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1.4 Bestimmung der gasförmigen Bestandteile
1.4.1 Allgemeine Vorschriften für Analysegeräte
Die Analysegeräte müssen einen Messbereich haben, der den Anforderungen an die Genauigkeit bei der Messung der Konzentrationen der Abgasbestandteile entspricht (Abschnitt 1.4.1.1). Es wird empfohlen, die Analysegeräte so zu bedienen, dass die gemessene Konzentration zwischen 15 % und 100 % des vollen Skalenendwertes liegt.
Liegt der volle Skalenendwert bei 155 ppm (oder ppmC) oder darunter oder werden Ablesesysteme (Computer, Datenerfasser) verwendet, die unterhalb von 15 % des vollen Skalenendwertes eine ausreichende Genauigkeit und Auflösung aufweisen, sind auch Konzentrationen unter 15 % des vollen Skalenendwertes zulässig. In diesem Fall müssen zusätzliche Kalibrierungen vorgenommen werden, um die Genauigkeit der Kalibrierkurven zu gewährleisten (Anhang III Anlage 2 Abschnitt 11.5.5.2).
Die elektromagnetische Verträglichkeit der Geräte muss so hoch sein, das zusätzliche Fehler weitestgehend ausgeschlossen sind.
1.4.1.1. Messfehler
Das Analysegerät darf höchstens um ± 2 % des Ablesewerts vom Nennwert jedes Kalibrierpunktes oder, falls größer, um höchstens ± 0,3 % vom Skalenendwert abweichen.
Anmerkung: Im Sinne dieses Standards wird Messgenauigkeit definiert als die Abweichung des Ablesewerts des Analysegeräts von den Nennwerten der Kalibrierpunkte unter Verwendung eines Kalibriergases (= tatsächlicher Wert).
1.4.1.2. Wiederholbarkeit
Die Wiederholbarkeit, definiert als das 2,5fache der Standardabweichung zehn wiederholter Ansprechreaktionen auf ein bestimmtes Kalibriergas, darf höchstens ± 1 % der vollen Skalenendkonzentration für jeden verwendeten Messbereich über 155 ppm (oder ppm C) oder ± 2 % für jeden verwendeten Messbereich unter 155 ppm (oder ppm C) betragen.
1.4.1.3. Rauschen
Das Peak-to-Peak-Ansprechen der Analysatoren auf Null- und Kalibriergase darf während eines Zeitraums von zehn Sekunden 2 % des vollen Skalenendwertes bei allen verwendeten Bereichen nicht überschreiten.
1.4.1.4. Nullpunktdrift
Die Nullpunktdrift während eines Zeitraums von einer Stunde muss weniger als 2 % des vollen Skalenendwerts beim niedrigsten verwendeten Bereich betragen. Der Nullpunktwert wird definiert als mittleres Ansprechen (einschließlich Rauschen) auf ein Nullgas in einem Zeitabschnitt von 30 Sekunden.
1.4.1.5 Messbereichsdrift
Die Messbereichsdrift während eines Zeitraums von einer Stunde muss weniger als 2 % des vollen Skalenendwerts beim niedrigsten verwendeten Bereich betragen. Als Messbereich wird die Differenz zwischen Kalibrierausschlag und Nullpunktwert definiert. Der Messbereichskalibrierausschlag wird definiert als mittlerer Ausschlag (einschließlich Rauschen) auf ein Messbereichskalibriergas in einem Zeitabschnitt von 30 Sekunden.
1.4.2. Gastrocknung
Das wahlweise zu verwendende Gastrocknungsgerät muss die Konzentration der gemessenen Gase so gering wie möglich beeinflussen. Die Anwendung chemischer Trockner zur Entfernung von Wasser aus der Probe ist nicht zulässig.
1.4.3.Analysegeräte
Die bei der Messung anzuwendenden Grundsätze werden in den Abschnitten 1.4.3.1 bis 1.4.3.5 dieser Anlage beschrieben. Eine ausführliche Darstellung der Messsysteme ist in Anhang VI enthalten.
Die zu messenden Gase sind mit den nachfolgend aufgeführten Geräten zu analysieren. Bei nichtlinearen Analysatoren ist die Verwendung von Linearisierungsschaltkreisen zulässig.
1.4.3.1. Kohlenmonoxid-(CO-)Analyse
Der Kohlenmonoxidanalysator muss ein nichtdispersiver Infrarotabsorptionsanalysator (NDIR) sein.
1.4.3.2. Kohlendioxid-(CO2-)Analyse
Der Kohlendioxidanalysator muss ein nichtdispersiver Infrarotabsorptionsanalysator (NDIR) sein.
1.4.3.3. Kohlenwasserstoff-(HC-)Analyse
Der Kohlenwasserstoffanalysator muss ein beheizter Flammenionisationsdetektor (HFID) mit Detektor, Ventilen, Rohrleitungen usw. sein, der so zu beheizen ist, dass die Gastemperatur auf 463 K (190 °C) ± 10 K gehalten wird.
1.4.3.4. Stickoxid-(NOx-)Analyse
Der Stickoxidanalysator muss ein Chemilumineszenzanalysator (CLD) oder beheizter Chemilumineszenzanalysator (HCLA) mit einem NO2/NO- Konverter sein, wenn die Messung im trockenen Bezugszustand erfolgt. Bei Messung im feuchten Bezugszustand ist ein auf über 328 K (55 °C) gehaltener HCLD mit Konverter zu verwenden, vorausgesetzt, die Prüfung auf Wasserdampfquerempfindlichkeit (Anhang III Anlage 2 Abschnitt 1.9.2.2) ist erfüllt.
Sowohl für CLD als auch für HCLD muss der Probenweg bis zum Konverter (bei Messung im trockenen Bezugszustand) bzw. bis zum Analysegerät (bei Messung im feuchten Bezugszustand) auf einer Wandtemperatur von über 328 bis 473 K (55 °C bis 200 °C) gehalten werden.
1.4.4 Messung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses
Bei der zur Bestimmung des Abgasstroms gemäß Abschnitt 1.2.5 verwendeten Messeinrichtung für das Luft- Kraftstoff-Verhältnis muss es sich um eine Breitband-Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sonde oder eine Zirkon-Lambdasonde handeln.
Die Sonde ist unmittelbar am Auspuffrohr anzubringen, wo die Abgastemperatur so hoch ist, dass keine Wasserkondensation auftritt.
Die Messgenauigkeit der Sonde mit eingebauter Elektronik muss liegen zwischen:
± 3 % des Ablesewertes λ < 2
± 5 % des Ablesewertes 2 < λ < 5
± 10 % des Ablesewertes 5 < λ
Um die vorstehend genannte Messgenauigkeit zu erfüllen, ist die Sonde entsprechend den Angaben des Herstellers zu kalibrieren.
1.4.5. Probenahme von Emissionen gasförmiger Schadstoffe
Die Probenahmesonden für gasförmige Emissionen müssen so angebracht sein, dass sie mindestens 0,5 m oder um das Dreifache des Durchmessers des Auspuffrohrs (je nachdem, welcher Wert höher ist) oberhalb vom Austritt der Auspuffanlage - soweit zutreffend - entfernt sind und sich so nahe am Motor befinden, dass eine Abgastemperatur von mindestens 343 K (70 °C) an der Sonde gewährleistet ist.
Bei einem Mehrzylindermotor mit einem verzweigten Auspuffkrümmer muss der Einlass der Sonde so weit in Strömungsrichtung entfernt sein, dass die Probe für die durchschnittlichen Abgasemissionen aus allen Zylindern repräsentativ ist. Bei einem Mehrzylindermotor mit einzelnen Gruppen von Auspuffkrümmern, wie z.B. bei einem V-Motor, ist die Entnahme individueller Proben von jeder Gruppe und die Berechnung der durchschnittlichen Abgasemission zulässig. Es können auch andere Methoden angewandt werden, die den obigen Methoden nachweislich entsprechen. Bei der Berechnung der Abgasemissionen ist der gesamte Abgasmassendurchsatz des Motors zugrunde zu legen.
Wird die Zusammensetzung des Abgases durch eine Anlage zur Abgasnachbehandlung beeinflusst, so muss die Abgasprobe bei Prüfungen der Stufe I vor dieser Anlage und bei Prüfungen der Stufe II hinter dieser Anlage entnommen werden. Bei Verwendung eines Vollstrom-Verdünnungssystems für die Partikelbestimmung können die gasförmigen Emissionen auch im verdünnten Abgas bestimmt werden. Die Probenahmesonden müssen sich nahe der Partikel-Probenahmesonde im Verdünnungstunnel befinden (Anhang VI Abschnitt 1.2.1.2 für DT und Abschnitt 1.2.2. für PSP). CO und CO2 können wahlweise auch durch Probenahme in einen Beutel und nachfolgende Messung der Konzentration im Probenahmebeutel bestimmt werden.
