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

Konsolidierte Fassung

Konsolidierungsdatum: 2021-09-13

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p p p abs kPa absoluter Druck p r p H2O kPa Wasserdampfdruck p s kPa trockener atmosphärischer Druck 1 – E PF % Durchlassanteil qm ṁ kg/s Massendurchsatz qm ad ṁ (1) kg/s Massendurchsatz der Ansaugluft, trocken qm aw (1) kg/s Massendurchsatz der Ansaugluft, feucht qm Ce (1) kg/s Kohlenstoff-Massendurchsatz im Rohabgas qm Cf (1) kg/s Kohlenstoff-Massendurchsatz in den Motor qm Cp (1) kg/s Kohlenstoff-Massendurchsatz in das Teilstrom-Verdünnungssystem qm dew (1) kg/s Massendurchsatz des verdünnten Abgases, feucht qm dw (1) kg/s Massendurchsatz der Verdünnungsluft, feucht qm edf (1) kg/s äquivalenter Massendurchsatz des verdünnten Abgases, feucht qm ew (1) kg/s Massendurchsatz des Abgases, feucht qm ex (1) kg/s Massendurchsatz der aus dem Verdünnungstunnel entnommenen Probe qm f (1) kg/s Massendurchsatz des Kraftstoffs qm p (1) kg/s Abgasprobendurchsatz am Eintritt des Teilstrom-Verdünnungssystems qV V̇ m3/s Volumendurchsatz qV CVS (1) m3/s CVS-Volumendurchsatz qV s (1) dm3/min Systemdurchsatz des Abgas-Analysatorsystems qV t (1) cm3/min Durchsatz des Spürgases ρ ρ kg/m3 Massendichte ρ e kg/m3 Abgasdichte R — Druckverhältnis r d DR — Verdünnungsverhältnis2 Ra μm Durchschnittliche Rauheit der Oberfläche RH % relative Feuchtigkeit r D β m/m Durchmesserverhältnis (CVS-Systeme) r p — Druckverhältnis des SSV Re Re # — Reynolds-Zahl S K Sutherland-Konstante s s — Standardabweichung T T °C Temperatur T Nm Motordrehmoment T a K absolute Temperatur t t S Zeit Δt Δt S Zeitintervall u — Verhältnis Dichte der Gasbestandteile/Abgasdichte V V m3 Volumen qV V̇ m3/s Volumendurchsatz V 0 m3/r PDP-Volumendurchsatz je Umdrehung W W kWh Arbeit W act W act kWh tatsächliche Zyklusarbeit des Prüfzyklus WF WF — Wichtungsfaktor w w g/g Massenfraktion mol/mol nach Durchsatz gewichtete mittlere Konzentration X 0 K s s/rev PDP-Kalibrierfunktion y — generische Variable arithmetisches Mittel Z — Kompressibilitätsfaktor (1) Siehe tiefgestellte Indizes, z. B.: ṁ für Trockenluft-Massendurchsatz, ṁ für Kraftstoff-Massendurchsatz usw. (2) Verdünnungsverhältnis r d in Abschnitt 2 und DR in Abschnitt 3: unterschiedliche Symbole bei gleicher Bedeutung und identischen Gleichungen. Verdünnungsfaktor D in Abschnitt 2 und x dil in Abschnitt 3: unterschiedliche Symbole bei gleicher physikalischer Bedeutung; Gleichung 7-124 bildet die Beziehung zwischen x dil und DR ab. (3) n.f. = noch festzulegen. 1.2. Tiefgestellte Indizes Abschnitt 2 (1) Abschnitt 3 Messgröße act act tatsächliche Größe i momentanes Messergebnis (z. B. 1 Hz) i Einzelwert einer Reihe (1) In Abschnitt 2 wird die Bedeutung tiefgestellter Indizes durch die zugehörige Messgröße bestimmt; beispielsweise kann der tiefgestellte Index „d“ in „c d = Konzentration im trockenen Bezugszustand“ für trocken stehen, in „p d = Sättigungsdampfdruck der Verdünnungsluft“ oder „k w,d = Korrekturfaktor für die Umrechnung vom trockenen zum feuchten Bezugszustand der Verdünnungsluft“ für Verdünnungsluft oder in „r d“ für Verdünnungsverhältnis. 