na kg suchego powietrza

8.2. Korekta NOx ze względu na wilgotność

Ponieważ emisje NOx są uzależnione od warunków powietrza otoczenia, stężenie NOx koryguje się pod kątem wilgotności przy pomocy współczynników podanych w pkt 8.2.1 lub 8.2.2. Wilgotność powietrza wlotowego Ha można uzyskać z pomiaru wilgotności względnej, pomiaru punktu rosy, pomiaru prężności par lub pomiaru przy pomocy termometru suchego/mokrego, z wykorzystaniem ogólnie przyjętych wzorów.

8.2.1. Silniki o zapłonie samoczynnym

(23)

gdzie:

H a wilgotność powietrza wlotowego, w g wody na kg suchego powietrza

8.2.2. Silniki z zapłonem iskrowym

(24)

gdzie:

H a wilgotność powietrza wlotowego, w g wody na kg suchego powietrza

8.3. Korekta wyporu filtra cząstek stałych

Masę filtra do pobierania próbek koryguje się ze względu na jego wypór w powietrzu. Korekta wyporu zależy od gęstości filtra do pobierania próbek, gęstości powietrza i gęstości odważników kalibracyjnych wagi i nie jest wliczana do wyporu samych cząstek stałych. Korektę wyporu stosuje się zarówno do masy tara filtra, jak i do masy brutto filtra.

Jeżeli gęstość materiału filtra nie jest znana, wykorzystuje się następujące gęstości:

a) filtry z włókna szklanego powlekanego teflonem: 2 300 kg/m3;

b) teflonowe filtry membranowe: 2 144 kg/m3;

c) teflonowe filtry membranowe z dodatkowym pierścieniem polimetylopentenu: 920 kg/m3.

Dla odważników kalibracyjnych wykonanych ze stali nierdzewnej przyjmuje się gęstość 8 000 kg/m3. Jeżeli odważniki wykonane są z innego materiału, jego gęstość jest znana.

Stosuje się następujący wzór:

(25)

przy czym:

(26)

gdzie:

m uncor nieskorygowana masa filtra cząstek stałych, w mg ρ a gęstość powietrza, w kg/m3 ρ w gęstość odważników kalibrujących wagę, w kg/m3 ρ f gęstość filtra do pobierania próbek cząstek stałych, w kg/m3 p b całkowite ciśnienie atmosferyczne, w kPa T a temperatura powietrza w otoczeniu wagi, w K 28,836 masa cząsteczkowa powietrza przy wilgotności odniesienia (282,5 K), w g/mol 8,3144 stała molowa gazu

Masę próbki cząstek stałych mp zastosowaną w pkt 8.4.3 i 8.5.3 oblicza się w następujący sposób:

(27)

gdzie:

m f,G masa brutto filtra cząstek stałych skorygowana ze względu na wypór, w mg m f,T masa tara filtra cząstek stałych skorygowana ze względu na wypór, w mg

8.4. Częściowe rozcieńczanie przepływu spalin (PFS) i pomiar gazów nierozcieńczonych

Impulsy zawierające chwilowe wartości stężeń składników gazowych wykorzystywane są do obliczenia masowego natężenia emisji poprzez pomnożenie przez chwilowe masowe natężenie przepływu spalin. Chwilowe masowe natężenie przepływu spalin może być zmierzone bezpośrednio lub obliczone przy pomocy metody pomiaru powietrza wlotowego i przepływu paliwa, metody pomiaru gazu znakującego lub pomiaru powietrza wlotowego i stosunku powietrza do paliwa. Szczególną uwagę poświęca się czasom reakcji poszczególnych instrumentów. Występujące różnice uwzględnia się w momencie uzgadniania sygnałów. W przypadku cząstek stałych sygnały dotyczące masowego natężenia przepływu spalin są wykorzystywane do sterowania układem częściowego rozcieńczania przepływu spalin w celu pobrania próbki proporcjonalnej do masowego natężenia przepływu spalin. Jakość tej proporcjonalności sprawdza się, stosując analizę metodą regresji pomiędzy próbką i przepływem spalin, zgodnie z pkt 9.4.6.1. Całą procedurę badania przedstawiono w sposób schematyczny na rys. 6.