1.5. Bestimmung der Partikel
Die Bestimmung der Partikel erfordert ein Verdünnungssystem. Die Verdünnung kann mit einem Teilstrom- oder Vollstrom-Verdünnungssystem erfolgen. Die Durchflussleistung des Verdünnungssystems muss so groß sein, dass keine Wasserkondensation im Verdünnungs- und Probenahmesystem auftritt und dass die Temperatur des verdünnten Abgases unmittelbar oberhalb der Filterhalter zwischen 315 K (42 °C) und 325 K (52 °C) gehalten werden kann. Bei hoher Luftfeuchtigkeit ist es zulässig, die Verdünnungsluft vor Eintritt in das Verdünnungssystem zu entfeuchten. Bei einer Umgebungstemperatur von weniger als 293 K (20 °C) wird ein Vorheizen der Verdünnungsluft über den Temperaturgrenzwert von 303 K (30 °C) hinaus empfohlen. Jedoch darf die Temperatur der Verdünnungsluft vor der Einleitung des Abgases in den Verdünnungstunnel 325 K (52 °C) nicht überschreiten.
Anmerkung: Beim Verfahren unter stationären Bedingungen kann anstelle der Einhaltung des Temperaturbereichs von 42 °C - 52 °C die Filtertemperatur auf oder unter der Höchsttemperatur von 325 K (52 °C) gehalten werden.
Bei Teilstrom-Verdünnungssystemen muss die Partikel-Probenahmesonde in der Nähe und (gegen den Strom gerichtet) oberhalb der Sonde für die gasförmigen Emissionen nach Abschnitt 4.4 sowie entsprechend Anhang VI Abschnitt 1.2.1.1, Abbildungen 4 bis 12 (EP und SP), angebracht sein.
Das Teilstrom-Verdünnungssystem muss so beschaffen sein, dass eine Teilung des Abgasstroms erfolgt, wobei der kleinere Teil mit Luft verdünnt und anschließend zur Partikelmessung verwendet wird. Demzufolge ist eine sehr genaue Bestimmung des Verdünnungsverhältnisses erforderlich. Es können verschiedene Teilungsmethoden verwendet werden, wobei die Art der Teilung wesentlichen Einfluss auf die zu verwendenden Probenahmegeräte und -verfahren hat (Anhang VI Abschnitt 1.2.1.1).
Zur Bestimmung der Partikelmasse werden ein Partikel-Probenahmesystem, Partikel-Probenahmefilter, eine Mikrogramm-Waage und eine Wägekammer mit kontrollierter Temperatur und Luftfeuchtigkeit benötigt.
Die Partikel-Probenahme kann nach zwei Methoden erfolgen:
1.5.1. Partikel-Probenahmefilter
1.5.1.1. Spezifikation der Filter
Für die Zertifizierungsprüfungen werden fluorkohlenstoffbeschichtete Glasfaserfilter oder Fluorkohlenstoffmembranfilter benötigt. Für besondere Anwendungen können andere Filtermaterialien verwendet werden. Bei allen Filtertypen muss der Abscheidegrad von 0,3µm DOP (Dioctylphthalat) bei einer Anströmgeschwindigkeit des Gases zwischen 35 und 100 cm/s mindestens 99 % betragen. Werden Korrelationstests zwischen Prüfstellen oder zwischen einem Hersteller und einer Genehmigungsbehörde durchgeführt, so sind Filter von gleicher Qualität zu verwenden.
1.5.1.2. Filtergröße
Die Partikelfilter müssen einen Mindestdurchmesser von 47mm haben (37mm wirksamer Durchmesser). Filter mit größerem Durchmesser sind zulässig (Abschnitt 1.5.1.5).
1.5.1.3. Haupt- und Nachfilter
Die verdünnten Abgase werden während der Prüffolge durch ein hintereinander angeordnetes Filterpaar (Hauptfilter und Nachfilter) geleitet. Das Nachfilter darf nicht weiter als 100mm hinter dem Hauptfilter liegen und dieses nicht berühren. Die Filter können getrennt oder paarweise - die wirksamen Seiten einander zugekehrt - gewogen werden.
1.5.1.4. Filteranströmgeschwindigkeit
Eine Gasanströmgeschwindigkeit durch den Filter von 35 bis 100 cm/s muss erreicht werden. Der Druckabfall darf zwischen Beginn und Ende der Prüfung um nicht mehr als 25 kPa zunehmen.
1.5.1.5. Filterbeladung
Die empfohlenen minimalen Filterbeladungen für die gebräuchlichsten Filtergrößen sind der folgenden Tabelle zu entnehmen. Für größere Filter beträgt die minimale Filterbeladung 0,065mg/1000 mm2 Filterbereich.
Filterdurchmesser (mm) | Empfohlener Durchmesser des wirksamen Filterbereichs (mm) | Empfohlene minimale Filterbeladung (mg) |
47 | 37 | 0,11 |
70 | 60 | 0,25 |
90 | 80 | 0,41 |
110 | 100 | 0,62 |
Bei der Mehrfachfiltermethode wird als minimale Filterbeladung das Produkt aus dem entsprechenden obigen Wert und der Quadratwurzel der Gesamtzahl der Prüfphasen empfohlen.
1.5.2 Spezifikation für die Wägekammer und die Analysenwaage
1.5.2.1. Bedingungen für die Wägekammer
Die Temperatur der Kammer (oder des Raumes), in der (dem) die Partikelfilter konditioniert und gewogen werden, ist während der gesamten Dauer des Konditionierungs- und Wägevorgangs auf 295 K (22 °C) ± 3 K zu halten. Die Luftfeuchtigkeit ist auf einem Taupunkt von 282,5 K (9,5 °C) ± 3 K und auf einer relativen Feuchtigkeit von 45 ± 8 % zu halten.
1.5.2.2. Vergleichsfilterwägung
Die Umgebungsluft der Wägekammer (oder des Wägeraums) muss frei von jeglichen Schmutzstoffen (beispielsweise Staub) sein, die sich während der Stabilisierung der Partikelfilter auf diesen absetzen könnten. Störungen der in Abschnitt 1.5.2.1 dargelegten Spezifikationen für den Wägeraum sind zulässig, wenn ihre Dauer 30Minuten nicht überschreitet. Der Wägeraum soll den vorgeschriebenen Spezifikationen entsprechen, ehe das Personal ihn betritt. Wenigstens zwei unbenutzte Vergleichsfilter oder Vergleichsfilterpaare sind vorzugsweise gleichzeitig mit den Probenahmefiltern zu wägen, höchstens jedoch in einem Abstand von vier Stunden zu diesen. Die Vergleichsfilter müssen dieselbe Größe haben und aus demselben Material bestehen wie die Probenahmefilter.
Wenn sich das Durchschnittsgewicht der Vergleichsfilter(-paare) bei den Wägungen der Probenahmefilter um mehr als 10 µg ändert, sind alle Probenahmefilter zu entfernen, und die Abgasemissionsprüfung ist zu wiederholen.
Wenn die unter Abschnitt 1.5.2.1. angegebenen Stabilitätskriterien für den Wägeraum nicht erfüllt sind, aber bei der Wägung des Vergleichsfilters(filterpaares) die obigen Kriterien eingehalten wurden, kann der Hersteller entweder die ermittelten Gewichte der Probenahmefilter anerkennen oder die Prüfungen für ungültig erklären, wobei das Kontrollsystem des Wägeraums zu justieren und die Prüfung zu wiederholen ist.
1.5.2.3. Analysenwaage
Die zur Bestimmung der Gewichte sämtlicher Filter benutzte Analysenwaage muss eine Genauigkeit (Standardabweichung) von 2 µg und eine Auflösung von 1µg (1 Stelle = 1µg) haben (nach Angaben des Waagenherstellers).
1.5.2.4. Vermeidung elektrostatischer Reaktionen
Zur Vermeidung elektrostatischer Reaktionen sind die Filter vor dem Wiegen zu neutralisieren, so beispielsweise durch einen Poloniumneutralisator oder ein Gerät mit ähnlicher Wirkung.
1.5.3 Zusatzbestimmungen für die Partikelmessung
Alle mit den Rohabgasen oder verdünnten Abgasen in Berührung kommenden Teile des Verdünnungssystems und des Probenahmesystems vom Auspuffrohr bis zum Filterhalter sind so auszulegen, dass die Ablagerung der Partikel darauf und die Veränderung der Partikel so gering wie möglich gehalten werden. Alle Teile müssen aus elektrisch leitendem Material bestehen, das mit den Bestandteilen der Abgase keine Verbindung eingeht; es muss zur Vermeidung elektrostatischer Reaktionen geerdet sein.
2. Mess- und Probenahmeverfahren (NRTC-Prüfung)
2.1. Einleitung
Die Emission gasförmiger Schadstoffe und luftverunreinigender Partikel aus dem zur Prüfung vorgeführten Motor muss nach den Verfahren des Anhangs VI gemessen werden. Die Beschreibung dieser Methoden in Anhang VI umfasst auch eine Darstellung der empfohlenen analytischen Systeme für die gasförmigen Emissionen (Abschnitt 1.1) und der empfohlenen Partikelverdünnungs- und -probenahmesysteme (Abschnitt 1.2).
2.2. Leistungsprüfstand und Prüfzellenausstattung
Für die Abgasemissionsprüfung der Motoren an LeistungsprüFständen ist die nachstehend beschriebene Anlage zu verwenden.
