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2.2.1. Trocken-/Feucht-Korrekturfaktor kW
Für die Konvertierung von CO und CO2-Trockenmessungen auf feuchte Bezugsgrundlage ist der Trocken-Feucht-Korrekturfaktor kw zu berechnen:
1 | |
kw = kw,r = | |
1 + α x 0,005 x (% CO [trocken] + % CO2 [trocken]) - 0,01 x % H2 [trocken] + kw2 |
Dabei ist:
0,5 x α x % CO [trocken] x CO [trocken] + % CO2[trocken]) | |
H2 [trocken] = | |
% CO [trocken] + (3 x % CO2 [trocken]) |
0,5 x 1,85 x 3,7086 x (3,7086 + 11,986) | ||
H2 [trocken] = | = 1,357 % | |
3,7086 + (3 x 11,986) |
1,608 x Ha | |
kw2 = | |
1.000 + (1,608 x Ha) |
1,608 x 7,742 | ||
kw2 = | = 0,012 | |
1.000 + (1,608 x 7,742) |
1 | ||
kw = kw,r= | = 0,874 | |
1 + 1,85 x 0,005 x (3,7086 + 11,986) - 0,01 x 1,357 + 0,012 |
CO [feucht] = CO [trocken] x kw = 37.086 x 0,874 = 32.420 ppm
CO2 [feucht] = CO2 [trocken] x kw = 11,986 x 0,874 = 10,478 % Vol.
Tabelle 12 - Feuchtwerte CO und CO2 in den verschiedenen Prüfphasen
Prüfphase | 1 | 2 | |
H2trocken | % | 1,357 | 0,543 |
kw2 | - | 0,012 | 0,012 |
kw | - | 0,874 | 0,887 |
CO feucht | ppm | 32 420 | 14 325 |
CO2 feucht | % | 10,478 | 10,153 |
2.2.2. HC-Emissionen
MWHC | 1 | |||
HCmass= | x | x % conc x GFUEL x 1.000 | ||
MWFUEL | { (% CO2[feucht]- % CO2AIR) + % CO [feucht] + % HC [feucht]} |
Dabei ist:
MWHC = MWFUEL
MWFUEL = 12,011 +ax 1,00794 = 13,876
13,876 | 1 | |||
HCmass= | x | x 1,422 x 1,195 x 1.000 = 112,520 g/ h | ||
13,876 | (10,478 - 0,04 + 3,2420 + 1,422) |
Tabelle 13 - HC-Emissionen [geh] in den verschiedenen Prüfphasen
Prüfphase | 1 | 2 |
HCmass | 112,520 | 9,119 |
2.2.3. NOx-Emissionen
Der Faktor KHfür die Korrektur der NOx Emissionen ist für Zweitaktmotoren gleich 1:
MWNOx | 1 | |||
NOxmass= | x | x % conc x KH GFUEL x 1.000 | ||
MWFUEL | { (% CO2[feucht]- % CO2AIR) + % CO [feucht] + % HC [feucht]} |
46,01 | 1 | |||
NOxmass= | x | x 0,0183 x 1 x 1,195 x 1.000 = 4,800 g/h | ||
13,876 | (10,478 - 0,04 + 3,2420 + 1,422) |
Tabelle 14 - NOx Emissionen [geh] in den verschiedenen Prüfphasen
Prüfphase | 1 | 2 |
NOxmass | 4,800 | 0,034 |
2.2.4. CO-Emissionen
MWCO | 1 | |||
COmass= | x | x % conc x GFUEL x 1.000 | ||
MWFUEL | { (% CO2[feucht]- % CO2AIR) + % CO [feucht] + % HC [feucht]} |
28,01 | 1 | |||
COmass= | x | x 3,2420 x 1,195 x 1.000 = 517,851 g/h | ||
13,876 | (10,478 - 0,04 + 3,2420 + 1,422) |
Tabelle 15 - CO-Emissionen [geh] in den verschiedenen Prüfphasen
Prüfphase | 1 | 2 |
CO2mass | 517,851 | 20,007 |
2.2.5. CO2-Emissionen
MWCO2 | 1 | |||
CO2mass= | x | x % conc x GFUEL x 1.000 | ||
MWFUEL | { (% CO2[feucht]- % CO2AIR) + % CO [feucht] + % HC [feucht]} |
44,01 | 1 | |||
CO2mass= | x | x 10,478 x 1,195 x 1.000 = 2.629,658 g/h | ||
13,876 | (10,478 - 0,04 + 3,2420 + 1,422) |
Tabelle 16 - CO2-Emissionen [g/h] in den verschiedenen Prüfphasen
Prüfphase | 1 | 2 |
CO2mass | 2 629,658 | 222,799 |