8.4.1. Oznaczanie przepływu masowego spalin

8.4.1.1. Wstęp

Do obliczania emisji w nierozcieńczonych spalinach oraz do kontrolowania układu częściowego rozcieńczania przepływu spalin niezbędne jest poznanie masowego natężenia przepływu spalin. Do ustalenia masowego natężenia przepływu spalin można zastosować którąkolwiek z metod opisanych w pkt 8.4.1.3–8.4.1.7.

8.4.1.2. Czas reakcji

Dla potrzeb obliczeń emisji czas reakcji każdej z metod opisanych w pkt 8.4.1.3–8.4.1.7 jest równy czasowi reakcji analizatora wynoszącemu ≤ 10 s lub krótszy, zgodnie z wymogiem określonym w pkt 9.3.5.

Dla potrzeb sterowania układem częściowego rozcieńczania przepływu spalin wymagany jest krótszy czas reakcji. Dla układów częściowego rozcieńczania przepływu spalin ze sterowaniem w trybie online czas reakcji wynosi ≤ 0,3 s. Dla układów częściowego rozcieńczania przepływu spalin ze sterowaniem antycypowanym opartym na uprzednio zarejestrowanym przebiegu próbnym czas reakcji układu pomiaru przepływu spalin wynosi ≤ 5 s, a czas narastania ≤ 1 s. Czas reakcji układu określa producent przyrządu. Łączny czas reakcji wymagany dla przepływu spalin i układu częściowego rozcieńczania przepływu spalin podano w pkt 9.4.6.1.

8.4.1.3. Metoda pomiaru bezpośredniego

Pomiar bezpośredni chwilowego przepływu spalin przeprowadza się za pośrednictwem takich układów, jak:

a) urządzenia wykorzystujące różnicę ciśnień, takie jak dysza przepływowa (szczegóły – zob. norma ISO 5167);

b) przepływomierz ultradźwiękowy;

c) przepływomierz wirowy.

Podejmuje się środki ostrożności celem uniknięcia błędów pomiarowych, które mogłyby skutkować błędami w zmierzonych wartościach emisji. Takie środki ostrożności obejmują ostrożną instalację urządzeń w układzie wydechowym zgodnie z zaleceniami producentów takich urządzeń i dobrą praktyką inżynierską. W szczególności instalacja takich urządzeń nie wpływa na wydajność silnika i emisje.

Przepływomierze spełniają wymogi liniowości, o których mowa w pkt 9.2.

8.4.1.4. Metoda pomiaru powietrza i paliwa

Obejmuje ona pomiar przepływu powietrza i paliwa przy użyciu odpowiednich przepływomierzy. Chwilowy przepływ spalin oblicza się w następujący sposób:

(28)

gdzie:

q mew,i chwilowe masowe natężenie przepływu spalin, w kg/s q maw,i chwilowe masowe natężenie przepływu powietrza wlotowego, w kg/s q mf,i chwilowe masowe natężenie przepływu paliwa, w kg/s

Przepływomierze spełniają wymogi liniowości, o których mowa w pkt 9.2, ale jednocześnie są wystarczająco dokładne, by spełniać również wymogi liniowości dla przepływu spalin.

8.4.1.5. Metoda pomiaru gazu znakującego

Metoda ta obejmuje pomiar stężenia gazu znakującego w spalinach.

Do przepływu spalin wprowadza się określoną ilość gazu obojętnego (np. czystego helu), pełniącego funkcję gazu znakującego. Gaz ten miesza się ze spalinami i jest nimi rozcieńczany, ale nie reaguje w rurze wydechowej. Następnie mierzy się stężenie takiego gazu w próbce spalin.

Dla zapewnienia całkowitego wymieszania się gazu znakującego, sondę do pobierania próbek spalin umieszcza się w odległości 1 m lub odległości równej trzydziestokrotnej średnicy rury wydechowej, w zależności od tego, która z tych wartości jest większa, od punktu wprowadzenia gazu znakującego. Sondę do pobierania próbek można umieścić bliżej punktu wprowadzenia gazu, jeżeli całkowite wymieszanie jest potwierdzone poprzez porównanie stężenia gazu znakującego ze stężeniem odniesienia podczas wprowadzania gazu znakującego przed silnikiem.