2.2.1. Motorleistungsprüfstand
Es ist ein Motorleistungsprüfstand zu verwenden, der entsprechende Eigenschaften aufweist, um den in Anlage 4 beschriebenen Prüfzyklus durchzuführen. Die Messgeräte für Drehmoment und Drehzahl müssen die Messung der Leistung innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte ermöglichen. Zusätzliche Berechnungen können erforderlich sein. Die Messgeräte müssen eine solche Messgenauigkeit aufweisen, dass die Höchsttoleranzen der in Tabelle3 angegebenen Werte nicht überschritten werden.
2.2.2. Andere Geräte
Geräte zur Messung des Kraftstoffverbrauchs, des Luftdurchsatzes, der Kühlmitteltemperatur, der Schmiermitteltemperatur, des Abgasdrucks, des Ansaugkrümmerunterdrucks, der Abgastemperatur, der Ansauglufttemperatur, des Luftdrucks, der Feuchtigkeit und der Kraftstofftemperatur. Diese Geräte müssen den Anforderungen in Tabelle3 genügen:
Tabelle 3: Genauigkeit der Messgeräte
Nr. | Messgerät | Messgenauigkeit |
1 | Motordrehzahl | ± 2 % des Ablesewertes oder, falls größer, ± 1 % des Höchstwertes des Motors |
2 | Drehmoment | ± 2 % des Ablesewertes oder, falls größer, ± 1 % des Höchstwertes des Motors |
3 | Kraftstoffverbrauch | ± 2 % des Höchstwertes des Motors |
4 | Luftverbrauch | ± 2 % des Ablesewertes oder, falls größer, ± 1 % des Höchstwertes des Motors |
5 | Abgasdurchsatz | ± 2,5 % des Ablesewertes oder, falls größer, ± 1,5 % des Höchstwertes des Motors |
6 | Temperatur < 600 K | ± 2 K absolut |
7 | Temperatur > 600 K | ± 1 % des Ablesewertes |
8 | Abgasdruck | ± 0,2 kPa absolut |
9 | Ansaugluftunterdruck | ± 0,05 kPa absolut |
10 | Atmosphärischer Druck | ± 0,1 kPa absolut |
11 | Andere Drücke | ± 0,1 kPa absolut |
12 | Absolute Luftfeuchtigkeit | ± 5 % des Ablesewertes |
13 | Verdünnungsluftdurchfluss | ± 2 % des Ablesewertes |
14 | Durchfluss des verdünnten Abgases | ± 2 % des Ablesewertes |
2.2.3. Durchfluss des Rohabgases
Zur Berechnung der Emissionen im Rohabgas und zur Regelung eines Teilstrom-Verdünnungssystems muss der Abgasmassendurchsatz bekannt sein. Zur Bestimmung des Abgasmassendurchsatzes kann eines der nachstehend beschriebenen Verfahren verwendet werden.
Zur Berechnung der Emissionen darf die Ansprechzeit bei jedem nachstehend beschriebenen Verfahren höchstens der vorgeschriebenen Ansprechzeit der Analysegeräte gemäß Anlage 2 Abschnitt 1.11.1 betragen.
Zur Regelung eines Teilstrom-Verdünnungssystems sind kürzere Ansprechzeiten erforderlich. Bei Teilstrom-Verdünnungssystemen mit online-Regelung ist eine Ansprechzeit von < 0,3s vorgeschrieben. Bei Teilstrom-Verdünnungssystemen mit Look-Ahead-Funktion auf der Grundlage eines zuvor aufgezeichneten Prüflaufs ist eine Ansprechzeit des Abgasdurchsatzmesssystems von < 5s mit einer Anstiegszeit von < 1s erforderlich. Die Systemansprechzeit ist nach den Angaben des Geräteherstellers einzustellen. Die kombinierten Vorschriften für die Ansprechzeit für den Abgasdurchsatz und das Teilstrom-Verdünnungssystem sind in Abschnitt 2.4 angegeben.
Direkte Messung
Die direkte Messung des momentanen Abgasdurchsatzes kann erfolgen mit Systemen wie:
Es müssen Vorkehrungen zur Vermeidung von Messfehlern getroffen werden, die Auswirkungen auf die Emissionswertfehler haben. Zu diesen Vorkehrungen zählen das sorgfältige Anbringen des Messgeräts in der Motorauspuffanlage nach den Empfehlungen des Herstellers und guter technischer Praxis. Vor allem Motorleistung und Emissionen dürfen durch den Einbau des Geräts nicht beeinflusst werden.
Die Durchflussmesser müssen die Anforderungen an die Messgenauigkeit gemäß Tabelle3 erfüllen. Luft- und Kraftstoffmessung
Hierzu gehören die Messung des Luftdurchsatzes und des Kraftstoffdurchsatzes mit geeigneten Durchflussmessern. Die Berechnung des momentanen Abgasdurchsatzes wird wie folgt vorgenommen:
GEXHW = GAIRW + GFUEL (für feuchte Abgasmasse)
Die Durchflussmesser müssen die Anforderungen an die Messgenauigkeit gemäß Tabelle 3 und gleichzeitig die Anforderungen an die Messgenauigkeit für den Abgasdurchsatz erfüllen.
Tracergasmessung
Dazu gehört die Messung der Konzentration des Tracergases im Abgase.
Eine bekannte Menge eines Inertgases (z.B. Helium) ist als Tracergas in den Abgasstrom einzuspritzen. Das Gas wird mit dem Abgas vermischt und dadurch verdünnt, darf aber nicht im Auspuffrohr reagieren. Dann wird die Konzentration des Gases in der Abgasprobe gemessen.
Um die vollständige Vermischung des Tracergases sicherzustellen, ist die Abgasprobenahmesonde mindestens 1 m oder um das 30-fache des Durchmessers des Auspuffrohrs (es gilt der höhere Wert) unterhalb der Einspritzstelle des Tracergases anzubringen. Die Probenahmesonde kann näher an der Einspritzstelle angebracht werden, wenn die vollständige Vermischung durch Vergleich der Tracergaskonzentration mit der Bezugskonzentration bei Einspritzung des Tracergases oberhalb des Motors überprüft wird.
Der Tracergasdurchsatz ist so einzustellen, dass die Tracergaskonzentration im Leerlauf des Motors nach der Vermischung unter dem vollen Skalenendwert des Tracergasanalysegeräts liegt.
Die Berechnung des Abgasdurchsatzes wird wie folgt vorgenommen:
In dieser Formel bedeutet:
GEXHW | = | momentaner Abgasmassendurchsatz (kg/s) |
GT | = | Tracergasstrom (cm³/min) |
concmix | = | momentane Konzentration des Tracergases nach Vermischung (ppm) |
pEXH | = | Abgasdichte (kg/m³) |
conca | = | Hintergrundkonzentration des Tracergases in der Ansaugluft (ppm) |
Die Hintergrundkonzentration des Tracergases (conca) kann bestimmt werden, indem die durchschnittliche Hintergrundkonzentration unmittelbar vor und nach dem Prüflauf gemessen wird.
Liegt die Hintergrundkonzentration unter 1 % der Konzentration des Tracergases nach der Vermischung (concmix.) bei höchstem Abgasdurchsatz, kann die Hintergrundkonzentration außer Acht gelassen werden.
Das gesamte System muss die Anforderungen an die Messgenauigkeit beim Abgasstrom erfüllen und ist gemäß Anlage 2 Abschnitt 1.11.2 zu kalibrieren.
Messung von Luftdurchsatz und Luft- Kraftstoff-Verhältnis
Dies erfordert eine Berechnung der Abgasmasse auf der Grundlage des Luftdurchsatzes und des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses. Die Berechnung des momentanen Abgasmassendurchsatzes wird wie folgt vorgenommen:
Dabei ist:
In dieser Formel bedeutet:
A/Fst | = | Stöchiometrisches Luft- Kraftstoff-Verhältnis (kg/kg) |
λ | = | Relatives Luft- Kraftstoff-Verhältnis |
concCO2 | = | CO2- Konzentration im trockenen Bezugszustand(%) |
concCO | = | CO- Konzentration im trockenen Bezugszustand (ppm) |
concHC | = | HC- Konzentration (ppm) |
Anmerkung: Die Berechnung bezieht sich auf einen Dieselkraftstoff mit einem H/C-Verhältnis gleich 1,8.
Der Durchflussmesser muss die Anforderungen an die Messgenauigkeit gemäß Tabelle 3 erfüllen, das verwendete CO2-Analysegerät muss die Anforderungen des Abschnitts 2.3.1 erfüllen und das gesamte System muss den Anforderungen an die Messgenauigkeit für den Abgasdurchsatz genügen.
Wahlweise können zur Messung der Luftüberschusszahl auch Messeinrichtungen für das Luft- Kraftstoff-Verhältnis vom Typ Zirkonsonde eingesetzt werden, die die Anforderungen gemäß Abschnitt 2.3.4 erfüllen.