2.2.6. Spezifische Emissionen
Die spezifische Emission (g/kWh) ist für alle einzelnen Bestandteile wie folgt zu berechnen:
Tabelle 17 - Emissionen [geh] und Wichtungsfaktoren in zwei Prüfphasen
Prüfphase | 1 | 2 | |
HCmass | g/h | 112,520 | 9,119 |
NOxmass | g/h | 4,800 | 0,034 |
COmass | g/h | 517,851 | 20,007 |
CO2mass | g/h | 2 629,658 | 222,799 |
Leistung PII | kW | 2,31 | 0 |
Wichtungsfaktoren WFi | - | 0,85 | 0,15 |
112,52 x 0,85 + 9,119 x 0,15 | ||
HC = | = 49,4 g/kWh | |
2,31 x 0,85 + 0 x 0,15 |
4,800 x 0,85 + 0,034 x 0,15 | ||
NOx = | = 2,08 g/kWh | |
2,31 x 0,85 + 0 x 0,15 |
517,851 x 0,085 + 20,007 x 0,15 | ||
CO = | = 225,71 g/kWh | |
2,31 x 0,85 + 0 x 0,15 |
2.629,658 x 0,85 + 222,799 x 0,15 | ||
CO2 = | = 1.155,4 g/kWh | |
2,31 x 0,85 + 0 x 0,15 |
2.3. Daten für verdünntes Abgas aus einem Viertakt-Fremdzündungsmotor
Mit Bezug auf die Versuchsdaten (Tabelle 18) werden die Berechnungen zunächst für Prüfphase 1 durchgeführt und anschließend unter Anwendung des gleichen Verfahrens auf die anderen Prüfphasen erweitert.
Tabelle 18 - Versuchsdaten eines Viertakt-Fremdziündungsmotors
Prüfphase | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
Motordrehzahl | min-1 | 3.060 | 3.060 | 3.060 | 3.060 | 3.060 | 2.100 |
Leistung | kW | 13,15 | 9,81 | 6,52 | 3,25 | 1,28 | 0 |
Teillastverhältnis | % | 100 | 75 | 50 | 25 | 10 | 0 |
Wichtungsfaktoren | - | -
0,090 |
0,200 | 0,290 | 0,300 | 0,070 | 0,050 |
Barometrischer Druck | kPa | 980 | 980 | 980 | 980 | 980 | 980 |
Ansauglufttemperatur1 | °C | 25,3 | 25,1 | 24,5 | 23,7 | 23,5 | 22,6 |
Relative Luftfeuchtigkeit der Ansaugluft | % | 19,8 | 19,8 | 20,6 | 21,5 | 21,9 | 23,2 |
Absolute Luftfeuchtigkeit der Ansaugluft | 9H20/kgair | 4,08 | 4,03 | 4,05 | 4,03 | 4,05 | 4,06 |
CO trocken | ppm | 3.681 | 3.465 | 2.541 | 2.365 | 3.086 | 1.817 |
NOx feucht | ppm | 85,4 | 49,2 | 24,3 | 5,8 | 2,9 | 1,2 |
HC feucht | ppm C1 | 91 | 92 | 77 | 78 | 119 | 186 |
CO2 trocken | % Vol. | 1,038 | 0,814 | 0,649 | 0,457 | 0,330 | 0,208 |
CO trocken (Hintergrund) | ppm | 3 | 3 | 3 | 2 | 2 | 3 |
NOx feucht (Hintergrund) | ppm | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
HC feucht (Hintergrund) | ppm C1 | 6 | 6 | 5 | 6 | 6 | 4 |
CO2 trocken (Hintergrund) | % Vol. | 0,042 | 0,041 | 0,041 | 0,040 | 0,040 | 0,040 |
Massendurchsatz des verdünnten Abgases GTOTW | kg/h | 625,722 | 627,171 | 623,549 | 630,792 | 627,895 | 561,267 |
Kraftstoff H/C-Verhältnisa | - | 1,85 | 1,85 | 1,85 | 1,85 | 1,85 | 1,85 |
Kraftstoff O/C-Verhältnisb | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
1) Die Bedingungen für verdünnte Luft entsprechen den Bedingungen für Ansaugluft. |
2.3.1. Trocken-/Feucht-Korrekturfaktor kW
Für die Konvertierung von CO und CO2-Trockenmessungen auf feuchte Bezugsgrundlage ist der Trocken-Feucht-Korrekturfaktor kw zu berechnen.
