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msco
DieselabgasebeischwerenNutzfahrzeugen–dieHausaufgaben
sindgemacht
mscoGmbHCH-9320Arbon 1
MeinradSignermsco
SSMHauptversammlung24.5.2018
mscoLuftschadstoffemissionendesStrassenverkehrsderSchweiz1990-2050, 24.November2017
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mscoLuftschadstoffemissionendesStrassenverkehrsderSchweiz1990-2050, 24.November2017
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BeidenStickoxid-(NOx)undPartikel-Emissionen(PM,PN)gehtderRückganginsgesamtlangsamervorsichAmBeispielderNOx-EmissionenderPWzeigtsichauch,dassstringentenPrüfprozedurenundgrossflächigenTestkampagnengrosseBedeutungbeigemessenwerdenmuss,umdieEinhaltungderGrenzwerteunddieAusschöpfungdertechnischenPotenzialesicherzustellen(Stichwort«Dieselskandal»).DieaktuellenErkenntnissezudenEURO-4bisEURO-6-Diesel-PWführenzwischen2010und2020zueinervorübergehendenStagnationderNOx-EmissionenderPersonenwagen,v.a.aufgrundderinHBEFAneueingeführtenBerücksichtigungderUmgebungstemperatur:BeitiefenTemperaturenkönnendieNOx-Emissionenbiszu1.9Malhöherliegenalsbeiüber20°C(d.h.beiTestbedingungen),daFahrzeugherstellerdieAbgasnachbehandlungbeitiefenTemperaturenausschaltenkönnen.ErstmitderEinführungderRDE-Regulation(EURO-Stufend1/d2),mitderdieFahrzeugherstellerauchimrealenBetriebundbeiüblichenUmgebungstemperaturendieEinhaltungderGrenzwertenachweisenmüssen,werdenweitereAbsenkungenerwartet.NochdeutlicheralsbeidenNOx-EmissionenzeigensichbeidenFeinstaub-EmissionenausdemVerbrennungsprozessdieAuswirkungenderZunahmedesAnteilsderDiesel-PWindenletztenJahren.ErstmitderumfassendenEinführungdesDieselpartikelfilterskonntenauchbeidenPWweitereAbsenkungenrealisiertwerden.BeidenSchwerenMotorwagen,ebenfallsrelevanteVerursachervonNOx-undPartikel-Emissionen,habendiegesetzlichenBegrenzungenspätereingesetztalsbeidenleichtenMotorwagen–dieentsprechendenMassnahmenzurAbgasnachbehandlungwurdenjedochvondenHerstellernimAllgemeinenwirksamerumgesetzt,sodassdieGrenzwerteimrealenBetriebaufderStrassebessereingehaltenwerdenalsvondenPW.
mscoNOxPkwundLkw…HBEFA
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Euro VI Truck 40t
Pkw Benzin Pkw Diesel
Ø OneEuroVI40ttruck-trailerhassameNOxemissionsasanaverageEuro5/6passengercar(g/km)
Firstpublishedin2013(FPT)
mscoMotivationforISC–RDE(InServiceConformity)
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• Todefineatooltoassurein-service-conformityoftheengineemissionsintheemissioncomplianceframework‘typeapproval-conformityofproduction-in-serviceconformity’
• Todefineatooltoassureemissioncomplianceunderabroadrangeofconditionsofuseandtopreventallattemptsforcyclebeating(OCE)
• Todefineatooltoassureemissioncomplianceunderrealdrivingconditionsandoutsidethetypeapprovaltestingconditions(ISC)
• Toachievelowemissionsnotonlyinthetypeapprovaltestcycles,butalsounderallconditionsofuseandovertheusefullifeoftheengine(ISCandOCE)
mscoEuroVIemissioncomplianceframework
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mscoOCEWNTEnottoexceedmethodology
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WNTE - C13 560 PS
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
2250
2500
2750
500 1000 1500 2000 2500n [rpm]
M [
Nm
]
1/3
1/3
1/3 1
2
3
4
5
6
Grid-cells
70% rated power
30% max torque30% max power
30% cumulated frequencyin WHTC
7
8
9
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WNTE - C13 560 PS
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M [
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Grid-cells
70% rated power
30% max torque30% max power
30% cumulated frequencyin WHTC
7
8
9
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Test:5 random points
Cell A5 random points
Cell B5 random points
Cell C
Average NOx Average NOx Average NOx
Average PM
Cell A, B and C random selected
Stepped cycle
5 random pointsCell A
5 random pointsCell B
5 random pointsCell C
Average NOx Average NOx Average NOx
Average PM
Cell A, B and C random selected
Stepped cycle
• aimtoachieveauniformemissionmap
• Coveringalargepartoftheengineoperatingmap
• Randomlyselectedpointsandgridcellsanalysed
• Testedattypeapproval• RampedModeltest
sequence
• ButcoversstillnotthecompletemapàISCPEMS
• Difficulty:specificemissionsing/kWhatlowloads
mscoEuroVIRegulationandLimits
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g/kWh WHSC WHTC WNTE ISCCO 1.50 4.0 WHSC+(0.25*WHSC+0.2) 1.5*WHTCHC/NMHC 0.13 0.16 WHSC+(0.15*WHSC+0.07) 1.5*WHTCCH4a) 0.40 0.5 1.5*WHTCNOx 0.40 0.46 WHSC+(0.25*WHSC+0.1) 1.5*WHTCPM 0.01 0.01 WHSC+(0.25*WHSC+0.003) 1.5*WHTC1/kWh PN 8*1011 6*1011