2.2.4. Durchsatz des verdünnten Abgases
Zur Berechnung der Emissionen des verdünnten Abgases muss der Massendurchsatz des verdünnten Abgases bekannt sein. Der Durchfluss des gesamten verdünnten Abgases über den Zyklus (kg/Prüfung) berechnet sich aus den Messwerten über den Zyklus und den entsprechenden Kalibrierdaten des Durchflussmessgeräts (V0 für PDP, KV für CFV, Cd für SSV) anhand der jeweiligen in Anlage 3 Abschnitt 2.2.1. beschriebenen Verfahren. Überschreitet die Probengesamtmasse der Partikel und gasförmigen Schadstoffe 0,5 % des gesamten CVS-Durchsatzes, so ist der CVS-Durchsatz zu korrigieren oder der Strom der Partikelprobe ist vor der Durchflussmesseinrichtung zum CVS zurückzuführen.
2.3. Bestimmung der gasförmigen Bestandteile
2.3.1. Allgemeine Vorschriften für Analysegeräte
Die Analysegeräte müssen einen Messbereich haben, der den Anforderungen an die Genauigkeit bei der Messung der Konzentrationen der Abgasbestandteile entspricht (Abschnitt 1.4.1.1). Es wird empfohlen, die Analysegeräte so zu bedienen, dass die gemessene Konzentration zwischen 15 % und 100 % des vollen Skalenendwertes liegt.
Liegt der volle Skalenendwert bei 155 ppm (oder ppmC) oder darunter oder werden Ablesesysteme (Computer, Datenerfasser) verwendet, die unterhalb von 15 % des vollen Skalenendwertes eine ausreichende Genauigkeit und Auflösung aufweisen, sind auch Konzentrationen unter 15 % des vollen Skalenendwertes zulässig. In diesem Fall müssen zusätzliche Kalibrierungen vorgenommen werden, um die Genauigkeit der Kalibrierkurven zu gewährleisten (Anhang III Anlage 2 Abschnitt 1.5.5.2).
Die elektromagnetische Verträglichkeit der Geräte muss so hoch sein, das zusätzliche Fehler weitestgehend ausgeschlossen sind.
2.3.1.1. Messfehler
Das Analysegerät darf höchstens um ± 2 % des Ablesewerts vom Nennwert jedes Kalibrierpunktes oder, falls größer, um höchstens ± 0,3 % vom Skalenendwert abweichen.
Anmerkung: Im Sinne dieses Standards wird Messgenauigkeit definiert als die Abweichung des Ablesewerts des Analysegeräts von den Nennwerten der Kalibrierpunkte unter Verwendung eines Kalibriergases (= tatsächlicher Wert).
2.3.1.2. Wiederholbarkeit
Die Wiederholbarkeit, definiert als das 2,5fache der Standardabweichung zehn wiederholter Ansprechreaktionen auf ein bestimmtes Kalibriergas, darf höchstens ± 1 % der vollen Skalenendkonzentration für jeden verwendeten Messbereich über 155 ppm (oder ppmC) oder ± 2 % für jeden verwendeten Messbereich unter 155 ppm (oder ppmC) betragen.
2.3.1.3. Rauschen
Das Peak-to-Peak-Ansprechen der Analysatoren auf Null- und Kalibriergase darf während eines Zeitraums von zehn Sekunden 2 % des vollen Skalenendwertes bei allen verwendeten Bereichen nicht überschreiten.
2.3.1.4. Nullpunktdrift
Die Nullpunktdrift während eines Zeitraums von einer Stunde muss weniger als 2 % des vollen Skalenendwerts beim niedrigsten verwendeten Bereich betragen. Der Nullpunktwert wird definiert als mittleres Ansprechen (einschließlich Rauschen) auf ein Nullgas in einem Zeitabschnitt von 30Sekunden.
2.3.1.5. Messbereichsdrift
Die Messbereichsdrift während eines Zeitraums von einer Stunde muss weniger als 2 % des vollen Skalenendwerts beim niedrigsten verwendeten Bereich betragen. Als Messbereich wird die Differenz zwischen Kalibrierausschlag und Nullpunktwert definiert. Der Messbereichskalibrierausschlag wird definiert als mittlerer Ausschlag (einschließlich Rauschen) auf ein Messbereichskalibriergas in einem Zeitabschnitt von 30Sekunden.
2.3.1.6. Anstiegszeit
Bei einem Abgasanalysesystem für Rohabgas darf die Anstiegszeit des im Messsystem angebrachten Analysegeräts 2,5s nicht überschreiten.
Anmerkung: Allein durch Bewertung der Ansprechzeit des Analysegeräts lässt sich nicht eindeutig bestimmen, ob das gesamte System für die dynamische Prüfung geeignet ist. Massen und insbesondere Totvolumen im System wirken sich nicht nur auf die Beförderungszeit von der Sonde zum Analysegerät, sondern auch auf die Anstiegszeit aus. Auch Beförderungszeiten innerhalb eines Analysegeräts sind als Ansprechzeit des Analysegeräts zu definieren, wie die Konverter oder Wasserabscheider in NOx-Analysegeräten. Die Bestimmung der Gesamtansprechzeit des Systems ist in Anlage 2 Abschnitt 1.11.1 erläutert.
2.3.2. Gastrocknung
Es gelten die gleichen Spezifikationen wie für die NRSC-Prüfung (Abschnitt 1.4.2) wie nachstehend beschrieben.
Das wahlweise zu verwendende Gastrocknungsgerät muss die Konzentration der gemessenen Gase so gering wie möglich beeinflussen. Die Anwendung chemischer Trockner zur Entfernung von Wasser aus der Probe ist nicht zulässig.
2.3.3. Analysegeräte
Es gelten die gleichen Spezifikationen wie für die NRSC-Prüfung (Abschnitt 1.4.3) wie nachstehend beschrieben.
Die zu messenden Gase sind mit den nachfolgend aufgeführten Geräten zu analysieren. Bei nichtlinearen Analysatoren ist die Verwendung von Linearisierungsschaltkreisen zulässig.
2.3.3.1. Kohlenmonoxid-(CO-)Analyse
Der Kohlenmonoxidanalysator muss ein nichtdispersiver Infrarotabsorptionsanalysator (NDIR) sein.
2.3.3.2. Kohlendioxid-(CO2-)Analyse
Der Kohlendioxidanalysator muss ein nichtdispersiver Infrarotabsorptionsanalysator (NDIR) sein.
2.3.3.3. Kohlenwasserstoff-(HC-)Analyse
Der Kohlenwasserstoffanalysator muss ein beheizter Flammenionisationsdetektor (HFID) mit Detektor, Ventilen, Rohrleitungen usw. sein, der so zu beheizen ist, dass die Gastemperatur auf 463 K (190 °C) ± 10 K gehalten wird.
2.3.3.4. Stickoxid-(NOx-)Analyse
Der Stickoxidanalysator muss ein Chemilumineszenzanalysator (CLD) oder beheizter Chemilumineszenzanalysator (HCLD) mit einem NO2/NO- Konverter sein, wenn die Messung im trockenen Bezugszustand erfolgt. Bei Messung im feuchten Bezugszustand ist ein auf über 328 K (55 °C) gehaltener HCLD mit Konverter zu verwenden, vorausgesetzt, die Prüfung auf Wasserdampfquerempfindlichkeit (Anhang III Anlage 2 Abschnitt 1.9.2.2) ist erfüllt.
Sowohl für CLD als auch für HCLD muss der Probenweg bis zum Konverter (bei Messung im trockenen Bezugszustand) bzw. bis zum Analysegerät (bei Messung im feuchten Bezugszustand) auf einer Wandtemperatur von über 328 bis 473 K (55 °C bis 200 °C) gehalten werden.
2.3.4. Messung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses
Bei der zur Bestimmung des Abgasdurchsatzes gemäß Abschnitt 2.2.3. verwendeten Messeinrichtung für das Luft- Kraftstoff-Verhältnis muss es sich um eine Breitband-Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sonde oder eine Zirkon-Lambdasonde handeln.
Die Sonde ist unmittelbar am Auspuffrohr anzubringen, wo die Abgastemperatur so hoch ist, dass keine Wasserkondensation auftritt.
Die Messgenauigkeit der Sonde mit eingebauter Elektronik muss liegen zwischen:
± 3 % des Ablesewerts A < 2
± 5 % des Ablesewerts 2 < λ < 5
± 10 % des Ablesewerts 5 < λ
Um die vorstehend genannte Messgenauigkeit zu erfüllen, ist die Sonde entsprechend den Angaben des Herstellers zu kalibrieren.
2.3.5. Probenahme von Emissionen gasförmiger Schadstoffe
2.3.5.1. Rohabgasdurchsatz
Für die Berechnung der Emissionen im Rohabgas gelten die gleichen Spezifikationen wie für den NRSC-Test (Abschnitt 1.4.4) wie nachstehend beschrieben.
Die Probenahmesonden für gasförmige Emissionen müssen so angebracht sein, dass sie mindestens 0,5m oder um das Dreifache des Durchmessers des Auspuffrohrs (je nachdem, welcher Wert höher ist) oberhalb vom Austritt der Auspuffanlage - soweit zutreffend - entfernt sind und sich so nahe am Motor befinden, dass eine Abgastemperatur von mindestens 343 K (70 °C) an der Sonde gewährleistet ist.
