Emissionsmessungen an einem Mercedes-Benz C 200 CDI (EURO 5a) auf dem Rollenprüfstand und auf der Strasse.

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1 Abgasprüfstelle (AFHB) Contrôle des gaz d échappement Gwerdtstrasse 5 CH-2560 Nidau Tel./Tél. +41 (0) Fax +41 (0) Emissionsmessungen an einem Mercedes-Benz C 200 CDI (EURO 5a) auf dem Rollenprüfstand und auf der Strasse. Auftraggeber: ZDF Red. Frontal 21 D Berlin Projektleitung: Joe Sperling Bericht: P. Comte, Dipl. Ing. HTL Y. Zimmerli, Dipl. Ing. FH M. Güdel, BSc J. Czerwinski, Prof. Dr. techn BERNER FACHHOCHSCHULE BFH-TI, BIEL ABGASPRÜFSTELLE & MOTORENLABORATORIEN, AFHB Gwerdtstrasse 5, CH-2560 Nidau Die vollständige oder teilweise Veröffentlichung dieses Dokuments ist nur mit der schriftlichen Genehmigung der AFHB erlaubt. November 2015 B438

2 ZDF / AFHB 15 2 INHALTSVERZEICHNIS 1. ZUSAMMENFASSUNG 2 2. VERSUCHFAHRZEUG 3 3. MESSTECHNIK Rollenprüfstand Messgeräte für limitierte Abgasemissionen, Rollenprüfstand Messgeräte für limitierte Abgasemissionen, Strassen 4 4. TEST METHODE Prüfzyklus Neuer Europäischer Fahrzyklus (NEFZ) Beispiel der RDE-Strecke 5 5. RESULTATE Ergebnisse der NEFZ-Zyklen auf Rollenprüfstand Ergebnisse der Strassenmessungen 7 6. SCHLUSSFOLGERUNGEN 7 7. DOKUMENTATION 8 8. FIGURENLISTE 8 9. ANHANG ABKÜRZUNGEN 8 1. ZUSAMMENFASSUNG Das Zweite Deutsche Fernsehen (ZDF) beauftragte die Abgasprüfstelle der Berner Fachhochschule, die Emissionen eines Mercedes-Benz C 200 CDI Diesel-Personenwagen EURO 5a auf dem Rollenprüfstand sowie auf der Strasse zu untersuchen. Bei den Strassenmessungen wurde eine RDE-Messung (Real Driving Emission) sowie ein NEFZ-Zyklus nachgefahren. Auf dem Rollenprüfstand wurden 2 NEFZ-Zyklen im kalten Motorzustand durchgeführt. Der OBD-Speicher wurde am Schluss der Messungen ausgelesen. Die Messresultate zeigen, dass das Fahrzeug sich auf dem Rollenprüfstand anders verhalten, als wenn es auf der Strasse betrieben ist.

3 ZDF / AFHB VERSUCHFAHRZEUG Die wichtigsten technischen Parameter des geprüften Fahrzeuges sind in der unten stehenden Tabelle aufgeführt. Das Fahrzeug ist mit einem Dieselmotor ausgerüstet und verfügt über einen Partikelfilter sowie eine Abgasrückführung für die Abgasnachbehandlung. Fig. 1: Mercedes-Benz C 200 CDI auf dem Rollenprüfstand der Abgasprüfstelle Modell / Jahrgang Mercedes-Benz C200 CDI / 2011 Motortyp Zylinderzahl 4 / Reihe Hubraum 2143 cm 3 Leistung rpm Drehmoment rpm Treibstoff / Einspritzung Diesel / DI (CR) Aufladung ja Leergewicht 1615 kg Gesamtgewicht 2155 kg Antrieb Heckantrieb Getriebe Manuell 6 Gang Jahr der ersten Zulassung / Kilometerstand / km Erfüllte Abgasnorm EURO 5a Abgasnachbehandlungssysteme DOC, DPF, EGR VIN WDD F Tabelle 1: Technische Daten des Mercedes-Benz C 200 CDI