1.3. Symbole und Abkürzungen für die chemischen Bestandteile (auch als tiefgestellte Indizes verwendet) Abschnitt 2 Abschnitt 3 Messgröße Ar Ar Argon C1 C1 C1-äquivalenter Kohlenwasserstoff CH4 CH4 Methan C2H6 C2H6 Ethan C3H8 C3H8 Propan CO CO Kohlenmonoxid CO2 CO2 Kohlendioxid H atomarer Wasserstoff H2 molekularer Wasserstoff HC HC Kohlenwasserstoff H2O H2O Wasser He Helium N atomarer Stickstoff N2 molekularer Stickstoff NOx NOx Stickoxide NO NO Stickstoffmonoxid NO2 NO2 Stickstoffdioxid O atomarer Sauerstoff PM PM Partikel S S Schwefel 1.4. Symbole und Abkürzungen für die Kraftstoffzusammensetzung Abschnitt 2 (1) Abschnitt 3 (2) Messgröße w C (4) w C (4) Kohlenstoffgehalt des Kraftstoffs, Massenfraktion [g/g] oder [Massenprozent] w H w H Wasserstoffgehalt des Kraftstoffs, Massenfraktion [g/g] oder [Massenprozent] w N w N Stickstoffgehalt des Kraftstoffs, Massenfraktion [g/g] oder [Massenprozent] w O w O Sauerstoffgehalt des Kraftstoffs, Massenfraktion [g/g] oder [Massenprozent] w S w S Schwefelgehalt des Kraftstoffs, Massenfraktion [g/g] oder [Massenprozent] α α Wasserstoff-Kohlenstoff-Atomverhältnis (H/C) ε β Sauerstoff-Kohlenstoff-Atomverhältnis (O/C) (3) γ γ Schwefel-Kohlenstoff-Atomverhältnis (S/C) δ δ Stickstoff-Kohlenstoff-Atomverhältnis (N/C) (1) Bezogen auf einen Kraftstoff mit der chemischen Formel CHαOεNδSγ. (2) Bezogen auf einen Kraftstoff mit der chemischen Formel CHαOβSγNδ. (3) Besonderes Augenmerk ist auf die unterschiedlichen Bedeutungen des Symbols β in den beiden Abschnitten zur Emissionsberechnung zu legen: In Abschnitt 2 ist damit ein Kraftstoff mit der chemische Formel CHαSγNδOε (d. h. der Formel CβHαSγNδOε wobei β = 1, wenn von einem Kohlenstoffatom pro Molekül ausgegangen wird) gemeint, in Abschnitt 3 bei CHαOβSγNδ hingegen das Sauerstoff-Kohlenstoff-Verhältnis. Unter diesen Umständen entspricht β in Abschnitt 3 ε in Abschnitt 2. (4) Massenfraktion w in Verbindung mit dem tiefgestellten Symbol des chemischen Bestandteils. 2. Massenbasierte Emissionsberechnungen ▼M2 2.1. Messung von gasförmigen Emissionen im Rohabgas ▼B 2.1.1. Einzelphasen-NRSC-Prüfungen Der Emissionswert einer gasförmigen Emission qm gas, i [g/h] für jede Prüfphase i der stationären Prüfung ist durch Multiplikation der gasförmigen Emissionen mit ihrem jeweiligen Durchsatz wie folgt zu berechnen. ▼M2 (7-1) ▼B Dabei gilt: k = 1 für cgasr,w,i in [ppm] und k = 10 000 für cgasr,w,i in [Vol.- %] k h = NOx-Korrekturfaktor [-], für die NOx-Emissionsberechnung (siehe Nummer 2.1.4) u gas = abgasbestandteilspezifischer Faktor oder Verhältnis zwischen der Dichte des Abgasbestandteils und des Abgases [-] qm ew, i = Massendurchsatz des Abgases in der Prüfphase i, feucht [kg/s] c gas, i = Emissionskonzentration im Rohabgas in der Prüfphase i, feucht [ppm] oder [Vol.