Bei einem Mehrzylindermotor mit einem verzweigten Auspuffkrümmer muss der Einlass der Sonde so weit in Strömungsrichtung entfernt sein, dass die Probe für die durchschnittlichen Abgasemissionen aus allen Zylindern repräsentativ ist. Bei einem Mehrzylindermotor mit einzelnen Gruppen von Auspuffkrümmern, wie z.B. bei einem V-Motor, ist die Entnahme individueller Proben von jeder Gruppe und die Berechnung der durchschnittlichen Abgasemission zulässig. Es können auch andere Methoden angewandt werden, die den obigen Methoden nachweislich entsprechen. Bei der Berechnung der Abgasemissionen ist der gesamte Abgasmassendurchsatz des Motors zugrunde zu legen.
Wird die Zusammensetzung des Abgases durch eine Anlage zur Abgasnachbehandlung beeinflusst, so muss die Abgasprobe bei Prüfungen der Stufe I vor dieser Anlage und bei Prüfungen der Stufe II hinter dieser Anlage entnommen werden.
2.3.5.2. Durchsatz des verdünnten Abgases
Wird ein Vollstrom-Verdünnungssystem verwendet, so gelten die folgenden Spezifikationen.
Das Auspuffrohr zwischen dem Motor und dem Vollstrom-Verdünnungssystem muss den Bestimmungen von Anhang VI entsprechen.
Die Probenahmesonde(n) für gasförmige Emissionen ist/sind im Verdünnungstunnel an einer Stelle, wo Verdünnungsluft und Abgase gut vermischt sind, und nahe der Partikel-Probenahmesonde angebracht sein.
Die Probenahme kann in der Regel auf zwei Arten erfolgen:
Die Hintergrundkonzentrationen werden oberhalb des Verdünnungstunnels in einen Probenahmebeutel geleitet und von der Emissionskonzentration gemäß Anlage 3 Abschnitt 2.2.3 subtrahiert.
2.4. Bestimmung der Partikel
Die Bestimmung der Partikel erfordert ein Verdünnungssystem. Die Verdünnung kann mit einem Teilstrom- oder Vollstrom-Verdünnungssystem erfolgen. Die Durchflussleistung des Verdünnungssystems muss so groß sein, dass keine Wasserkondensation im Verdünnungs- und Probenahmesystem auftritt und dass die Temperatur des verdünnten Abgases unmittelbar oberhalb der Filterhalter zwischen 315 K (42 °C) und 325 K (52 °C) gehalten werden kann. Bei hoher Luftfeuchtigkeit ist es zulässig, die Verdünnungsluft vor Eintritt in das Verdünnungssystem zu entfeuchten. Bei einer Umgebungstemperatur von weniger als 293 K (20 °C) wird ein Vorheizen der Verdünnungsluft über den Temperaturgrenzwert von 303 K (30 °C) hinaus empfohlen. Jedoch darf die Temperatur der Verdünnungsluft vor der Einleitung des Abgases in den Verdünnungstunnel 325 K (52 °C) nicht überschreiten.
Die Partikel-Probenahmesonde muss sich nahe der Probenahmesonde für die gasförmigen Emissionen befinden und die Einrichtung muss den Vorschriften in Abschnitt 2.3.5 entsprechen.
Zur Bestimmung der Partikelmasse werden ein Partikel-Probenahmesystem, Partikel-Probenahmefilter, eine Mikrogramm-Waage und eine Wägekammer mit kontrollierter Temperatur und Luftfeuchtigkeit benötigt.
Spezifikationen für das Teilstrom-Verdünnungssystem
Das Teilstrom-Verdünnungssystem muss so beschaffen sein, dass eine Teilung des Abgasstroms erfolgt, wobei der kleinere Teil mit Luft verdünnt und anschließend zur Partikelmessung verwendet wird. Demzufolge ist eine sehr genaue Bestimmung des Verdünnungsverhältnisses erforderlich. Es können verschiedene Teilungsmethoden verwendet werden, wobei die Art der Teilung wesentlichen Einfluss auf die zu verwendenden Probenahmegeräte und -verfahren hat (Anhang VI Abschnitt 1.2.1.1).
Zur Regelung eines Teilstrom-Verdünnungssystems ist eine schnelle Systemansprechzeit erforderlich. Die Umwandlungszeit des Systems ist nach dem in Anlage 2 Abschnitt 1.11.1 beschriebenen Verfahren zu bestimmen.
Liegt die kombinierte Umwandlungszeit des Abgasdurchflussmesssystems (siehe vorstehender Abschnitt ) und des Teilstromsystems unter 0,3s, so können online- Kontrollsysteme verwendet werden. Überschreitet die Transformationszeit 0,3s muss eine auf einem zuvor aufgezeichneten Prüflauf basierende Look-Ahead-Funktion verwendet werden. In diesem Fall muss die Anstiegszeit s1s und die Verzögerungszeit der Kombination < 10s betragen.
Die Gesamtansprechzeit des Systems ist so zu gestalten, dass eine repräsentative Partikelprobe GSE proportional zum Abgasmassendurchsatz gewährleistet ist. Zur Bestimmung der Proportionalität ist eine Regressionsanalyse GS-GEHW mit einer Datenerfassungsrate von mindestens 5Hz durchzuführen, wobei folgende Kriterien erfüllt sein müssen:
Wahlweise kann eine Vorprüfung durchgeführt werden und der Abgasmassendurchsatzsignalgeber der Vorprüfung kann zur Regelung des Probenstroms in das Partikelsystem verwendet werden (Look-Ahead-Funktion). Ein solches Verfahren ist vorgeschrieben, wenn die Umwandlungszeit des Partikelsystems, t50,P oder/und die Umwandlungszeit des Abgasmassendurchsatzsignalgebers, t50,F > 0,3 s betragen. Eine ordnungsgemäße Regelung des Teilstrom-Verdünnungssystems erzielt man, wenn die Zeitspur von GWpre aus der Vorprüfung, die GSE regelt, um eine Look-Ahead-Zeit von t50,P + t50Fs verschoben wird.
Zur Ermittlung der Korrelation zwischen GSE und GEXHW sind die während der tatsächlichen Prüfung gesammelten Daten zu verwenden, wobei GEXHW um t50,P bezogen auf GSE zeitlich angeglichen wird (kein Einfluss von t50,P auf die zeitliche Angleichung). Das heißt, die Zeitverschiebung zwischen GEXHW und GSE ist die Differenz ihrer Umwandlungszeiten, die gemäß Anlage 2 Abschnitt 2.6. bestimmt wurden.
Bei Teilstrom-Verdünnungssystemen ist die Genauigkeit des Probenstroms GE von besonderer Bedeutung, die zwar nicht direkt gemessen, sondern durch Differenzdruckmessung gestimmt wird:
GSE = GTOTW - GDILW
In diesem Fall ist eine Genauigkeit von ± 2 % für GTOTW und GILW nicht ausreichend, um annehmbare Genauigkeit von GSE sicherzustellen. Wird die Gasströmung d Durch Differenzdruckmessung bestimmt, so darf der Fehler der Differenz höchstens so groß sein, dass die Genauigkeit von GSE innerhalb einer Toleranz von ± 5 % liegt, wobei das Verdünnungsverhältnis weniger als 15 beträgt. Die Berechnung kann durch Bilden der mittleren Quadratwurzel der Fehler jedes Geräts erfolgen.
Annehmbare Genauigkeit von GSE kann mit einer der folgenden Methoden erzielt werden:
2.4.1. Partikel-Probenahmefilter
2.4.1.1. Spezifikation der Filter
Für die Zertifizierungsprüfungen werden fluorkohlenstoffbeschichtete Glasfaserfilter oder Fluorkohlenstoffmembranfilter benötigt. Für besondere Anwendungen können andere Filtermaterialien verwendet werden. Bei allen Filtertypen muss der Abscheidegrad von 0,3µm DOP (Dioctylphthalat) bei einer Anströmgeschwindigkeit des Gases zwischen 35 und 100cm/s mindestens 99 % betragen. Werden Korrelationstests zwischen Prüfstellen oder zwischen einem Hersteller und einer Genehmigungsbehörde durchgeführt, so sind Filter von gleicher Qualität zu verwenden.
2.4.1.2. Filtergröße
Die Partikelfilter müssen einen Mindestdurchmesser von 47mm haben (37mm wirksamer Durchmesser). Filter mit größerem Durchmesser sind zulässig (Abschnitt 2.4.1.5).
2.4.1.3. Haupt- und Nachfilter
Die verdünnten Abgase werden während der Prüffolge durch ein hintereinander angeordnetes Filterpaar (Hauptfilter und Nachfilter) geleitet. Das Nachfilter darf nicht weiter als 100mm hinter dem Hauptfilter liegen und dieses nicht berühren. Die Filter können getrennt oder paarweise - die wirksamen Seiten einander zugekehrt - gewogen werden.
2.4.1.4. Filteranströmgeschwindigkeit
Eine Gasanströmgeschwindigkeit durch den Filter von 35 bis 100cm/s muss erreicht werden. Der Druckabfall darf zwischen Beginn und Ende der Prüfung um nicht mehr als 25kPa zunehmen.