4 ZDF / AFHB MESSTECHNIK 3.1. Rollenprüfstand Typ: Schenck 500 GS60 Durchmesser Rollen: 502 mm Fahrleitgerät: Tornado, Version 3.3 CVS Verdünnungs-System: Horiba 9500T mit Rootsgebläse Raumbedingungen Prüfhalle: Steuerung für Ansaug- und Verdünnungsluft Temperatur: C Feuchtigkeit: g/kg Für alle durchgeführten Messungen mit dem oben genannten Fahrzeug, wurde der Rollenprüfstand gemäss Homologationsangaben eingestellt Messgeräte für limitierte Abgasemissionen, Rollenprüfstand Folgende Geräte erfüllen die technischen Anforderungen der ECE-Regelung Nr. 83. Diese sind für die Messung von Fahrzeugabgasemissionen in der Schweiz und der Europäischen Union geeignet. gemessene Abgaskomponenten: Abgasmesstechnik gasförmig: Horiba MEXA 9400 CO, CO 2 THC... CH 4... NO/NO x... Nicht-Dispersives-Infrarot-Analysator (NDIR-Analysator) Flammenionisationsdetektor für totale HC (FID-Analysator) Flammenionisationsdetektor nur für CH 4 (FID-Analysator) Chemilumineszenz-Analysator (CLA-Analysator) Das Verdünnungsverhältnis der CVS-Anlage ist variabel und kann mittels CO 2 Analysatoren kontrolliert werden Messgeräte für limitierte Abgasemissionen, Strassen Das PEMS-Gerät AVL M.O.V.E 492 wurde für die Abgasemissionsmessungen auf der Strasse und auf dem Rollenprüfstand verwendet. gemessene Abgaskomponenten: CO, CO 2 Nicht-Dispersives-Infrartot-Analysator (NDIR-Analysator) NO 2 /NO x... Nicht-Dispersives-Ultra-Violet-Analysator (NDUV) 4. TEST METHODE Abgasmessungen in kaltem und warmem Motorzustand wurden durchgeführt. Für die NEFZ- Messung im kalten Motorzustand wurde der Wagen jeweils am Vortag konditioniert. Diese Fahrzeug-Konditionierung besteht aus drei EUDC-Zyklen, die nacheinander auf dem Rollenprüfstand durchgeführt sind. Alle Strassenmessungen sind mit warmem Motor durchgeführt worden. Für die Abgasmessungen auf der Strasse wurde ein PEMS-Messgerät der Firma AVL, Typ M.O.V.E 492 eingesetzt, dessen grundlegende Messprinzipien unter Punkt 3.3 aufgeführt sind. Mit dem geprüften Fahrzeug wurde ein NEFZ-Zyklus auf Strasse simuliert. Der Stadtteil (ECE-Teil) des NEFZ-Zyklus wurde auf einem gesperrten Flugplatz nachgefahren. Der Aussenstadtteil

5 ZDF / AFHB 15 5 (EUDC-Teil) des NEFZ-Zyklus wurde auf der Autobahn mit Sondergenehmigung der Schweizer Behörden und mit einem Begleitfahrzeug gefahren. Die RDE-Strecke wurde in Anlehnung an die RDE-Richtlinie ausgeführt. Die Geschwindigkeit des Fahrzeuges wurde mittels des GPS-Empfängers des AVL M.O.V.E aufgenommen. Während der Strassenmessungen wurde das PEMS-Messgerät nicht mit dem OBD-System des Fahrzeuges verbunden. Für die Berechnung der gravimetrischen NO x -Emissionen wurde die Dichte von NO 2 verwendet. Die Emissionen wurden im trockenen Zustand gemessen. Die RDE-Resultate entsprechen dem Mittelwert der NO x -Emissionen während der gesamten Messung. Die Vergleichsmessungen, welche während den NEFZ Zyklen zwischen Rollenprüfstand und PEMS-Messgerät durchgeführt wurden, zeigen, dass die NO x - und CO 2 -Messwerte des PEMS- Messgerätes um etwa 20% höher liegen als jene die mit der Laborinstallation (Horiba MEXA 9400) gemessen wurden. Der Geschwindigkeitsverlauf der RDE-Strecke ist in Fig. 3 dargestellt. Ein Beispiel der RDE- Auswertung ist in Fig. 7-1 angegeben Prüfzyklus Der gesetzlich vorgeschriebene NEFZ-Fahrzyklus ist in Fig. 2 abgebildet. Die Fig. 3 zeigt ein Beispiel der RDE-Strecke anhand der Fahrgeschwindigkeit des geprüften Fahrzeuges in Funktion der Zeit Neuer Europäischer Fahrzyklus (NEFZ) Fig. 2: NEFZ-Zyklus Beispiel der RDE-Strecke

