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1.10.3. Querempfindlichkeit des O₂-Analysators

Die Empfindlichkeit eines PMD-Analysators gegenüber anderen Gasen als Sauerstoff ist vergleichsweise gering.

Die sauerstoffäquivalenten Anzeigen üblicher Abgasbestandteile sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1 - Sauerstoffäquivalente Anzeigen

Für Messungen hoher Genauigkeit muss die gemessene Sauerstoffkonzentration nach folgender Gleichung korrigiert werden:

Querempfindlichkeit = (Äquivalent % O₂ x gemessene Konzentration) / 100

1.11. Abstände zwischen den Kalibrierungen

Die Analysegeräte sind mindestens alle drei Monate sowie nach jeder Reparatur oder Veränderung des Systems, die die Kalibrierung beeinflussen könnte, entsprechend Abschnitt 1.5 zu kalibrieren.

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1. Auswertung der Messwerte und Berechnungen

1.1. Auswertung der Messwerte bei gasförmigen Emissionen

Zur Bewertung der Emissionen gasförmiger Schadstoffe ist der Durchschnittswert aus den Aufzeichnungen der letzten 120 Sekunden jeder Prüfphase zu bilden, und die mittleren Konzentrationen (conc) von HC, CO, NO_x, und CO₂ während jeder Prüfphase sind aus den Durchschnittswerten der Aufzeichnungen und den entsprechenden Kalibrierdaten zu bestimmen. Es kann eine andere Art der Aufzeichnung angewandt werden, wenn diese eine gleichwertige Datenerfassung gewährleistet.

Die durchschnittliche Hintergrundkonzentration (conc) kann anhand der Beutelablesewerte der Verdünnungsluft oder anhand der fortlaufenden (ohne Beutel vorgenommenen) Hintergrundmessung und der entsprechenden Kalibrierdaten bestimmt werden.

1.2. Berechnung der gasförmigen Emissionen

Die in das Prüfprotokoll aufzunehmenden Prüfergebnisse werden in folgenden Schritten ermittelt.

1.2.1. Umrechnung vom trockenen in den feuchten Bezugszustand

Die gemessene Konzentration ist in einen Wert für den feuchten Bezugszustand umzurechnen, falls die Messung nicht schon für den feuchten Bezugszustand vorgenommen worden ist:

conc (feucht) = k_w x conc (trocken)

Für das Rohabgas gilt:

Dabei ist a das Verhältnis Wasserstoff/Kohlenstoff im Kraftstoff.

Die H₂-Konzentration im Abgas ist zu berechnen:

Der Faktor kw_w2 ist zu berechnen:

Dabei ist H_a die absolute Feuchtigkeit der Ansaugluft in g Wasser je kg Trockenluft.

Für das verdünnte Abgas gilt:

Für die Messung des feuchten CO₂:

Oder für die Messung des trockenen CO₂:

Dabei ist a das Verhältnis Wasserstoff/Kohlenstoff im Kraftstoff. Der Faktor kw1 ist nach folgenden Gleichungen zu berechnen:

Hierbei bedeuten:

H_d absolute Feuchte der Verdünnungsluft, g Wasser je kg trockener Luft

H_a absolute Feuchte der Ansaugluft, g Wasser je kg trockener Luft 13,4

Für die Verdünnungsluft gilt:

k_w,d = 1 - k_w1

Der Faktor k_w1 ist nach folgenden Gleichungen zu berechnen:

Hierbei bedeuten:

H_d absolute Feuchte der Verdünnungsluft, g Wasser je kg trockener Luft

H_a absolute Feuchte der Ansaugluft, g Wasser je kg trockener Luft

Für die Ansaugluft (wenn anders als die Verdünnungsluft) gilt:

k_w,a = 1 - k_w2

Der Faktor k_w2 ist nach folgenden Gleichungen zu berechnen:

Dabei ist H_a die absolute Feuchte der Ansaugluft in g Wasser je kg trockener Luft.

1.2.2. Feuchtigkeitskorrektur bei NO_x

Da die NO_x Emission von den Bedingungen der Umgebungsluft abhängig ist, ist die NO_x Konzentration zur Berücksichtigung der Feuchtigkeit mit dem Faktor K_H zu multiplizieren:

K_H = 0,6272 + 44,030 x 10^-3 x H_a - 0,862 x 10^-3 x H₂ (Viertaktmotoren)

K_H = 1 (Zweitaktmotoren)

Dabei ist Ha die absolute Feuchte der Ansaugluft in g Wasser je kg trockener Luft.

1.2.3. Berechnung der Emissionsmassendurchsätze

Die Massendurchsätze der Emissionen Gas_mass [g/h] für jede Prüfphase sind wie folgt zu berechnen.

1. Für das Rohabgas gilt ¹:

   	MWGas		1
   Gasmass =		x		x % conc x GFUEL x 1.000
   	MWFUEL		{ (% CO2 [feucht] - % CO2AIR) + % CO2 [feucht] + % HC [feucht]

   Hierbei sind:

   G_FUEL [kg/h] der Kraftstoffmassendurchsatz;

   MW_Gas [kg/kmol] das in Tabelle 1 aufgeführte Molekulargewicht des jeweiligen Gases;

   Tabelle 1 - Molekulargewicht

   Gas	MWGas [kg/kmol]
   NOx	46,01
   CO	28,01
   HC	MWHC = MWFUEL
   CO2	44,01

   • MW_FUEL = 12,011 + α x 1,00794 + β x 15,9994 [kg/kmol] ist das Molekulargewicht des Kraftstoffs mit α Wasserstoff-Kohlenstoff-Verhältnis und β Sauerstoff-Kohlenstoff-Verhältnis des Kraftstoffs ²;

     CO_2AIR ist die CO₂-Konzentration in der Ansaugluft (angesetzt mit 0,04 %, wenn nicht gemessen).
     

