Europäische Union

Delegierte Verordnung (EU) 2017/654 der Kommission vom 19. Dezember 2016 zur Ergänzung der Verordnung (EU) 2016/1628 des Europäischen Parlaments und des Rates hinsichtlich technischer und allgemeiner Anforderungen in Bezug auf die Emissionsgrenzwerte und die Typgenehmigung von Verbrennungsmotoren für nicht für den Straßenverkehr bestimmte mobile Maschinen und Geräte

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librierung bei Inbetriebnahme der Pumpe, nach größeren Wartungsarbeiten sowie dann erfolgen, wenn bei der Überprüfung des Gesamtsystems eine Veränderung der Verlustrate festgestellt wird. 2.5.2. Venturirohr mit kritischer Strömung (CFV) Die Kalibrierung des CFV beruht auf der Durchsatzgleichung für ein Venturirohr mit kritischer Strömung. Der Gasdurchsatz ist eine Funktion des Eintrittsdrucks und der Eintrittstemperatur am Venturirohr. Zur Bestimmung des Bereichs der kritischen Strömung ist eine Kurve K v in Abhängigkeit vom Druck am Eintritt des Venturirohrs aufzunehmen. Bei kritischer (gedrosselter) Strömung ist K V relativ konstant. Bei abnehmendem Druck (d. h. bei zunehmendem Unterdruck) nimmt die Drosselung des Venturi-Rohrs ab, und K V ebenso, was ein Anzeichen dafür ist, dass das CFV außerhalb des zulässigen Bereichs betrieben wird. Der Luftdurchsatz (qV CVS) ist bei jeder Drosselungseinstellung (mindestens acht Drosselungseinstellungen) nach den Vorschriften des Herstellers aus den Messwerten des Durchsatzmessgeräts in Norm-m3/s zu ermitteln. Der Kalibrierkoeffizient K V ist anhand der Kalibrierdaten für jede Drosselungseinstellung mithilfe von Gleichung 7-72 zu berechnen: (7-72) Dabei gilt: qV SSV = Luftdurchsatz bei Standardbedingungen (101,325 kPa, 273,15 K) [m3/s] T = Temperatur am Eintritt des Venturirohrs [K] p p = absoluter Druck am Eintritt des Venturirohrs [kPa] Für K V sind der Durchschnittswert und die Standardabweichung zu berechnen. Die Standardabweichung darf ± 0,3 % des Mittelwerts von K V nicht überschreiten. 2.5.3. Subsonisches Venturirohr (SSV) Die Kalibrierung des SSV beruht auf der Durchsatzgleichung für ein Venturirohr mit subsonischer Strömung. Wie in Gleichung 7-40 dargestellt, ist der Gasdurchsatz eine Funktion des Drucks und der Temperatur an der Eintrittsstelle sowie des Druckabfalls zwischen SSV-Eintritt und -Einschnürung. Der Luftdurchsatz (qV SSV) ist bei jeder Drosselungseinstellung (mindestens 16 Drosselungseinstellungen) nach den Vorschriften des Herstellers aus den Messwerten des Durchsatzmessgeräts in Norm-m3/s zu ermitteln. Der Durchflusskoeffizient ist anhand der Kalibrierdaten für jede Drosselungseinstellung mithilfe von Gleichung 7-73 zu berechnen: (7-73) Dabei gilt: A 0 = Sammlung von Konstanten und Einheitenumwandlungen qV SSV = Luftdurchsatz bei Standardbedingungen (101,325 kPa, 273,15 K) [m3/s] T in,V = Temperatur am Eintritt des Venturirohrs [K] d V = Durchmesser der SSV-Einschnürung [mm] r p = Verhältnis zwischen den absoluten statischen Drücken an der Einschnürung und am Eintritt des SSV = 1 – Δp/p p [-] r D = Verhältnis zwischen den Innendurchmessern