Für das verdünnte Abgas gilt:
Dabei ist:
1,608 x [Hd x (1 - 1/DF) + Ha x (1/DF)] | |
kw1 = | |
1.000 + 1,608 x [Hd x (1 - 1/DF) + Ha x (1/DF)] 13,4 |
13,4 | |
DF = | |
% concCO2 + (ppm concCO + ppm concHC) x 10-4 |
13,4 | ||
DF = | = 9,465 | |
1,038 + (3 681 + 91) x 10-4 |
1,608 x [4,08 x (1 - 1/9,465) + 4,08 x (1/9,465)] | ||
kw1 = | = 0,007 | |
1 000 + 1,608 x [4,08 x (1 - 1/9,465) + 4,08 x (1/9,465)] |
CO [feucht] = CO [trocken] x kw = 3 681 x 0,984 = 3 623 ppm
CO2 [feucht] = CO2 [trocken] x kw = 1,038 x 0,984 = 1,0219 %
Tabelle 19 - Feuchtwerte CO und CO2 für das verdünnte Abgas in den verschiedenen Prüfphasen
Prüfphase | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
DF | - | 9,465 | 11,454 | 14,707 | 19,100 | 20,612 | 32,788 |
kw1 | - | 0,007 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 |
kw | - | 0,984 | 0,986 | 0,988 | 0,989 | 0,991 | 0,992 |
CO feucht | ppm | 3 623 | 3 417 | 2 510 | 2 340 | 3 057 | 1 802 |
CO2feucht | % | 1,0219 | 0,8028 | 0,6412 | 0,4524 | 0,3264 | 0,2066 |
Für die Verdünnungsluft gilt:
kw,d = 1 - kw1
Dabei ist der Faktor kw1 der gleiche, wie er bereits für das verdünnte Abgas berechnet wurde.
kw,d = 1 - 0,007 = 0,993
CO [feucht] = CO [trocken] x kw = 3 x 0,993 = 3 ppm
CO2 [feucht] = CO2 [trocken] x kw= 0,042 x 0,993 = 0,0421 % Vol:
Tabelle 20 - Feuchtwerte CO und CO2 für die Verdünnungsluft in den verschiedenen Prüfphasen
Prüfphase | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
Kw1 | - | 0,007 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 |
Kw | - | 0,993 | 0,994 | 0,994 | 0,994 | 0,994 | 0,994 |
CO feucht | ppm | 3 | 3 | 3 | 2 | 2 | 3 |
CO2feucht | % | 0,0421 | 0,0405 | 0,0403 | 0,0398 | 0,0394 | 0,0401 |
2.3.2. HC-Emissionen
HCmass= u x concc x GTOTW
Dabei ist:
u | = | 0,000478 aus Tabelle 2 |
concc | = | conc - concd x (1 - 1 / DF) |
concc | = | 91 - 6 x (1-1/9,465) = 86 ppm |
HCmass | = | 0,000478 x 86 x 625,722 = 25,666 g/h |
Tabelle 21 - HC-Emissionen [geh] in den verschiedenen Prüfphasen
Prüfphase | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
HCmass | 25,666 | 25,993 | 21,607 | 21,850 | 34,074 | 48,963 |
2.3.3. NOx-Emissionen
Der Faktor KH für die Korrektur der NOx Emissionen ist zu berechnen aus:
KH = 0,6272 + 44,030 x 10-3x Ha - 0,862 x 10-3x Ha2
KH = 0,6272 + 44,030 x 10-3x 0,862 x 10-3x (4,08)2 = 0,79
Tabelle 22 - Feuchtigkeitskorrekturfaktor KH der NOx Emissionen in den verschiedenen Prüfphasen
Prüfphase | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
KH | 01793 | 0,791 | 0,791 | 0,790 | 0,791 | 0,792 |
NOxmass = u x concc x KH x GTOTW
Dabei ist:
u | = | 0,001587 aus Tabelle 2 |
concc | = | conc - concd x (1-1/DF) |
concc | = | 85 - 0 x (1-/9,465) = 85 ppm |
NOxmass | = | 0,001587 x 85 x 0,79 x 625,722 = 67,168 g/h |
Tabelle 23 - NOx Emissionen [geh] in den verschiedenen Prüfphasen
Prüfphase | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
NOxmass | 67,168 | 38,721 | 19,012 | 4,621 | 2,319 | 0,811 |
2.3.4. CO-Emissionen
COmass= u x concc x GTOTW
Dabei ist:
u | = | 0,000966 aus Tabelle 2 |
concc | = | conc - concd x (1-1/DF) |
concc | = | 3 622 - 3 x (1-19,465) = 3 620 ppm |
COmass | = | 0,000966 x 3 620 x 625,722 = 2.188,001 g/h |