6 ZDF / AFHB 15 6 Fig. 3: Beispiel eines Geschwindigkeitsprofils der RDE-Strecke. 5. RESULTATE Die Auflistung aller durchgeführten Messungen ist unter Fig. 5 zu finden. Die Messprotokolle sind unter Fig. 9 bis Fig. 12 aufgeführt. Nachfolgend werden nur die wichtigsten Feststellungen dokumentiert Ergebnisse der NEFZ-Zyklen auf Rollenprüfstand Der Zyklus wurde zweimal mit einem kalten Motor (Motortemperatur 25 C ±2 C) gefahren, dabei wurde das Fahrzeug am Vortag der Messung konditioniert. Mit diesem Fahrzeug wurden auch zwei NEFZ-Zyklen in warmen Zustand durchgeführt, dies erfolgte direkt nach dem kalten Zyklus. Die NO x -Resultate aller durchgeführten NEFZ sind in Fig. 4a aufgeführt. Fig. 4a : NO x -Resultate während dem NEFZ-Zyklus auf Rollenprüfstand (Rohresultate ohne Verschlechterungsfaktor) Die NO x -Werte des nach EG-Richtlinien (Fahrzeug-Konditionierung am Vortag und Start der Messung mit einem kalten Fahrzeug) geprüften Fahrzeuges lagen jeweils unter dem vorgeschriebenen Grenzwert von 180 mg/km. Die NO x -Emissionen, die unmittelbar nach dem kalten NEFZ gemessen wurden, lagen über dem Grenzwert.

7 ZDF / AFHB 15 7 Es wurde nach dem ersten warmen NEFZ-Zyklus eine Konditionierung des Fahrzeuges gemäss EG-Richtlinien vorgenommen, d.h. es wurde mit diesem Fahrzeug der zweite Teil des NEFZ- Zyklus dreimal nacheinander gefahren. Im darauf folgenden NEFZ-Zyklus (warm) wurden die NO x - Grenzwerte nicht eingehalten Ergebnisse der Strassenmessungen Wie bereits erwähnt, wurde für die Strassenmessungen das PEMS-Gerät der Firma AVL, Typ M.O.V.E 492 verwendet. Die auf dem Rollenprüfstand durchgeführten Vergleichsmessungen zeigen, dass die NO x - und CO 2 -Emissionen, welche mit dem PEMS-Gerät gemessen wurden, durchschnittlich 24% (NO x ) und 20% (CO 2 ) höher sind als diejenigen die mit den Laboranalysatoren Horiba MEXA 9400 bestimmt wurden. Die Fig. 8 zeigt eine Tabelle dieses Vergleiches. Während dem auf der Strasse simulierten NEFZ-Zyklus wurden für das betriebswarme Fahrzeug höhere NO x -Emissionen gemessen, als bei den Messungen nach den EG-Richtlinien auf dem Rollenprüfstand. Bei der RDE-Messung waren die NO x -Ausstösse leicht tiefer als jene des NEFZ-Zykluses auf der Strasse, aber immer noch höher, als die gemessenen Werte unter Einhaltung der EG-Richtlinien. Die Resultate sind in Fig. 4b dargestellt. Fig. 4b : NO x -Resultate während dem NEFZ-Zyklus auf Strassen (Rohresultate ohne Verschlechterungsfaktor) 6. SCHLUSSFOLGERUNGEN Die durchgeführten Messungen zeigten folgende Tendenz: Wenn das untersuchte Fahrzeug nach den EG-Richtlinien geprüft wurde, erfüllte es auch die entsprechenden NO x -Grenzwerte. Das Fahrzeug wurde im betriebswarmen Zustand geprüft. Alle Prüfbedingungen ausser seiner Betriebstemperatur blieben gegenüber denjenigen in den EG-Richtlinien vorgeschrieben identisch. Es erfüllte die entsprechenden NO x -Grenzwerte nicht mehr. Auch mit, vor dem zweiten warmen Test, einer Konditionierung (3x EUDC), entsprach dieser Wagen den entsprechenden NO x -Grenzwerten nicht.