an der Einschnürung d V und am Eintritt D [-] des SSV Zur Bestimmung des Bereichs der subsonischen Strömung ist C d über der Reynolds-Zahl Re an der SSV-Einschnürung aufzutragen. Re an der SSV-Einschnürung wird mithilfe von Gleichung 7-74 berechnet: (7-74) Dabei gilt: (7-75) Dabei gilt: A1 = Sammlung von Konstanten und Einheitenumrechnungen = 27,43831 qV SSV = Luftdurchsatz bei Standardbedingungen (101,325 kPa, 273,15 K) [m3/s] d V = Durchmesser der SSV-Einschnürung [mm] μ = absolute oder dynamische Viskosität des Gases [kg/(m · s)] b = 1,458 × 106 (empirische Konstante) [kg/(m · s · K0,5)] S = 110,4 (empirische Konstante) [K] Da qV SSV selbst in die Re-Formel eingeht, müssen die Berechnungen mit einer Schätzung für qV SSV oder C d des Kalibrierungs-Venturirohrs beginnen und so lange wiederholt werden, bis qV SSV konvergiert. Die Konvergenzmethode muss eine Genauigkeit von mindestens 0,1 % erreichen. Für mindestens 16 Punkte des subsonischen Strömungsbereichs müssen die aus der resultierenden Kalibrierungskurvengleichung für C d sich ergebenden Rechenwerte innerhalb von ± 0,5 % des Messwerts C d für jeden Kalibrierungspunkt liegen. 2.6. Driftkorrektur 2.6.1. Allgemeines Verfahren Mithilfe der Berechnungen gemäß diesem Abschnitt wird ermittelt, ob die Ergebnisse eines Prüfintervalls durch die Drift des Gasanalysators ungültig werden. Werden die Ergebnisse eines Prüfintervalls durch die Drift nicht ungültig, muss das Ansprechverhalten des Gasanalysators während des Prüfintervalls einer Driftkorrektur gemäß Nummer 2.6.2 unterzogen werden. Für alle nachfolgenden Emissionsberechnungen sind die driftkorrigierten Ergebnisse des Gasanalysators zu verwenden. Der zulässige Schwellenwert für die Drift des Gasanalysators über ein Prüfintervall ist in Anhang VI Nummer 8.2.2.2 angegeben. Das allgemeine Prüfverfahren ist gemäß den Bestimmungen der Anlage 1 durchzuführen, wobei die Konzentrationen xi oder durch die Konzentrationen ci oder ersetzt werden. 2.6.2. Berechnungsverfahren Die Driftkorrektur ist mithilfe von Gleichung 7-76 zu berechnen: (7-76) Dabei gilt: ci driftcor = driftkorrigierte Konzentration [ppm] c refzero = Bezugswert der Konzentration des Nullgases; in der Regel null, es sei denn, ein anderer Wert ist bekannt [ppm] c refspan = Bezugswert der Konzentration des Justiergases [ppm] c prespan = Ansprechverhalten des Gasanalysators in Bezug auf die Justiergaskonzentration vor dem Prüfintervall [ppm] c postspan = Ansprechverhalten des Gasanalysators in Bezug auf die Justiergaskonzentration nach dem Prüfintervall [ppm] ci oder = während der Prüfung vor der Driftkorrektur aufgezeichnete, d. h. gemessene, Konzentration [ppm] c prezero = Ansprechverhalten des Gasanalysators in Bezug auf die Nullgaskonzentration vor dem Prüfintervall [ppm] c postzero = Ansprechverhalten des Gasanalysators in Bezug auf die Nullgaskonzentration nach dem Prüfintervall [ppm] 3. Molbasierte Emissionsberechnung 3.1. Tiefgestellte Indizes Messgröße abs absolute Größe act tatsächliche Größe air Luft, trocken atmos atmosphärisch bkgnd Hintergrund C Kohlenstoff