Natężenie przepływu gazu znakującego ustawia się tak, aby jego stężenie przy jałowym biegu silnika po wymieszaniu było niższe niż pełna skala analizatora gazu znakującego.

Przepływ spalin oblicza się w następujący sposób:

(29)

gdzie:

q mew,i chwilowe masowe natężenie przepływu spalin, w kg/s q vt natężenie przepływu gazu znakującego, w cm3/min c mix,i chwilowe stężenie gazu znakującego po wymieszaniu, w ppm ρ e gęstość spalin, w kg/m3 (por. tabela 4) c b stężenie tła gazu znakującego w powietrzu wlotowym, w ppm

Stężenie tła gazu znakującego (c b) można określić poprzez uśrednienie stężenia tła zmierzonego bezpośrednio przed przebiegiem badania oraz po nim.

Stężenie tła można pominąć jeżeli jest ono niższe niż 1 % stężenia gazu znakującego po wymieszaniu (c mix.i) przy maksymalnym przepływie spalin.

Cały układ spełnia wymogi liniowości dla przepływu spalin, określone w pkt 9.2.

8.4.1.6. Metoda pomiaru przepływu powietrza i stosunku ilości powietrza do paliwa

Metoda ta obejmuje obliczenie masy spalin na podstawie przepływu powietrza oraz stosunku powietrza do paliwa. Chwilowy przepływ masowy spalin oblicza się w następujący sposób:

(30)

przy czym:

(31)

(32)

gdzie:

q maw,i chwilowe masowe natężenie przepływu powietrza wlotowego, w kg/s A/F st stosunek stechiometryczny powietrza do paliwa, w kg/kg λ i chwilowy współczynnik nadmiaru powietrza c CO2d stężenie CO2 w spalinach suchych, w % c COd stężenie CO w spalinach suchych, w ppm c HCw stężenie węglowodorów (HC) w spalinach wilgotnych, w ppm

Przepływomierz powietrza oraz analizatory spełniają wymogi liniowości, o których mowa w pkt 9.2, a cały układ spełnia określone w tym punkcie wymogi liniowości dla przepływu spalin.

Jeżeli do pomiarów stosunku powietrza nadmiarowego wykorzystano urządzenie do pomiaru stosunku powietrza do paliwa, takie jak czujnik z dwutlenkiem cyrkonu, spełnia ono wymagania specyfikacji określone w pkt 9.3.2.7.

8.4.1.7. Metoda bilansu węgla

Metoda ta obejmuje obliczenie masy spalin na podstawie przepływu paliwa oraz gazowych składników spalin, które zawierają węgiel. Chwilowy przepływ masowy spalin oblicza się w następujący sposób:

(33)

przy czym:

(34)

oraz

(35)

gdzie:

q mf,i chwilowe masowe natężenie przepływu paliwa, w kg/s H a wilgotność powietrza wlotowego, w g wody na kg suchego powietrza w BET zawartość węgla w paliwie, w % wagowo w ALF zawartość wodoru w paliwie, w % wagowo w DEL zawartość azotu w paliwie, w % wagowo w EPS zawartość tlenu w paliwie, w % wagowo c CO2d stężenie CO2 w spalinach suchych, w % c CO2d,a stężenie CO2 w suchym powietrzu wlotowym, w % c CO stężenie CO w spalinach suchych, w ppm c HCw stężenie węglowodorów (HC) w spalinach wilgotnych, w ppm

8.4.2. Określanie składników gazowych

8.4.2.1. Wstęp

Składniki gazowe w nierozcieńczonych spalin emitowanych przez badany silnik mierzy się przy pomocy układów pobierania próbek i pomiaru opisanych w pkt 9.3 i dodatku 3. Procedurę oceny danych opisano w pkt 8.4.2.2.