2.4.1.5. Filterbeladung
Die empfohlenen minimalen Filterbeladungen für die gebräuchlichsten Filtergrößen sind der folgenden Tabelle zu entnehmen. Für größere Filter beträgt die minimale Filterbeladung 0,065 mg/1 000mm2 Filterbereich.
Filterdurchmesser (mm) | Empfohlener Durchmesser des wirksamen Filterbereichs (mm) | Empfohlene minimale Filterbeladung (mg) |
47 | 37 | 0,11 |
70 | 60 | 0,25 |
90 | 80 | 0,41 |
110 | 100 | 0,62 |
2.4.2. Spezifikation für die Wägekammer und die Analysenwaage
2.4.2.1. Bedingungen für die Wägekammer
Die Temperatur der Kammer (oder des Raumes), in der (dem) die Partikelfilter konditioniert und gewogen werden, ist während der gesamten Dauer des Konditionierungs- und Wägevorgangs auf 295 K (22 °C) ± 3 K zu halten. Die Luftfeuchtigkeit ist auf einem Taupunkt von 282,5 K (9,5 °C) ± 3 K und auf einer relativen Feuchtigkeit von 45 ± 8 % zu halten.
2.4.2.2. Vergleichsfilterwägung
Die Umgebungsluft der Wägekammer (oder des Wägeraums) muss frei von jeglichen Schmutzstoffen (beispielsweise Staub) könnten ein die Störungen der in Abschnitt 2.4.2.1 dargelegten für den Wägeraum sind zulässig, wenn ihre Dauer 30 Minuten nicht überschreitet. Der Wägeraum soll den vorgeschriebenen Spezifikationen entsprechen, ehe das Personal ihn betritt. Wenigstens zwei unbenutzte Vergleichsfilter oder Vergleichsfilterpaare sind vorzugsweise gleichzeitig mit den Probenahmefiltern zu wägen, höchstens jedoch in einem Abstand von vier Stunden zu diesen. Die Vergleichsfilter müssen dieselbe Größe haben und aus demselben Material bestehen wie die Probenahmefilter.
Wenn sich das Durchschnittsgewicht der Vergleichsfilter(-paare) bei den Wägungen der Probenahmefilter um mehr als 10µg ändert, sind alle Probenahmefilter zu entfernen, und die Abgasemissionsprüfung ist zu wiederholen.
Wenn die unter Abschnitt 2.4.2.1 angegebenen Stabilitätskriterien für den Wägeraum nicht erfüllt sind, aber bei der Wägung des Vergleichsfilters(filterpaares) die obigen Kriterien eingehalten wurden, kann der Hersteller entweder die ermittelten Gewichte der Probenahmefilter anerkennen oder die Prüfungen für unnötig erklären, wobei das Kontrollsystem des Wägeraums zu justieren und die Prüfung zu wiederholen ist.
2.4.2.3. Analysenwaage
Die zur Bestimmung der Gewichte sämtlicher Filter benutzte Analysenwaage muss eine Genauigkeit (Standardabweichung) von 2 µg und eine Auflösung von 1 µg (1 Stelle = 1 µg) haben (nach Angaben des Waagenherstellers).
2.4.2.4. Vermeidung elektrostatischer Reaktionen
Zur Vermeidung elektrostatischer Reaktionen sind die Filter vor dem Wiegen zu neutralisieren, so beispielsweise durch einen Poloniumneutralisator oder ein Gerät mit ähnlicher Wirkung.
2.4.3. Zusatzbestimmungen für die Partikelmessung
Alle mit den Rohabgasen oder verdünnten Abgasen in Berührung kommenden Teile des Verdünnungsystems und des Probenahmesystems vom Auspuffrohr bis zum Filterhalter sind so auszulegen, dass e Ablagerung der Partikel darauf und die Veränderung der Partikel so gering wie möglich gehalten werden. Alle Teile müssen aus elektrisch leitendem Material bestehen, das mit den Bestandteilen der Abgase keine Verbindung eingeht; es muss zur Vermeidung elektrostatischer Reaktionen geerdet sein.
Kalibrierungsverfahren (NRSC, NRTC 1) | Anlage 2 04 |
1 Kalibrierung der Analysegeräte
1.1. Einleitung
Jedes Analysegerät ist so oft wie nötig zu kalibrieren, damit es den in diesem Standard festgelegten Anforderungen an die Genauigkeit entspricht. Das bei den Analysegeräten nach Anlage 1 Abschnitt 1.4.3 anzuwendende Kalibrierverfahren ist in diesem Abschnitt beschrieben.
1.2. Kalibriergase
Die Haltbarkeitsdauer aller Kalibriergase ist zu beachten.
Das vom Hersteller angegebene Verfallsdatum der Kalibriergase ist aufzuzeichnen.
1.2.1 Reine Gase
Die erforderliche Reinheit der Gase ergibt sich aus den untenstehenden Grenzwerten der Verschmutzung. Folgende Gase müssen verfügbar sein:
1.2.2. Kalibriergase
Gasgemische mit folgender chemischer Zusammensetzung müssen verfügbar sein: - C3H8 und gereinigte synthetische Luft (siehe Abschnitt 1.2.1),
Die tatsächliche Konzentration eines Kalibriergases muß innerhalb von ± 2% des Nennwertes liegen. Alle Kalibriergaskonzentrationen sind als Volumenanteil auszudrücken (Volumenprozent oder ppm als Volumenanteil).
Die zur Kalibrierung verwendeten Gase können auch mit Hilfe eines Gasteilers durch Zusatz von gereinigtem NZ oder gereinigter synthetischer Luft gewonnen werden. Die Mischvorrichtung muß so genau sein, daß die Konzentrationen der Kalibriergasgemische mit einer Genauigkeit von ± 2 bestimmt werden können.
Dabei müssen zur Mischung verwendete Primärgase auf mindestens ± 1 % bekannt sein und auf nationale oder internationale Gasnormen rückführbar sind. Die Überprüfung ist bei jeder mithilfe einer Mischvorrichtung vorgenommenen Kalibrierung bei 15 bis 50 % des vollen Skalenendwertes durchzuführen. Eine zusätzliche Überprüfung unter Verwendung eines anderen Kalibriergases kann durchgeführt werden, wenn die erste Überprüfung fehlgeschlagen ist.
Wahlweise kann die Mischvorrichtung mit einem Instrument überprüft werden, das dem Wesen nach linear ist, z.B. unter Verwendung von NO-Gas mit einem CLD. Der Kalibrierwert des Instruments ist mit direkt an das Instrument angeschlossenem Kalibriergas einzustellen. Die Mischvorrichtung ist bei den verwendeten Einstellungen zu überprüfen, und der Nennwert ist mit der gemessenen Konzentration des Instruments zu vergleichen. Die Differenz muss in jedem Punkt innerhalb von ± 1 % des Nennwertes liegen.
Andere Methoden können nach guter technischer Praxis und vorheriger Zustimmung der beteiligten Parteien verwendet werden.
Anmerkung: Zur Erstellung der genauen Kalibrierkurve des Analysegeräts wird ein Präzisionsgasteiler mit einer Genauigkeit von ± 1 % empfohlen. Der Gasteiler ist vom Gerätehersteller zu kalibrieren.
1.3 Anwendung der Analyse- und Probenahmegeräte
Für die Anwendung der Analysegeräte sind die Anweisungen der Gerätehersteller für die Inbetriebnahme und den Betrieb zu beachten. Die in den Abschnitten 1.4 bis 1.9 enthaltenen Mindestanforderungen sind einzuhalten.
1.4. Dichtheitsprüfung
Das System ist einer Dichtheitsprüfung zu unterziehen. Die Sonde ist aus der Abgasanlage zu entfernen, und deren Ende ist zu verschließen. Die Pumpe des Analysegerätes ist einzuschalten. Nach einer vorangegangenen Stabilisierungsphase müssen alle Durchflußmesser Null anzeigen. Ist dies nicht der Fall, so sind die Entnahmeleitungen zu überprüfen, und der Fehler ist zu beheben. Die höchstzulässige Undichtheitsrate auf der Unterdruckseite beträgt 0,5 % des tatsächlichen Durchsatzes für den geprüften Teil des Systems. Die Analysatoren- und Bypass-Durchsätze können zur Schätzung der tatsächlichen Durchsätze verwendet werden.
Eine weitere Methode ist die Schrittänderung der Konzentration am Anfang der Probenahmeleitung durch Umstellung von Null- auf Kalibriergas.
Zeigt der Ablesewert nach einem ausreichend langen Zeitraum eine im Vergleich zur eingeführten Konzentration geringere Konzentration an, so deutet dies auf Probleme mit der Kalibrierung oder Dichtheit hin.
1.5. Kalibrierverfahren
1.5.1. Geräteschrank
Sämtliche Geräte sind zu kalibrieren, und die Kalibrierkurven sind mit Hilfe von Kalibriergasen zu überprüfen. Der Gasdurchsatz muß der gleiche wie bei der Probenentnahme sein.