cal kalibrierte Größe CFV Venturirohr mit kritischer Strömung cor korrigierte Größe dil Verdünnungsluft dexh verdünntes Abgas dry trockene Größe exh Rohabgas exp erwartete Größe eq äquivalente Größe fuel Kraftstoff momentanes Messergebnis (z. B. 1 Hz) i Einzelwert einer Reihe idle Zustand im Leerlauf in Eintrittsgröße init Ausgangsgröße, in der Regel vor einer Emissionsprüfung max Maximalwert (d. h. Spitzenwert) meas gemessene Größe min Mindestwert mix Molmasse von Luft out Austrittsgröße part Teilgröße PDP Verdrängerpumpe raw Rohabgas ref Bezugsgröße rev Umdrehung sat gesättigter Zustand slip PDP-Verlust smpl Probenahme span Justiergröße SSV Venturirohr mit subsonischer Strömung std Standardgröße test Prüfgröße total Gesamtgröße uncor nicht korrigierte Größe vac Unterdruckgröße weight Kalibriergewicht wet feuchte Größe zero Nullgröße 3.2. Symbole für das chemische Gleichgewicht x dil/exh = Menge an Verdünnungsgas oder Luftüberschuss pro Mol Abgas x H2Oexh = Wassermenge im Abgas pro Mol Abgas x Ccombdry = Menge an Kohlenstoff aus Kraftstoff im Abgas pro Mol trockenes Abgas x H2Oexhdry = Wassermenge im Abgas pro Trockenmol trockenes Abgas x prod/intdry = Menge an trockenen stöchiometrischen Produkten pro Trockenmol Ansaugluft x dil/exhdry = Menge an Verdünnungsgas und/oder Luftüberschuss pro Mol trockenes Abgas x int/exhdry = Menge der zur Erzeugung tatsächlicher Verbrennungsprodukte benötigten Ansaugluft pro Mol trockenes Rohabgas oder verdünntes Abgas x raw/exhdry = Menge an unverdünntem Abgas ohne Luftüberschuss pro Mol trockenes Rohabgas oder verdünntes Abgas x O2intdry = Menge an O2 in der Ansaugluft pro Mol trockene Ansaugluft x CO2intdry = Menge an CO2 in der Ansaugluft pro Mol trockene Ansaugluft x H2Ointdry = Menge an H2O in der Ansaugluft pro Mol trockene Ansaugluft x CO2int = Menge an CO2 in der Ansaugluft pro Mol Ansaugluft x CO2dil = Menge an CO2 im Verdünnungsgas pro Mol Verdünnungsgas x CO2dildry = Menge an CO2 im Verdünnungsgas pro Mol trockenes Verdünnungsgas x H2Odildry = Menge an H2O im Verdünnungsgas pro Mol trockenes Verdünnungsgas x H2Odil = Menge an H2O im Verdünnungsgas pro Mol Verdünnungsgas x [emission]meas = Menge an gemessener Emission in der Probe am jeweiligen Gasanalysator x [emission]dry = Emissionsmenge pro Trockenmol der trockenen Probe x H2O[emission]meas = Wassermenge in der Probe am Ort der Emissionsbestimmung x H2Oint = Wassermenge in der Ansaugluft auf der Grundlage einer Feuchtigkeitsmessung der Ansaugluft 3.3. Grundlegende Parameter und Beziehungen 3.3.1. Trockenluft und chemische Spezies In diesem Abschnitt werden für die Zusammensetzung der Trockenluft die folgenden Werte verwendet: x O2airdry = 0,209445 mol/mol x Arairdry = 0,00934 mol/mol x N2airdry = 0,78084 mol/mol x CO2airdry = 375 μmol/mol In diesem Abschnitt werden die folgenden Molmassen oder effektiven Molmassen von chemischen Spezies verwendet: M air = 28,96559 g/mol (Trockenluft) M Ar = 39,948 g/mol (Argon) M C = 12,0107 g/mol (Kohlenstoff) M CO = 28,0101 g/mol (Kohlenmonoxid) M CO2 = 44,0095 g/mol (Kohlendioxid) M H = 1,00794 