- %] 2.1.2. Dynamische Prüfzyklen (NRTC und LSI-NRTC) und RMC-Prüfungen Die Gesamtmasse einer gasförmigen Emission m gas [g/test] je Prüfung ist durch Multiplikation der zeitlich angeglichenen momentanen Konzentrationen und mit den Abgasdurchsätzen und durch Integration über den Prüfzyklus mithilfe von Gleichung 7-2 zu berechnen: (7-2) Dabei gilt: ƒ = Datenerfassungsfrequenz [Hz] k h = NOx-Korrekturfaktor [-], nur anzuwenden für die NOx-Emissionsberechnung k = 1 für cgasr,w,i in [ppm] und k = 10 000 für cgasr,w, i in [Vol.- %] u gas = abgasbestandteilspezifischer Faktor [-] (siehe Nummer 2.1.5) N = Zahl der Messungen [-] qm ew, i = momentaner Massendurchsatz des Abgases, feucht [kg/s] c gas, i = momentane Emissionskonzentration im Rohabgas, feucht [ppm] oder [Vol.- %] 2.1.3. Umrechnung der Konzentration vom trockenen in den feuchten Bezugszustand Werden die Emissionen im feuchten Bezugszustand gemessen, ist die im trockenen Bezugszustand gemessene Konzentration c d mithilfe von Gleichung 7-3 in die Konzentration c w im feuchten Bezugszustand umzurechnen: (7-3) Dabei gilt: k w = Faktor für die Umrechnung vom trockenen in den feuchten Bezugszustand [-] c d = Emissionskonzentration, trocken [ppm] oder [Vol.- %] Bei der vollständigen Verbrennung wird der Faktor für die Umrechnung vom trockenen in den feuchten Bezugszustand für Rohabgas als k w,a [-] bezeichnet und mithilfe von Gleichung 7-4 berechnet: ▼M2 (7-4) ▼B Dabei gilt: H a = Feuchtigkeit der Ansaugluft [g H2O/kg trockener Luft] qm f, i = momentaner Kraftstoffdurchsatz [kg/s] qm ad, i = momentaner Durchsatz der Ansaugluft [kg/s] p r = Wasserdruck nach dem Kühler [kPa] p b = barometrischer Gesamtdruck [kPa] w H = Wasserstoffgehalt des Kraftstoffs [Massenprozent] k f = zusätzliches Verbrennungsvolumen [m3/kg Kraftstoff] Dabei gilt: (7-5) Wobei: w H = Wasserstoffgehalt des Kraftstoffs [Massenprozent] w N = Stickstoffgehalt des Kraftstoffs [Massenprozent] w O = Sauerstoffgehalt des Kraftstoffs [Massenprozent] In der Gleichung 7-4 kann folgendes Verhältnis p r/p bangenommen werden: (7-6) Bei der unvollständigen Verbrennung (fette Kraftstoff-Luft-Gemische) und auch bei Emissionsprüfungen ohne direkte Messung des Luftdurchsatzes wird einer zweiten Methode zur Berechnung von k w,a der Vorzug gegeben: (7-7) Dabei gilt: c CO2 = CO2-Konzentration im Rohabgas, trocken [Vol.- %] c CO = CO-Konzentration im Rohabgas, trocken [ppm] p r = Wasserdruck nach dem Kühler [kPa] p b = barometrischer Gesamtdruck [kPa] α = Kohlenstoff-Wasserstoff-Molverhältnis [-] k w1 = Feuchtigkeit der Ansaugluft [-] (7-8) 2.1.4. Korrektur der NOx-Konzentration unter Berücksichtigung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit Da die NOx-Emission von den Bedingungen der Umgebungsluft abhängt, ist die NOx-Konzentration unter Berücksichtigung von Temperatur und Feuchtigkeit der Umgebungsluft mithilfe des in den Gleichungen 7-9 und 7-10 angegebenen Faktors kh,D oder kh,G [-] zu korrigieren. Diese Faktoren gelten für einen Feuchtigkeitsbereich von 0 bis 25 g H2O/kg trockener Luft. a) für Selbstzündungsmotoren (7-9) b) für Fremdzündungsmotoren kh.G = 0,6272 + 44,030 × 10-3 × Ha — 