2. Für das verdünnte Abgas gilt ³:

   Gas_mass = u x conc_c x G_TOTW

   Hierbei bedeuten:

   • G_TOTW [kg/h] der Massendurchsatz des verdünnten Abgases auf feuchter Bezugsbasis, der bei Verwendung eines Vollstromverdünnungssystems gemäß Anhang III Anlage 1 Abschnitt 1.2.4 zu bestimmen ist;
   • conc_c die hintergrundkorrigierte Konzentration:

   conc_c = conc - conc_d x (1 - 1 / DF)
   
   mit

   	13,4
   DF =
   	% concCO2 + (ppm concCO + ppm concHC) x 10-4

   Der Koeffizient u ist in Tabelle 2 aufgeführt.

   Tabelle 2 - Werte des Koeffizienten u

   Gas	u	conc
   NOx	0,001587	ppm
   CO	0,000966	ppm
   HC	0,000479	ppm
   CO2	15,19	%

   Die Werte des Koeffizienten u basieren auf einem Molekulargewicht des verdünnten Abgases gleich 29 [kg/kmol]; der Wert von u für HC basiert auf einem mittleren Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnis von 1:1,85.

1.2.4. Berechnung der spezifischen Emissionen

Die spezifische Emission (g/kWh) ist für alle einzelnen Bestandteile zu berechnen:

Dabei ist P_i = P_M,i + P_AE,i

Sind für die Prüfung Hilfseinrichtungen wie z.B. Lüfter oder Gebläse angebaut, so ist die aufgenommene Leistung zu den Ergebnissen hinzuzuaddieren, sofern es sich bei diesen Hilfseinrichtungen nicht um einen integralen Bestandteil des Motors handelt. Die Lüfter- bzw. Gebläseleistung ist bei den für die Prüfung verwendeten Drehzahlen entweder durch Berechnung aus Standardkenndaten oder durch praktische Prüfungen zu bestimmen (Anhang VII Anlage 3).

Die in der obigen Berechnung verwendeten Wichtungsfaktoren und die Anzahl der Prüfphasen (n) entsprechen Anhang IV Abschnitt 3.5.1.1.

2. Beispiele

2.1. Daten für unverdünnte Abgas aus einem Viertakt-Fremdzündungsmotor

Mit Bezug auf die Versuchsdaten (Tabelle 3) werden die Berechnungen zunächst für Prüfphase 1 durchgeführt und anschließend unter Anwendung des gleichen Verfahrens auf die anderen Prüfphasen erweitert.

Tabelle 3 - Versuchsdaten eines Viertakt-Fremdzündungsmotors

2.1.1. Trocken-/Feucht-Korrekturfaktor kW

Für die Konvertierung von CO und CO₂-Trockenmessungen auf feuchte Bezugsgrundlage ist der Trocken-Feucht-Korrekturfaktor k_a, zu berechnen:

Dabei ist:

und

CO [feucht] = CO [trocken] x k_w = 60.995 x 0,872 = 53.198 ppm

CO₂ [feucht] = CO₂ [trocken] x k_w = 11,410 x 0,872 = 9,951 % Vol.

Tabelle 4 - Feuchtwerte CO und CO₂ in den verschiedenen Prüfphasen

2.1.2. HC-Emissionen

Dabei ist:

MW_HC = MW_FUEL

MW_FUEL = 12,011 + α x 1,00794 = 13,876

Tabelle 5 - HC-Emissionen [geh] in den verschiedenen Prüfphasen

2.1.3. NO_x-Emissionen

Zunächst ist der Feuchtigkeitskorrekturfaktor K_H der NO_x Emissionen zu berechnen:

K_H = 0,6272 + 44,030 x 10^-3 x H_a - 0,862 x 10^-3 x H_a²

K_H = 0,6272 + 44,030 x 10^-3 x 5,696 - 0,862 x 10^-3 x (5,696)² = 0,850

Tabelle 6 - Feuchtigkeitskorrekturfaktor KH der NO_x-Emissionen in den verschiedenen Prüfphasen

Anschließend ist NO_xmass, [g/h] zu berechnen:

Tabelle 7 - NO_x-Emissionen [geh] in den verschiedenen Prüfphasen

2.1.4 CO-Emissionen

Tabelle 8 - CO-Emissionen [geh] in den verschiedenen Prüfphasen

2.1.5. CO₂-Emissionen

Tabelle 9 - CO₂-Emissionen [geh] in den verschiedenen Prüfphasen

2.1.6. Spezifische Emissionen

Die spezifische Emission (g/kWh) ist für alle einzelnen Bestandteile zu berechnen:

Tabelle 10 - Emissionen [geh] und Wichtungsfaktoren in den einzelnen Prüfphasen

2.2. Daten für unverdünntes Abgas aus einem Zweitakt-Fremdzündungsmotor

Mit Bezug auf die Versuchsdaten (Tabelle 11) werden die Berechnungen zunächst für Prüfphase 1 durchgeführt und anschließend unter Anwendung des gleichen Verfahrens auf die anderen Prüfphasen erweitert.

Tabelle 11 -Versuchsdaten eines Zweitakt-Fremdzündungsmotors

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