g/mol (atomarer Wasserstoff) M H2 = 2,01588 g/mol (molekularer Wasserstoff) M H2O = 18,01528 g/mol (Wasser) M He = 4,002602 g/mol (Helium) M N = 14,0067 g/mol (atomarer Stickstoff) M N2 = 28,0134 g/mol (molekularer Stickstoff) M NOx = 46,0055 g/mol (Stickstoffoxide(*)) M O = 15,9994 g/mol (atomarer Sauerstoff) M O2 = 31,9988 g/mol (molekularer Sauerstoff) M C3H8 = 44,09562 g/mol (Propan) M S = 32,065 g/mol (Schwefel) M HC = 13,875389 g/mol (sämtliche Kohlenwasserstoffe(**)) (**) Die effektive Molmasse von HC ist durch ein Wasserstoff-Kohlenstoff-Atomverhältnis α von 1,85 definiert. (*) Die effektive Molmasse von NOx ist durch die Molmasse von Stickstoffdioxid (NO2) definiert. In diesem Abschnitt wird die folgende molare Gaskonstante R für ideale Gase verwendet: R = 8,314472J (mol · K) In diesem Abschnitt werden die folgenden spezifischen Wärmeverhältnisse γ [J/(kg · K)]/[J/(kg · K)] für Verdünnungsluft und verdünntes Abgas verwendet: γ air = 1,399 (spezifisches Wärmeverhältnis für Ansaugluft oder Verdünnungsluft) γ dil = 1,399 (spezifisches Wärmeverhältnis für verdünntes Abgas) γ exh = 1,385 (spezifisches Wärmeverhältnis für Rohabgas) 3.3.2. Feuchte Luft In diesem Abschnitt wird die Ermittlung der Wassermenge in einem idealen Gas beschrieben: 3.3.2.1. Dampfdruck von Wasser Der Dampfdruck von Wasser p H2O [kPa] für bestimmte Sättigungstemperaturbedingungen T sat [K] ist mithilfe der Gleichung 7-77 oder 7-78 zu berechnen: a) Für Feuchtigkeitsmessungen bei Umgebungstemperaturen von 0 bis 100 °C oder bei Feuchtigkeitsmessungen über unterkühltem Wasser bei Umgebungstemperaturen von – 50 bis 0 °C: (7-77) Dabei gilt: p H2O = Dampfdruck von Wasser bei Sättigungstemperaturbedingungen [kPa] T sat = Sättigungstemperatur von Wasser bei gemessenen Bedingungen [K] b) Bei Feuchtigkeitsmessungen über Eis bei Umgebungstemperaturen von (-100 bis 0) °C: (7-78) Dabei gilt: T sat = Sättigungstemperatur von Wasser bei gemessenen Bedingungen [K] 3.3.2.2. Taupunkt Wird Feuchtigkeit als Taupunkt gemessen, wird die Wassermenge in einem idealen Gas x H2O [mol/mol] mithilfe von Gleichung 7-79 berechnet: (7-79) Dabei gilt: x H2O = Wassermenge in einem idealen Gas [mol/mol] p H2O = Dampfdruck von Wasser am gemessenen Taupunkt, T sat=T dew [kPa] p abs = absoluter feuchter statischer Druck am Ort der Taupunktmessung [kPa] 3.3.2.3. relative Feuchtigkeit Wird Feuchtigkeit als relative Feuchtigkeit RH % gemessen, wird die Wassermenge in einem idealen Gas x H2O [mol/mol] mithilfe von Gleichung 7-80 berechnet: (7-80) Dabei gilt: RH %= relative Feuchtigkeit [ %] p H2O = Wasserdampfdruck bei 100 % relativer Feuchtigkeit am Ort der Messung der relativen Feuchtigkeit, T sat=T amb [kPa] p abs = absoluter feuchter statischer Druck am Ort der Messung der relativen Feuchtigkeit [kPa] 3.3.2.4. Bestimmung des Taupunkts aus relativer Feuchtigkeit und Trockentemperatur Wird Feuchtigkeit als relative Feuchtigkeit RH % gemessen, wird der Taupunkt T dew aus RH % und Trockentemperatur mithilfe von Gleichung 7-81 berechnet: (7-81) Dabei gilt: p H2O = Wasserdampfdruck im Verhältnis