Tabelle 24 - CO-Emissionen [geh] in den verschiedenen Prüfphasen
Prüfphase | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
COmass | 2 188,001 | 2 068,760 | 1 510,187 | 1424,792 | 1 853,109 | 975,435 |
2.3.5. CO2-Emissionen
CO2mass = u x conccx GTOTW
Dabei ist:
u | = | 15,19 aus Tabelle 2 |
concc | = | conc - concd x (1-1/DF) |
concc | = | 1,0219 - 0,0421 x (1-119,465) = 0,9842 % Vol |
CO2mass | = | 15,19 x 0,9842 x 625,722 = 9 354,488 g/h |
Tabelle 25 - CO2-Emissionen [geh] in den verschiedenen Prüfphasen
Prüfphase | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
CO2mass | 9.354,488 | 7.295,794 | 5.717,531 | 3.973,503 | 2.756,113 | 1.430,229 |
2.3.6. Spezifische Emissionen
Die spezifische Emission (g/kWh) ist für alle einzelnen Bestandteile wie folgt zu berechnen:
Tabelle 26 - Emissionen [gib] und Wichtungsfaktoren in den verschiedenen Prüfphasen
Prüfphase | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
HCmass | g/h | 25,666 | 25,993 | 21,607 | 21,850 | 34,074 | 48,963 |
NOxmass | g/h | 67,168 | 38,721 | 19,012 | 4,621 | 2,319 | 0,811 |
COmass | g/h | 2.188,001 | 2.068,760 | 1.510,187 | 1.424,792 | 1.853,109 | 975,435 |
CO2mass | g/h | 9.354,488 | 7.295,794 | 5.717,531 | 3.973,503 | 2.756,113 | 1.430,229 |
Leistung Pi | kW | 13,15 | 9,81 | 6,52 | 3,25 | 1,28 | 0 |
Wichtungsfaktoren WFi | - | 0,090 | 0,200 | 0,290 | 0,300 | 0,070 | 0,050 |
25,666 x 0,090+ 25,993 x 0,200 + 21,607 x 0,290 + 21,850 x 0,300 + 34,074 x 0,070 + 48,963 x 0,050 | ||
HC = | = 4,12 g/kWh | |
13,15 x 0,090 + 9,81 x 0,200 + 6,52 x 0,290 + 3,25 x 0,300 + 1,28 x 0,070 + 0 x 0,050 |
67,168 x 0,090 + 38,721 x 0,200 + 19,012 x 0,290 + 4,621 x 0,300 +2,319 x 0,070 + 0,811 x 0,050 | ||
NO = | = 3,42 g/kWh | |
13,15 x 0,090 + 9,81 x 0,200 + 6,52 x 0,290 + 3,25 x 0,300 + 1,28 x 0,070 + 0 x 0,050 |
2.188,001 x 0,09 + 2.068,760 x 0,2 + 1.510,187 x 0,29 + 1424,792 x 0,3 + 1 853,109 x 0,07 + 975,435 x 0,05 | ||
CO = | = 271,15 g/kWh | |
13,15 x 0,090 + 9,81 x 0,200 + 6,52 x 0,290 + 3,25 x 0,300 + 1,28 x 0,070 + 0 x 0,050 |
9.354,488 x 0,09 + 7.295,794 x 0,2 + 5.717,531 x 0,29 + 3.973,50 x 0,3 + 2.766,113 x 0,07 + 1.430,229 x 0,05 | ||
CO2= | = 887,53 g/kWh | |
13,15 x 0,090 + 9,81 x 0,200 + 652 x 0,290 + 3,25 x 0,300 + 1,28 x 0,070 + 0 x 0,050 |
1) Bei NOxmuss die Konzentration mit dem Feuchtigkeitskorrekturfaktor KH (Feuchtigkeitskorrekturfaktor für NOx multipliziert werden.
2) In ISO 8178-1 ist eine vollständigere Formel für das Molekulargewicht des Kraftstoffs angegeben (Formel 50 in Kapitel 13.5.1 b). Darin sind nicht nur das Wasserstoff-Kohlenstoff-Verhältnis und das Sauerstoff-Kohlenstoff-Verhältnis, sondern auch weitere mögliche Kraftstoffbestandteile wie Schwefel und Stickstoff berücksichtigt. Da jedoch die Fremdzündungsmotoren der Richtlinie mit einem Ottokraftstoff (als Bezugskraftstoff in Anhang V aufgeführt) geprüft werden, der in der Regel nur Kohlenstoff und Wasserstoff enthält, findet die vereinfachte Formel Berücksichtigung.
3) Bei NOxmuss die Konzentration mit dem Feuchtigkeitskorrekturfaktor KH (Feuchtigkeitskorrekturfaktor für NOx multipliziert werden.
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(Stand: 11.03.2019)
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