8 ZDF / AFHB 15 8 Die auf der Strasse gemessenen NO x -Emissionen sind höher als diejenigen vom selben Fahrzeug im kalten Zustand, wenn es nach den EG-Richtlinien am Prüfstand geprüft ist. Beim geprüften Fahrzeug gab es keinen gespeicherten OBD-Fehler. 7. DOKUMENTATION Die Originaldaten sind bei der Abgasprüfstelle der Fachhochschule Biel archiviert und stellen vertrauliches Material dar. 8. FIGURENLISTE Figur 5 : Chronologische Liste der Messserien Figur 6 : Tabelle der Resultate des Mercedes-Benz C 200 CDI Figur 7-1 : Beispiel einer RDE-Messung Figur 7-2 : Bild der benutzten Strecke für die RDE-Messung Figur 8 : Vergleich AVL M.O.V.E 492 und Horiba 9400 (NO x - und CO 2 -Emissionen) Figuren 9-12 : Abgasmessprotokolle 9. ANHANG Anhang 1 : AFHB-Stellungnahme über die Verantwortung über die öffentliche Information mit Hilfe unserer Berichte 10. ABKÜRZUNGEN AFHB CLA CVS DI DPF DOC ECE EG EGR EUDC FID NDIR NDUV NEFZ OBD PEMS RDE PM VIN Abgasprüfstelle FH Biel, CH Chemiluminescence Analyzer Constant Volume Sampling: Dilution Tunnel for Regulated Emission Measurement Direct Injection Diesel Particle Filter Diesel Oxidation Catalyst Economic Commission for Europe Europäische Gemeinschaft Exhaust Gas Recirculation Extra Urban Driving Cycle Flame Ionization Detector Non Dispersive Infrared Non Dispersive Ultra-Violet Neuer Europäischer Fahrzyklus On Board Diagnosis Portable Emissions Measurement System Real Driving Emissions Particulate Matter, Particle Mass Vehicle Identification Number

9 Abgasprüfstelle (AFHB) Contrôle des gaz d échappement Gwerdtstrasse 5 CH-2560 Nidau Tel./Tél. +41 (0) Fax +41 (0) Emissionsmessungen an einem Mercedes-Benz C 200 CDI (EURO 5a) auf dem Rollenprüfstand und auf der Strasse. FIGUREN Die vollständige oder teilweise Veröffentlichung dieses Dokuments ist nur mit der schriftlichen Genehmigung der AFHB erlaubt. November 2015 B438

10 ZDF / AFHB '15 Fig. 5 Chronological list of measurements NOx - emissions on chassis dynamometer and road Mercedes-Benz C 200 CDI test nr. date vehicle cycle comments ZDF Mercedes-Benz C 200 CDI NEDC cold ZDF Mercedes-Benz C 200 CDI NEDC warm ZDF Mercedes-Benz C 200 CDI EUDC ZDF Mercedes-Benz C 200 CDI NEDC warm ZDF Mercedes-Benz C 200 CDI RDE - road03 ZDF Mercedes-Benz C 200 CDI NEDC cold ZDF Mercedes-Benz C 200 CDI NEDC on the road B438_Fig05_ZDF_measurements list DUH