zur relativen Feuchtigkeit am Ort der Messung der relativen Feuchtigkeit, T sat = T amb T dew = Taupunkt wie aus Messungen der relativen Feuchtigkeit und der Trockentemperatur bestimmt 3.3.3. Kraftstoffeigenschaften Die allgemeine chemische Formel des Kraftstoffs lautet CHαOβSγNδ, wobei α dem Wasserstoff-Kohlenstoff-Atomverhältnis (H/C), β dem Sauerstoff-Kohlenstoff-Atomverhältnis (O/C), γ dem Schwefel-Kohlenstoff-Atomverhältnis (S/C) und δ dem Stickstoff-Kohlenstoff-Atomverhältnis (N/C) entspricht. Auf der Grundlage dieser Formel kann die Kohlenstoffmassenfraktion des Kraftstoffs w C berechnet werden. Bei Dieselkraftstoff kann die einfache Formel CHαOβ angewendet werden. Für die Kraftstoffzusammensetzung können die Vorgabewerte aus Tabelle 7.3 verwendet werden: Tabelle 7.3 Vorgabewerte für das Wasserstoff-Kohlenstoff-Atomverhältnis, das Sauerstoff-Kohlenstoff-Atomverhältnis, das Schwefel-Kohlenstoff-Atomverhältnis γ, das Stickstoff-Kohlenstoff-Atomverhältnis δ und die Kohlenstoffmassenfraktion des Kraftstoffs w C für Dieselkraftstoffe Kraftstoff Wasserstoff-, Sauerstoff-, Schwefel- und Stickstoff-Kohlenstoff-Atomverhältnis CHαOβSγNδ Kohlenstoffmassenkonzentration w C [g/g] Diesel (nicht für den Straßenverkehr bestimmter Dieselkraftstoff) CH1,80O0S0N0 0,869 Ethanol für bestimmte Selbstzündungsmotoren (ED95) CH2,92O0,46S0N0 0,538 Benzin (E10) CH1,92O0,03S0N0 0,833 Benzin (E0) CH1,85O0S0N0 0,866 Ethanol (E85) CH2,73O0,36S0N0 0,576 LPG CH2,64O0S0N0 0,819 Erdgas/Biomethan CH3,78O0.016S0N0 0,747 3.3.3.1. Berechnung der Kohlenstoffmassenkonzentration wC Als Alternative zu den Vorgabewerten aus Tabelle 7.3 oder wenn für den verwendeten Referenzkraftstoff keine Vorgabewerte angegeben sind, kann die Kohlenstoffmassenkonzentration w C mithilfe der Gleichung 7-82 aus gemessenen Kraftstoffeigenschaften berechnet werden. Die Werte für α und β sind für den Kraftstoff zu bestimmen und in jedem Fall in die Gleichung einzusetzen, γ und δ können jedoch auf null gesetzt werden, wenn sie in der entsprechenden Zeile der Tabelle 7.3 null entsprechen: (7-82) Dabei gilt: M C = Molmasse von Kohlenstoff α = Wasserstoff-Kohlenstoff-Atomverhältnis des verbrannten Kraftstoffgemischs, gewichtet nach molarem Verbrauch M H = Molmasse von Wasserstoff β = Sauerstoff-Kohlenstoff-Atomverhältnis des verbrannten Kraftstoffgemischs, gewichtet nach molarem Verbrauch M O = Molmasse von Sauerstoff γ = Schwefel-Kohlenstoff-Atomverhältnis des verbrannten Kraftstoffgemischs, gewichtet nach molarem Verbrauch M S = Molmasse von Schwefel δ = Stickstoff-Kohlenstoff-Atomverhältnis des verbrannten Kraftstoffgemischs, gewichtet nach molarem Verbrauch M N = Molmasse von Stickstoff 3.3.4. Berichtigung der Gesamt-HC/(THC)-Konzentration um anfängliche Verunreinigung Bei der Messung von HC wird x THC[THC-FID] unter Verwendung der anfänglichen Konzentration der THC-Verunreinigung x THC[THC-FID]init gemäß Anhang VI Nummer 7.3.1.2 mithilfe von Gleichung 7-83 berechnet: (7-83) Dabei gilt: x THC[THC-FID]cor = um Verunreinigung korrigierte THC-Konzentration [mol/mol] x THC[THC-FID]uncorr = nicht