W pkt 8.4.2.3 i 8.4.2.4 opisano dwie procedury obliczeniowe, które są równoważne dla paliw wzorcowych wymienionych w dodatku 2. Procedura opisana w pkt 8.4.2.3 jest bardziej bezpośrednia, ponieważ wykorzystuje tabelaryczne wartości u dla obliczenia stosunku danego składnika do gęstości spalin. Procedura opisana w pkt 8.4.2.4 jest dokładniejsza dla rodzajów paliw, które odbiegają od specyfikacji zawartych w dodatku 2, jednak wymaga podstawowej analizy składu paliwa.

8.4.2.2. Ocena danych

Istotne dane dotyczące emisji rejestruje się i przechowuje zgodnie z pkt 7.6.6.

Do celów obliczenia masowego natężenia emisji składników gazowych ślady zarejestrowanych stężeń oraz ślad masowego natężenia przepływu spalin wyrównuje się w czasie z uwzględnieniem czasu przemiany, zdefiniowanym w pkt 3.1.30. W związku z tym czas reakcji każdego analizatora emisji gazowej oraz układu przepływu masowego spalin ustala się zgodnie z przepisami zawartymi odpowiednio w pkt 8.4.1.2 i 9.3.5, i rejestruje.

8.4.2.3. Obliczanie masowego natężenia emisji w oparciu o dane tabelaryczne

Masę zanieczyszczeń (g/badanie) oblicza się poprzez obliczenie chwilowego masowego natężenia emisji ze stężeń nierozcieńczonych zanieczyszczeń oraz przepływu masowego spalin, wyrównanych w czasie z uwzględnieniem czasu przemiany, zgodnie z pkt 8.4.2.2, całkowanie wartości chwilowych w cyklu oraz pomnożenie scałkowanych wartości przez wartości u zamieszczone w tabeli 5. Jeżeli pomiaru dokonano w stanie suchym, przed dalszymi obliczeniami stosuje się korektę ze stanu suchego na wilgotny, o której mowa w pkt 8.1, w odniesieniu do chwilowych wartości stężeń.

Do celów obliczenia stężeń NOx masowe natężenie emisji w stosownych przypadkach mnoży się przez współczynnik korekty wilgotności k h,D, lub k h,G, określony zgodnie z pkt 8.2.

Stosuje się następujący wzór:

(w g/badanie) (36)

gdzie:

u gas odpowiednia wartość danego składnika spalin z tabeli 5 c gas,i chwilowe stężenie składnika w spalinach, w ppm q mew,i chwilowy przepływ masowy spalin, w kg/s f częstotliwość pobierania próbek danych, w Hz n liczba pomiarów

Tabela 5

Wartości u i gęstości składników dla nierozcieńczonych spalin

Paliwo ρ e Gaz NOx CO HC CO2 O2 CH4 ρ gas [kg/m3] 2,053 1,250 (2) 1,9636 1,4277 0,716 u gas (3) Olej napędowy 1,2943 0,001586 0,000966 0,000479 0,001517 0,001103 0,000553 Etanol 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 Gaz płynny (6) 1,2811 0,001602 0,000976 0,000510 0,001533 0,001115 0,000559

8.4.2.4. Obliczanie masowego natężenia emisji w oparciu o dokładne wzory

Masę zanieczyszczeń (g/badanie) oblicza się poprzez obliczenie chwilowego masowego natężenia emisji ze stężeń nierozcieńczonych zanieczyszczeń, wartości u, oraz przepływu masowy spalin, uzgodnionych w czasie z uwzględnieniem czasu przemiany, zgodnie z pkt 8.4.2.2, oraz poprzez całkowanie wartości chwilowych w cyklu. Jeżeli pomiaru dokonano w stanie suchym, przed dalszymi obliczeniami stosuje się korektę ze stanu suchego na wilgotny, o której mowa w pkt 8.1, w odniesieniu do chwilowych wartości stężeń.

Do celów obliczenia stężeń NOx masowe natężenie emisji mnoży się przez współczynnik korekty wilgotności k h,D, lub k h,G, określony zgodnie z pkt 8.2.