11 AVL M.O.V.E Horiba 9400 chassis dyno road cold warm pems: AVL M.O.V.E Mercedes-Benz C 200 CDI (100 kw) Mercedes-Benz C 200 CDI (100 kw) ZDF / AFHB '15 Fig. 6 NO x and CO 2 Emissions Results for NEDC and RDE Mercedes-Benz C 200 CDI NO x [mg/km] CO 2 [g/km] 1st NEDC chassis dyno cold 2nd NEDC chassis dyno cold 3rd NEDC chassis dyno warm 4th NEDC chassis dyno warm average x x ECE EUDC average x x ECE EUDC average x x ECE EUDC average x x ECE EUDC NEDC on the road warm RDE on the road warm average x x x ECE EUDC average x x x urban rural highway Comment: The chassis dyno emissions were measured with the stationary CVS equipement and the analyzer Horiba MEXA 9400, while the on-road emissions were measured with the AVL M.O.V.E PEMS. Some correlations made during the NEDC tests on the chassis dynamoter show that the PEMS measured values for NO x and CO 2 are about 25% higher than those measured with the stationnary equipement. B438_Fig06_Table_ZDF

12 vehicle speed [km/h] vehicle speed [km/h] ZDF / AFHB '15 Fig. 7-1 Example of Road Trip for RDE Based on GPS data AVL M.O.V.E time [s] distribution [%] (distance) urban rural highway time [s] distance limits urban 28.2 km 33.4 % > 16 km % rural 23.8 km 28.1 % > 16 km % highway 32.5 km 38.5 % > 16 km % total 84.5 km time urban 50.4 min 50.8 % - rural 18.8 min 19.0 % - highway 18.0 min 18.1 % - stops 12.1 min 12.2 % > 5.0 min total 99.2 min min average speed urban 33.6 km/h 27.1 km/h km/h rural 75.8 km/h highway km/h max km/h time with v > 100km/h 826 s > 300 s number of stops > 10 s 8 - B438_Fig07-1-2_Example_RDE ZDF16

13 vehicle speed [km/h] ZDF / AFHB '15 Fig. 7-2 Used Route for RDE measurement AFHB-Route no 5 / 2015 AVL M.O.V.E Used route for RDE measurement, total distance: ~ 85 km distance [km] Vehicle speed vs distance B438_Fig07-1-2_Example_RDE

14 bags [mg/km] pems [mg/km] Δ [mg/km] deviation with bag as reference [%] deviation with pems as reference [%] bags [g/km] pems [g/km] Δ [g/km] deviation with bag as reference [%] deviation with pems as reference [%] ZDF / AFHB '15 Fig. 8 Comparisons of NO x and CO 2 Results for NEDC between stationary equipment and PEMS on chassis dyno. Horiba 9400 / AVL M.O.V.E NO x CO 2 ZDF08 NEDC cold vehicle ZDF12 NEDC cold vehicle ZDF17 NEDC cold vehicle ZDF19 NEDC cold vehicle ZDF13 NEDC warm vehicle ZDF15 NEDC warm vehicle average bags: results from the stationary equipment (CVS and Analyzer Horiba 9400) pems: results obtained from the Portable Emissions Measurement System AVL M.O.V.E on chassis dyno B438_Fig08_correlations PEMS_v2

15 ZDF / AFHB 15 Fig. 9-1 Measurement: ZDF012, Mercedes Benz C200, NEDC cold

16 ZDF / AFHB 15 Fig. 9-2

17 ZDF / AFHB 15 Fig Measurement: ZDF017, Mercedes Benz C200, NEDC cold

18 ZDF / AFHB 15 Fig. 10-2

19 ZDF / AFHB 15 Fig Measurement: ZDF013, Mercedes Benz C200, NEDC warm

20 ZDF / AFHB 15 Fig. 11-2

21 ZDF / AFHB 15 Fig Measurement: ZDF015, Mercedes Benz C200, NEDC warm

22 ZDF / AFHB 15 Fig. 12-2

23 Abgasprüfstelle (AFHB) Contrôle des gaz d échappement Gwerdtstrasse 5 CH-2560 Nidau Tel./Tél. +41 (0) Fax +41 (0) Emissionsmessungen an einem Mercedes-Benz C 200 CDI (EURO 5a) auf dem Rollenprüfstand und auf der Strasse. Anhang Die vollständige oder teilweise Veröffentlichung dieses Dokuments ist nur mit der schriftlichen Genehmigung der AFHB erlaubt. November 2015 B438

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