korrigierte THC-Konzentration [mol/mol] x THC[THC-FID]init = anfängliche Konzentration der THC-Verunreinigung [mol/mol] 3.3.5. Nach Durchsatz gewichtete mittlere Konzentration In einigen Nummern dieses Abschnitts kann die Berechnung einer nach Durchsatz gewichteten mittleren Konzentration erforderlich sein, um zu ermitteln, ob verschiedene Bestimmungen anwendbar sind. Bei einem nach Durchsatz gewichteten Mittel handelt es sich um den Mittelwert einer Größe nach ihrer Gewichtung proportional zu einem entsprechenden Durchsatz. Wird beispielsweise im Rohabgas eines Motors kontinuierlich eine Gaskonzentration gemessen, ist die nach Durchsatz gewichtete mittlere Konzentration die Summe der Produkte jeder aufgezeichneten Konzentration multipliziert mit ihrem jeweiligen Abgasmoldurchsatz, geteilt durch die Summe der aufgezeichneten Durchsatzwerte. Ein anderes Beispiel: Die Beutelkonzentration eines CVS-Systems ist identisch mit der nach Durchsatz gewichteten mittleren Konzentration, weil das CVS-System selbst die Beutelkonzentration nach Durchsatz gewichtet. Unter Umständen kann bereits eine bestimmte nach Durchsatz gewichtete mittlere Konzentration einer Emission als Normalwert auf der Grundlage früherer Prüfungen ähnlicher Motoren oder mit ähnlichen Geräten und Instrumenten erwartet werden. 3.4. Chemisches Gleichgewicht von Kraftstoff, Ansaugluft und Abgas 3.4.1. Allgemeines Das chemische Gleichgewicht von Kraftstoff, Ansaugluft und Abgas kann zur Berechnung von Durchsätzen, der Wassermenge in den Durchsätzen und der Konzentration von feuchten Bestandteilen in den Durchsätzen verwendet werden. Ist ein Durchsatz — entweder von Kraftstoff, Ansaugluft oder Abgas — bekannt, können die anderen beiden Durchsätze anhand des chemischen Gleichgewichts bestimmt werden. Beispielsweise kann das chemische Gleichgewicht in Kombination mit Ansaugluft oder Kraftstoffdurchsatz zur Ermittlung des Rohabgasdurchsatzes herangezogen werden. 3.4.2. Verfahren, für die das chemische Gleichgewicht benötigt wird Folgende Werte können mithilfe des chemischen Gleichgewichts ermittelt werden: a) Wassermenge in Rohabgas oder verdünntem Abgas x H2Oexh, wenn die Wassermenge zur Berichtigung um die von einem Probenahmesystem abgeschiedenen Wassermenge nicht gemessen wird; b) nach Durchsatz gewichtete mittlere Fraktion der Verdünnungsluft im verdünnten Abgas x dil/exh, wenn der Verdünnungsluftdurchsatz zur Berichtigung um Hintergrundemissionen nicht gemessen wird. Es ist festzuhalten, dass beim Einsatz des chemischen Gleichgewichts für diesen Zweck davon ausgegangen wird, dass das Abgas stöchiometrisch ist, selbst wenn dies nicht der Fall ist. 3.4.3. Vorgehensweise im Zusammenhang mit dem chemischen Gleichgewicht Für Berechnungen im Zusammenhang mit dem chemischen Gleichgewicht dient ein iteratives Gleichungssystem. Die Ausgangswerte für bis zu drei Messgrößen sind zu schätzen: die Wassermenge im gemessenen Durchsatz x H2Oexh, die Verdünnungsluftfraktion im verdünnten Abgas (oder der Luftüberschuss im Rohabgas) x dil/exh und die Produktmenge auf C1-Basis pro Trockenm