Vehicleclass Usefullife km yearsN1andM2 160'000 5N2N3<16tM3classI,II,AandB<7.5t
300’000 6
N3>16tonM3classIIIandclassB>7.5t
700’000 7
Durabilityrequirements
mscoISCInServiceConformity
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Generalrequirements,samplesize,pass/failcriteria
Testingset-upPEMSequipmentTestingconditions
TripcompositionTestprocedureMovingworkbasedwindow
EvaluationEMROAD
• Ambientconditions• Engineconditions• Vehicleconditions• Testingconditions
mscoISCTestingset-up
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mscoTestingconditions
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• Ambientconditionso •Atmosphericpressures≥82.5kPa(app.max.1700maltitude)o •Ambienttemperatures≥-7°Candlessthanorequalto:
T=-0.4514*(101.3–pb)+311,T=ambienttemperatureinK,pbisatmosphericpressureinkPa
• Engineconditionso Fuel:Marketfuelorreferencefuelshallbeused(fuelsamplesshallbetaken)o Lubeoil:samplesshallbetakeno Enginecoolanttemperaturesfrom70°Cto100°C,coolanttemperature<30°Cwhen
startingthetest• Vehicleconditions
o Thevehicleshallbeinserviceforatleast25.000kmandpropermaintained(maintenancerecord!)
o Thevehicleshallnothaveexceededit‘susefullifeo ThePayloadofthevehicleshallbewithin10to100%ofthemaximumpayloado TheECUmustprovideallrelevantdataeitherbysupportingstandardprotocolso orbyanOBDscantool!
mscoTestingconditions
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• Testingconditionso Testingshallbeuninterruptedandthedatacontinuouslysampledo Emissionsandotherdatasamplingshallstartpriortostartingtheengine.o Urban/Rural/Motorwaydrivingaccordingtodefinedpercentageo Durationoftheroadtest:min8timesworkofWHTCo Teststobeperformedundernormaltrafficconditions
• TripCompositiono Everytrip/teststartswiththeurbanpart,followedbyruralandmotorwaypart
Tolerance+/-5%
M1,N1 N2,M2,M3 M2,M3ClassI,II,
A
N3
Urban 34% 45% 70% 20%Rural 33% 25% 30% 25%Motorway 33% 30% 0% 55%
RangeKm/h
Averagekm/h
Urban 0–50 15-30Rural 50–75 45-70Motorway >75 >70(90)
Speeddefinitions
mscoISCtestprocedure
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mscoTestevaluationwithEMROAD
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TheEUresearchcenterinISPRAhasdevelopedtheevaluationprogramEMROAD.Itevaluatestheemissionsing/kWh(tobecomparedtoemissionlimit).Non-representativeemissionpeaksareeliminatedfromthecalculationbyusingthe90%percentileofwindows.Windowswithapower<10%ofmaxpowerareeliminatedand50%ofthewindowsmustbevalid.The10%powerthresholdhasbeenintroduced,asreachingclosetozeroloadthespecificemissionriseevenwithstablelowemissionsing/h.
mscoRDEofficialemissionfactorsHBEFA
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Eachdatapointrepresentstheaverageemissionofadrivingcycle
msco
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mscoHBEFAEmissionfactorsforaveragecitybusdriving
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g/km Bustype EuroII EuroIII EuroV EuroVINOx Midi 9,47 8,60 6,27 0,42 Standard 12,56 11,21 7,80 0,47 Articulated 15,66 14,11 8,55 0,38PN Midi 1,33E+14 2,02E+14 3,77E+13 6,47E+10 Standard 1,83E+14 2,77E+14 5,19E+13 8,40E+10 Articulated 2,05E+14 3,11E+14 5,95E+13 9,33E+10
mscoVTTFinlandEmissioninBraunschweigbuscycle
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mscoTNOEmissioncomparison,binningmethod
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mscoRDEAMFstudyresults
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WHVC=worldharmonisedvehiclecycle,whichisthebaselinefortheWHTCworldharmonisedtransientcycle
msco
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ComparisonISCrequirementsEuroVI-US2010
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msco
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mscoRDEcomparisonEuroVI–US2010
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mscoRDEcomparisonEuroVI–US2010(2)
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USNTEPEMSmethod RDEbasedonWHVC
TheNTEmethod(NTEareaissmallerthantheWNTEarea)requesting30seccontinuousoperationwithintheNTEareadoescoveronlyalimitedpartofrealworldtruckoperation(sourceHoriba)andconsequentlyresultsinhigherRDEthantheEuroVI(sourceAMF)MAWmethod,especiallyunderurbanhighlytransientoperatingconditions.DespitelowerEPA2010NOxemissionlimitscomparedtoEuroVI,US2010trucksthereforehavegenerallyhigherRDEsthancomparableEuroVItrucks.