0,862 × 10-3 × Ha 2 (7-10) Dabei gilt: H a = Feuchtigkeit der Ansaugluft [g H2O/kg trockener Luft] 2.1.5. Abgasbestandteilspezifischer Faktor u Für die Berechnung sind in den Nummern 2.1.5.1 und 2.1.5.2 zwei Verfahren beschrieben. Das in Nummer 2.1.5.1 beschriebene Verfahren ist einfacher, weil für das Verhältnis von Bestandteil- und Abgasdichte „u“-Tabellenwerte verwendet werden. Das in Nummer 2.1.5.2 beschriebene Verfahren ist genauer bei Kraftstoffqualitäten, die von den Spezifikationen in Anhang VIII abweichen, erfordert aber eine Elementaranalyse des Kraftstoffs. 2.1.5.1. Tabellenwerte Unter Anwendung einiger Vereinfachungen (Annahme über den Wert λ und über die Bedingungen betreffend die Ansaugluft gemäß Tabelle 7.1) auf die Gleichungen in Nummer 2.1.5.2 werden die resultierenden Werte für u gas in Tabelle 7.1 angegeben. Tabelle 7.1 u-Werte für das Rohabgas und Dichte der Abgasbestandteile (für die in ppm ausgedrückte Emissionskonzentration) Kraftstoff re Gas NOx CO HC CO2 O2 CH4 rgas [kg/m3] 2,053 1,250 () 1,9636 1,4277 0,716 ugas () Diesel (nicht für den Straßenverkehr bestimmter Dieselkraftstoff) 1,2943 0,001586 0,000966 0,000482 0,001517 0,001103 0,000553 Ethanol für bestimmte Selbstzündungsmotoren (ED95) 1,2768 0,001609 0,000980 0,000780 0,001539 0,001119 0,000561 Erdgas/ Biomethan () 1,2661 0,001621 0,000987 0,000528 () 0,001551 0,001128 0,000565 Propan 1,2805 0,001603 0,000976 0,000512 0,001533 0,001115 0,000559 Butan 1,2832 0,001600 0,000974 0,000505 0,001530 0,001113 0,000558 LPG () 1,2811 0,001602 0,000976 0,000510 0,001533 0,001115 0,000559 Benzin (E10) 1,2931 0,001587 0,000966 0,000499 0,001518 0,001104 0,000553 Ethanol (E85) 1,2797 0,001604 0,000977 0,000730 0,001534 0,001116 0,000559 (1) Kraftstoffabhängig. (2) Bei l = 2, trockener Luft, 273 K und 101,3 kPa. (3) u-Werte ± 0,2 % für folgende Massenverteilung: C = 66 – 76 %; H = 22 – 25 %; N = 0 – 12 %. (4) NMHC auf der Grundlage von CH2,93 (für Gesamt-HC ist der u gas–Faktor für CH4 zu verwenden). (5) u-Werte ± 0,2 % für folgende Massenverteilung: C3 = 70 – 90 %; C4 = 10 – 30 %. 2.1.5.2. Berechnete Werte Der abgasbestandteilspezifische Faktor u gas,i kann anhand des Verhältnisses zwischen der Dichte des Abgasbestandteils und des Abgases oder alternativ durch das entsprechende Verhältnis der Molmassen (Gleichungen 7-11 oder 7-12) ermittelt werden: (7-11) oder (7-12) Dabei gilt: M gas = Molmasse des Abgasbestandteils [g/mol] M e, i = momentane Molmasse des feuchten Rohabgases [g/mol] ρ gas = Dichte des gasförmigen Bestandteils [kg/m3] ρ e,i = momentane Dichte des feuchten Rohabgases [kg/m3] Die Molmasse des Abgases M e,i ist für die allgemeine Kraftstoffzusammensetzung CH α O ε N δ S γ unter der Annahme vollständiger Verbrennung mithilfe von Gleichung 7-13 zu berechnen: ▼M2 (7-13) ▼B Dabei gilt: qm f, i = momentaner Massendurchsatz des Kraftstoffs, feucht [kg/s] qm aw, i = momentaner Massendurchsatz der Ansaugluft, feucht [kg/s] α = Wasserstoff-Kohlenstoff-Molverhältnis [-] δ = Stickstoff-Kohlenstoff-Molverhältnis [-] ε = Sauerstoff-Kohlenstoff-Molverhältnis [-] γ = Schwefel-Kohlenstoff-Atomverhältnis [-] H a = Feuchtigkeit der Ansaugluft [g H2O/kg trockener Luft] M a = Molekularmasse der trockenen Ansaugluft = 28,965 g/mol Die momentane Dichte des Rohabgases r e, i [kg/m3] ist mithilfe von Gleichung 7-14 zu berechnen: (7-14) Dabei gilt: qm f, i = momentaner Massendurchsatz des Kraftstoffs [kg/s] qm ad, i = momentaner Massendurchsatz der trockenen Ansaugluft [kg/s] H a = Feuchtigkeit der Ansaugluft [g H2O/kg trockener Luft] k f = zusätzliches Verbrennungsvolumen [m3/kg Kraftstoff] (siehe Gleichung 7-5) 2.1.6. Massendurchsatz des Rohabgases 2.1.6.1. Verfahren zur Luft- und Kraftstoffmessung Dieses Verfahren beinhaltet die Messung des Luftdurchsatzes und des Kraftstoffdurchsatzes mit geeigneten Durchsatzmessgeräten. Der momentane Abgasdurchsatz qm ew, i [kg/s] ist mithilfe von Gleichung 7-15 zu berechnen. qm ew, i = qm aw, i + qm f, i (7-15) Dabei gilt: qm aw, i = momentaner Massendurchsatz der Ansaugluft [kg/s] qm f, i = momentaner Massendurchsatz des Kraftstoffs [kg/s] 2.1.6.2. Verfahren zur Messung mit Spürgas Hierbei wird die Konzentration eines Spürgases im Abgas gemessen. Der momentane Abgasdurchsatz q mew,i [kg/s] ist mithilfe von Gleichung 7-16 zu berechnen. (7-16) Dabei gilt: qV t = Durchsatz des Spürgases [m3/s] c mix, i = momentane Konzentration des Spürgases nach der Vermischung [ppm] r e = Dichte des Rohabgases [kg/m3] c b = Hintergrundkonzentration des Spürgases in der Ansaugluft [ppm] Die Hintergrundkonzentration des Spürgases c b kann durch Bildung des Durchschnitts der unmittelbar vor und nach dem Prüflauf gemessenen Hintergrundkonzentration bestimmt werden. Die Hintergrundkonzentration kann vernachlässigt werden, wenn sie bei maximalem Abgasdurchsatz weniger als 1 % der Konzentration des Spürgases nach der Vermischung c mix, i beträgt. 2.1.6.3. Verfahren zur Messung von Luftdurchsatz und Luft-Kraftstoff-Verhältnis Hierbei wird die Abgasmasse aus dem Luftdurchsatz und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis errechnet. Der momentane Abgasdurchsatz q mew, i [kg/s] ist mithilfe von Gleichung 7-17 zu berechnen. (7-17) Dabei gilt: (7-18) (7-19) Dabei gilt: qm aw, i = Massendurchsatz der Ansaugluft, feucht [kg/s] A/F st = stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis [-] λi = momentaner Luftüberschussfaktor [-] c COd = CO-Konzentration im Rohabgas, trocken [ppm] c CO2d = CO2-Konzentration im Rohabgas, trocken [Prozent] c HCw = HC-Konzentration im Rohabgas, feucht [ppm C1] α = Wasserstoff-Kohlenstoff-Molverhältnis [-] δ = Stickstoff-Kohlenstoff-Molverhältnis [-] ε = Sauerstoff-Kohlenstoff-Molverhältnis [-] γ = Schwefel-Kohlenstoff-Atomverhältnis [-] 2.1.6.4. Kohlenstoffbilanzmethode, einstufiges Verfahren Die einstufige Formel in Gleichung 7-20 kann zur Berechnung des Massendurchsatzes des feuchten Abgases qm ew, i [kg/s] verwendet werden: (7-20) wobei der Kohlenstofffaktor f c [-] mithilfe der nachstehenden Gleichung ermittelt wird: (7-21) Dabei gilt: qm f, i =