1.5.2. Aufheizzeit
Die Aufheizzeit richtet sich nach den Empfehlungen des Herstellers. Sind dazu keine Angaben vorhanden, so wird für das Beheizen der Analysegeräte eine Mindestzeit von zwei Stunden empfohlen.
1.5.3 NDIR- und HFID-Analysatoren
Der NDIR-Analysator muß, falls erforderlich, abgestimmt und die Flamme des HFID-Analysators optimiert werden (Abschnitt 1.8.1).
1.5.4. Kalibrierung
Jeder bei normalem Betrieb verwendete Meßbereich ist zu kalibrieren.
Die CO-, CO2-, Nox, CH- und O2-Analysatoren sind unter Verwendung von gereinigter synthetischer Luft (oder Stickstoff) auf Null einzustellen.
Die entsprechenden Kalibriergase sind in die Analysatoren einzuleiten und die Werte aufzuzeichnen, und die Kalibrierkurve ist gemäß Abschnitt 1.5.6 zu ermitteln.
Die Nulleinstellung ist nochmals zu überprüfen und das Kalibrierverfahren erforderlichenfalls zu wiederholen.
1.5.5 Ermittlung der Kalibrierkurve
1.5.5.1. Allgemeine Hinweise
Die Kalibrierkurve des Analysegerätes wird mithilfe von mindestens sechs Kalibrierpunkten (außer Null) ermittelt, die in möglichst gleichen Abständen angeordnet sein sollen. Der Nennwert der höchsten Konzentration darf nicht weniger als 90 % des vollen Skalenendwerts betragen.
Die Kalibrierkurve wird nach der Methode der Fehlerquadrate berechnet. Falls der sich ergebende Grad des Polynoms größer als 3 ist, muß die Zahl der Kalibrierpunkte (einschließlich Null) mindestens gleich diesem Grad plus 2 sein.
Die Kalibrierkurve darf höchstens um ± 2 % vom Nennwert jedes Kalibriergases und höchstens um ± 0,3 % des vollen Skalenendwertes bei Null abweichen.
Anhand der Kalibrierkurve und der Kalibrierpunkte kann festgestellt werden, ob die Kalibrierung richtig durchgeführt wurde. Die verschiedenen Kenndaten des Analysegeräts sind anzugeben, insbesondere
1.5.5.2. Kalibrierung bei weniger als 15 % des vollen Skalenendwerts
Die Kalibrierkurve des Analysegerätes wird mit Hilfe von mindestens zehn Kalibrierpunkten (außer Null) ermittelt, die so angeordnet sein sollen, daß 50% der Kalibrierpunkte bei unter 10% des vollen Skalenendwerts liegen.
Die Kalibrierkurve wird nach der Methode der Fehlerquadrate berechnet.
Die Kalibrierkurve darf vom Nennwert jedes Kalibrierpunktes um höchstens ± 4 % und vom vollen Skalenendwert bei Null um höchstens ± 0,3 % abweichen.
1.5.5.3. Andere Methoden
Wenn nachgewiesen werden kann, daß sich mit anderen Methoden (z.B. Computer, elektronisch gesteuerter Meßbereichsschalter) die gleiche Genauigkeit erreichen läßt, so dürfen auch diese angewendet werden.
1.6 Überprüfung der Kalibrierung
Jeder bei normalem Betrieb verwendete Meßbereich ist vor jeder Analyse wie folgt zu überprüfen:
Die Kalibrierung wird unter Verwendung eines Nullgases und eines Meßbereichskalibriergases überprüft, dessen Nennwert mehr als 80 % des vollen Skalenendwerts des Meßbereichs beträgt. Weicht bei den beiden untersuchten Punkten der ermittelte Wert um höchstens ±4% des vollen Skalenendwerts vom angegebenen Bezugswert ab, so können die Einstellparameter geändert werden. Sollte dies nicht der Fall sein, so ist eine neue Kalibrierkurve nach Abschnitt 1.5.4 zu ermitteln.
1.7 Prüfung der Wirksamkeit des NOx - Konverters
Der Wirkungsgrad des Konverters, der zur Umwandlung von NO2 in NO verwendet wird, wird wie in den Abschnitten 1.7.1 bis 1.7.8 (Abbildung 1) angegeben bestimmt.
1.7.1. Prüfanordnung
Der Wirkungsgrad des Konverters kann mit Hilfe eines Ozongenerators entsprechend der in Abbildung 1 (siehe auch Anlage 1 Abschnitt 1.4.3.5) dargestellten Prüfanordnung nach folgendem Verfahren bestimmt werden.
Abbildung 1 Schematische Darstellung des Gerätes zur Bestimmung des Wirkungsgrades des NO2-Konverters
1.7.2. Kalibrierung
Der CLD und der HCLD sind in dem am meisten verwendeten Meßbereich nach den Angaben des Herstellers unter Verwendung von Null- und Kalibriergas (dessen NO-Gehalt ungefähr 80 % des vollen Skalenendwerts entsprechen muß; die NO2-Konzentration des Gasgemischs muß weniger als 5 % der NO-Konzentration betragen) zu kalibrieren. Der NOx -Analysator muß auf den NO-Betriebszustand eingestellt sein, so daß das Kalibriergas nicht durch den Konverter strömt. Die angezeigte Konzentration ist aufzuzeichnen.
1.7.3. Berechnung
Der Wirkungsgrad des NOx-Konverters wird wie folgt berechnet:
1.7.4 Zusatz von Sauerstoff
Über ein T-Verbindungsstück wird dem durchströmenden Gas kontinuierlich Sauerstoff oder Nulluft zugesetzt, bis die angezeigte Konzentration ungefähr 20% niedriger als die angezeigte Kalibrierkonzentration nach Abschnitt 1.7.2 ist. (Der Analysator befindet sich im NO-Betriebszustand.)
Die angezeigte Konzentration (c) ist aufzuzeichnen. Der Ozonisator bleibt während des gesamten Vorgangs ausgeschaltet.
1.7.5 Einschalten des Ozongenerators
Anschließend wird der Ozongenerator eingeschaltet, um so viel Ozon zu erzeugen, daß die NO-Konzentration auf 20 % (Mindestwert 10 %) der Kalibrierkonzentration nach Abschnitt 1.7.2 zurückgeht. Die angezeigte Konzentration (d) ist aufzuzeichnen. (Der Analysator befindet sich im NO-Betriebszustand.)
1.7.6 NOx -Betriebszustand
Der NO-Analysator wird dann auf den NOx -Betriebszustand umgeschaltet, wodurch das Gasgemisch (bestehend aus NO, NO2, O2 und N2) nun durch den Konverter strömt. Die angezeigte Konzentration (a) ist aufzuzeichnen. (Der Analysator befindet sich im NOx -Betriebszustand.)
1.7.7 Ausschalten des Ozonisators
Danach wird der Ozonisator ausgeschaltet. Das Gasgemisch nach Abschnitt 1.7.6 strömt durch den Konverter in den Meßteil. Die angezeigte Konzentration (b) ist aufzuzeichnen. (Der Analysator befindet sich im NOx -Betriebszustand.)
1.7.8. NO-Betriebszustand
Wird bei abgeschaltetem Ozongenerator auf den NO-Betriebszustand umgeschaltet, so wird auch der Zustrom von Sauerstoff oder synthetischer Luft abgesperrt. Der am Analysegerät angezeigte NOx -Wert darf dann von dem nach Abschnitt 1.7.2 gemessenen Wert um höchstens ± 5 abweichen. (Der Analysator befindet sich im NO-Betriebszustand.)
1.7.9. Prüfabstände
Der Wirkungsgrad des Konverters ist vor jeder Kalibrierung des NOx -Analysators zu bestimmen.
1.7.10. Vorgeschriebener Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad des Konverters darf nicht geringer als 90 % sein, doch ein höherer Wirkungsgrad von 95 % wird ausdrücklich empfohlen.
Anmerkung. Kann der Ozongenerator bei Einstellung des Analysators auf den am meisten verwendeten Meßbereich keinen Rückgang von 80% auf 20% gemäß Abschnitt 1.7.5 bewirken, so ist der größte Bereich zu verwenden, mit dem der Rückgang bewirkt werden kann.
1.8 Einstellung des FID
1.8.1 Optimierung des Ansprechverhaltens des Detektors
Der HFID ist nach den Angaben des Geräteherstellers einzustellen. Um das Ansprechverhalten zu optimieren, ist in dem am meisten verwendeten Betriebsbereich ein Kalibriergas aus Propan in Luft zu verwenden.
Bei einer Einstellung des Kraftstoff- und Luftdurchsatzes, die den Empfehlungen des Herstellers entspricht, ist ein Kalibriergas von 350 ±75 ppm C in den Analysator einzuleiten. Das Ansprechverhalten bei einem bestimmten Kraftstoffdurchsatz ist anhand der Differenz zwischen dem Kalibriergas-Ansprechen und dem Nullgas-Ansprechen zu ermitteln. Der Kraftstoffdurchsatz ist um ein Geringes ober- und unterhalb der Herstellerangabe einzustellen. Die Differenz zwischen dem Ansprechverhalten des Kalibrier- und des Nullgases bei diesen Kraftstoffdurchsätzen ist aufzuzeichnen. Die Differenz zwischen dem Kalibrier- und dem Nullgas-Ansprechen ist in Kurvenform aufzutragen und der Kraftstoffdurchsatz auf die fette Seite der Kurve einzustellen.