Stosuje się następujący wzór:

(w g/badanie) (37)

gdzie:

u gas,i oblicza się ze wzoru 38 lub 39 c gas,i chwilowe stężenie składnika w spalinach, w ppm q mew,i chwilowy przepływ masowy spalin, w kg/s f częstotliwość pobierania próbek danych, w Hz n liczba pomiarów

Chwilowe wartości u oblicza się w następujący sposób:

(38)

lub

(39)

przy czym:

(40)

gdzie:

M gas masa cząsteczkowa składnika gazowego, w g/mol (por. dodatek 6) M e,i chwilowa masa cząsteczkowa spalin, w g/mol ρ gas gęstość składnika gazowego, w kg/m3 ρ e,i chwilowa gęstość spalin, w kg/m3

Masę cząsteczkową spalin M e oblicza się dla paliwa o składzie ogólnym CH α O ε N δ S γ , przy założeniu całkowitego spalania, w następujący sposób:

(41)

gdzie:

q maw,i chwilowe masowe natężenie przepływu powietrza wlotowego w stanie wilgotnym, w kg/s q mf,i chwilowe masowe natężenie przepływu paliwa, w kg/s H a wilgotność powietrza wlotowego, w g wody na kg suchego powietrza M a masa cząsteczkowa suchego powietrza wlotowego = 28,965 g/mol

Gęstość spalin ρ e oblicza się w następujący sposób:

(42)

gdzie:

q mad,i chwilowe masowe natężenie przepływu powietrza wlotowego w stanie suchym, w kg/s q mf,i chwilowe masowe natężenie przepływu paliwa, w kg/s H a wilgotność powietrza wlotowego, w g wody na kg suchego powietrza k fw współczynnik spalin w stanie wilgotnym typowy dla danego paliwa (wzór 16) w pkt 8.1.1.

8.4.3. Określenie emisji cząstek stałych

8.4.3.1. Ocena danych

Masę cząstek stałych oblicza się według wzoru 27 w pkt 8.3. Do celów oceny stężenia cząstek stałych rejestruje się łączną masę próbek (m sep), które przeszły przez filtr w czasie cyklu badania.

Za uprzednią zgodą organu udzielającego homologacji masę cząstek stałych można skorygować w celu uwzględnienia poziomu cząstek stałych w rozcieńczalniku, określonego zgodnie z pkt 7.5.6, zgodnie z dobrą praktyką inżynierską oraz specyfiką konstrukcji używanego układu pomiarowego.

8.4.3.2. Obliczanie masowego natężenia emisji

W zależności od konstrukcji układu masę cząstek stałych (g/badanie) oblicza się zgodnie z jedną z metod opisanych w pkt 8.4.3.2.1 i 8.4.3.2.2 po dokonaniu korekty wyporu filtra próbki cząstek stałych zgodnie z pkt 8.3.

8.4.3.2.1. Obliczenie oparte na stosunku pobierania próbek

(43)

gdzie:

m p masa pobranych cząstek stałych w cyklu, w mg r s średni stosunek pobierania próbek w cyklu badania

przy czym:

(44)

gdzie:

m se masa próbki w cyklu, w kg m ew łączny przepływ masowy spalin w cyklu, w kg m sep masa rozcieńczonych spalin przechodzących przez filtr gromadzący cząstki stałe, w kg m sed masa rozcieńczonych spalin przechodzących przez tunel rozcieńczający, w kg

W przypadku całkowitego układu pobierania próbek m sep i m sed są identyczne.

8.4.3.2.2. Obliczenie oparte na współczynniku rozcieńczenia

(45)

gdzie:

m p masa pobranych cząstek stałych w cyklu, w mg m sep masa rozcieńczonych spalin przechodzących przez filtr gromadzący cząstki stałe, w kg m edf masa ekwiwalentu rozcieńczonych spalin w cyklu, w kg

Łączną masę ekwiwalentu rozcieńczonych spalin w cyklu określa się w następujący sposób:

(46)

(47)

(48)

gdzie:

q medf,i chwilowe ekwiwalentne masowe natężenie przepływu rozcieńczonych spalin, w kg/s q mew,i chwilowe masowe natężenie przepływu spalin, w kg/s r d,i chwilowy współczynnik rozcieńczenia q mdew,i chwilowe masowe natężenie przepływu rozcieńczonych spalin, w kg/s q mdw,i chwilowe masowe natężenie przepływu rozcieńczalnika, w kg/s f częstotliwość