1.8.2 Ansprechfaktoren bei Kohlenwasserstoffen
Der Analysator ist unter Verwendung von Propan in Luft und gereinigter synthetischer Luft entsprechend Abschnitt 1.5 zu kalibrieren.
Die Ansprechfaktoren sind bei Inbetriebnahme eines Analysegerätes und später nach wesentlichen Wartungsterminen zu bestimmen. Der Ansprechfaktor (Rf) für einen bestimmten Kohlenwasserstoff ist das Verhältnis des am EID angezeigten C1-Wertes zur Konzentration in der Gasflasche, ausgedrückt in ppm C1.
Die Konzentration des Prüfgases muß so hoch sein, daß ungefähr 80 % des vollen Skalenendwerts angezeigt werden. Die Konzentration muß mit einer Genauigkeit von ± 2 %, bezogen auf einen gravimetrischen Normwert, ausgedrückt als Volumen, bekannt sein. Außerdem muß die Gasflasche 24 Stunden lang bei 298 K (25 °C) ±5 K konditioniert werden.
Die zu verwendenden Prüfgase und die empfohlenen Ansprechfaktoren sind bei
| 1,00 < Rf < 1,15 |
| 0,90 < Rf < 1,1 |
| 0,90 < Rf < 1,10 |
Diese Werte sind bezogen auf einen Ansprechfaktor (Rf) von 1,00 für Propan und gereinigte synthetische Luft.
1.8.3 Prüfung der Sauerstoffquerempfindlichkeit
Die Prüfung der Sauerstoffquerempfindlichkeit ist bei Inbetriebnahme eines Analysegeräts und nach wesentlichen Wartungsterminen vorzunehmen.
Es ist ein Bereich zu wählen, in dem die Prüfgase für die Sauerstoffquerempfindlichkeit in die oberen 50 % fallen. Die Prüfung ist bei der wie erforderlich eingestellten Ofentemperatur durchzuführen.
1.8.3.1. Prüfgase für die Sauerstoffquerempfindlichkeit
Die Prüfgase für die Sauerstoffquerempfindlichkeit müssen Propan mit 350 ppmC ÷ 75 ppmC Kohlenwasserstoff enthalten. Der Konzentrationswert ist unter Berücksichtigung der Kalibriergastoleranzen durch chromatographische Analyse der Kohlenwasserstoffe insgesamt mit Unreinheiten oder durch dynamisches Mischen zu bestimmen. Stickstoff muss der vorherrschende Verdünner mit dem Restsauerstoff sein. Für die Prüfung von Dieselmotoren sind folgende Mischungen erforderlich:
O2- Konzentration | Rest |
21 (20 bis 22) | Stickstoff |
10 (9 bis 11) | Stickstoff |
5 (4 bis 6) | Stickstoff |
1.8.3.2. Verfahren
(B - C) | ||
O2I |
| x 100 |
B |
A = Kohlenwasserstoffkonzentration ( ppmC) des in Buchstabe b) verwendeten Kalibriergases
B = Kohlenwasserstoffkonzentration ( ppmC) der in Punkt d) dieses Abschnitts verwendeten Prüfgase für die Sauerstoffquerempfindlichkeit
C = Ansprechen des Analysators
( ppmC) = A/D
D = Prozent des vollen Skalenendwertes des Ansprechens des Analysators aufgrund von A
1.9 Querempfindlichkeiten bei NDIR- und CLD-Analysatoren
Die Gase, die neben dem zu analysierenden Gas im Abgas enthalten sind, können den Ablesewert auf verschiedene Weise beeinflussen. Eine positive Querempfindlichkeit ergibt sich bei NDIR-Geräten, wenn das beeinträchtigende Gas dieselbe Wirkung zeigt wie das gemessene Gas, jedoch in geringerem Maße. Eine negative Querempfindlichkeit ergibt sich bei NDIR-Geräten, indem das beeinträchtigende Gas die Absorptionsbande des gemessenen Gases verbreitert, und bei CLD-Geräten, indem das beeinträchtigende Gas die Strahlung unterdrückt. Die Prüfungen der Querempfindlichkeit nach den Abschnitten 1.9.1 und 1.9.2 sind vor der Inbetriebnahme des Analysators und nach wesentlichen Wartungsterminen durchzuführen.
1.9.1 Kontrolle der Querempfindlichkeit des CO-Analysators
Wasser und CO2 können die Leistung des CO-Analysators beeinflussen. Daher läßt man ein bei der Prüfung verwendetes CO2-Kalibriergas mit einer Konzentration von 80 bis 100% des vollen Skalenendwertes des bei der Prüfung verwendeten maximalen Betriebsbereichs bei Raumtemperatur durch Wasser perlen, wobei das Ansprechverhalten des Analysators aufzuzeichnen ist. Das Ansprechverhalten des Analysators darf bei Bereichen ab 300 ppm höchstens 1 % des vollen Skalenendwertes und bei Bereichen unter 300 ppm höchstens 3 ppm betragen.
1.9.2 Kontrollen der Querempfindlichkeit bei NOx -Analysator
Zwei Gase, die bei CLD- (und HCLD-) Analysatoren besonderer Berücksichtigung bedürfen, sind CO2 und Wasserdampf. Die Querempfindlichkeit dieser Gase ist ihren Konzentrationen proportional und erfordert daher Prüftechniken zur Bestimmung der Querempfindlichkeit bei den während der Prüfung erwarteten Höchstkonzentrationen.
1.9.2.1. Kontrolle der CO2-Querempfindlichkeit
Ein CO2-Kalibriergas mit einer Konzentration von 80 bis 100% des vollen Skalenendwertes des maximalen Meßbereichs ist durch den NDIR-Analysator zu leiten und der CO2-Wert als A aufzuzeichnen. Danach ist das Gas zu etwa 50% mit NO-Kalibriergas zu verdünnen und durch den NDIR und den (H) CLD zu leiten, wobei der CO2-Wert und der NO-Wert als B bzw. C aufzuzeichnen sind. Das CO2 ist abzusperren und nur das NO-Kalibriergas durch den (H)CLD zu leiten, und der NO-Wert ist als D aufzuzeichnen.
Die Querempfindlichkeit wird wie folgt berechnet:
und darf nicht größer als 3 % des vollen Skalenendwertes sein. Hierbei bedeuten:
A: die mit dem NDIR gemessene Konzentration des unverdünnten CO2 in
B: die mit dem NDIR gemessene Konzentration des verdünnten CO2 in
C: die mit dem CLD gemessene Konzentration des verdünnten NO in ppm
D: die mit dem CLD gemessene Konzentration des unverdünnten NO in ppm
1.9.2.2. Kontrolle der Wasserdampf-Querempfindlichkeit
Diese Überprüfung gilt nur für Konzentrationsmessungen des feuchten Gases. Bei der Berechnung der Wasserdampf-Querempfindlichkeit ist die Verdünnung des NO- Kalibriergases mit Wasserdampf und die Skalierung der Wasserdampfkonzentration des Gemischs im Vergleich zu der während der Prüfung erwarteten Konzentration zu berücksichtigen. Ein NO- Kalibriergas mit einer Konzentration von 80 bis 100 % des vollen Skalenendwertes des normalen Betriebsbereichs ist durch den (H) CLD zu leiten und der NO-Wert als D aufzuzeichnen. Das NO-Gas muss bei Raumtemperatur durch Wasserperlen und durch den (H) CLD geleitet werden, und der NO-Wert ist als C aufzuzeichnen. Die Wassertemperatur ist zu bestimmen und als F aufzuzeichnen. Der Sättigungsdampfdruck des Gemischs, der der Temperatur des Wassers in der Waschflasche (F) entspricht, ist zu bestimmen und als G aufzuzeichnen. Die Wasserdampfkonzentration (in %) des Gemischs ist wie folgt zu berechnen:
und als H aufzuzeichnen. Die erwartete Konzentration des verdünnten NO-Kalibriergases (in Wasserdampf) ist wie folgt zu berechnen:
und als De aufzuzeichnen. Bei Dieselabgasen ist die maximale bei der Prüfung erwartete Wasserdampfkonzentration im Abgas (in %) anhand der Konzentration des unverdünnten CO2- Kalibriergases (A, wie nach Abschnitt 1.9.2.1 gemessen)- ausgehend von einem Atomverhältnis H/C des Kraftstoffs von 1,8 zu 1 - wie folgt zu schätzen:
Hm = 0,9 × A
und als Hm aufzuzeichnen.
Die Wasserdampf-Querempfindlichkeit ist wie folgt zu berechnen:
% H2O Querempfindlichkeit = |
und darf nicht mehr als 3 % des Realwerts betragen.
De: | erwartete Konzentration des verdünnten NO (ppm) |
C: | Konzentration des verdünnten NO (ppm) |
Hm: | maximale Wasserdampfkonzentration (%) |
H: | tatsächliche Wasserdampfkonzentration (%) |
weiter . |