Erfahrungen mit Portablen Emissionsmesssystemen (PEMS) und Real Driving Emissions RDE

Transkript

1

2 Erfahrungen mit Portablen Emissionsmesssystemen (PEMS) und Real Driving Emissions RDE Jan Czerwinski, Yan Zimmerli, Pierre Comte BFH-TI, AFHB, Biel/Nidau SSM/SAE Vortragstagung, Sursee, 20. Sept. 2016

3 Testprogramm 1 Vergleiche: 3 PEMS, 1 TSI PKW Paper TAP, Lyon Mai 2016

4 TESTED VEHICLE Vehicle Number and arrangement of cylinder SEAT Leon 1.4 TSI ST 4 / In line Displacement cm PEMS Power kw Torque Nm Injection type rpm rpm Direct Injection (DI) Curb weight kg 1275 Gross vehicle weight kg 1840 Drive wheel Front-wheel drive Gearbox M 6 First registration Exhaust EURO 5b Exhaust gas sampling Chassis dyno

5 HORIBA MEXA x4 chassis dyno CVS HORIBA OBS ONE PEMS wet AVL M.O.V.E PEMS dry TU Wien OBM Mark IV PEMS dry CO NDIR heated NDIR NDIR NDIR CO 2 NDIR heated NDIR NDIR NDIR NO x CLD CLD NDUV Zirkoniumdioxid NO CLD CLD - Electrochemical + NDIR NO 2 calculated calculated NDUV - O electrochemical electrochemical HC FID - IR IR PN OBD logger GPS logger ambient (p, T, H) not measured yes yes - yes yes (Garmin GPS16) yes (Bluetooth dongle) yes (GPS - Bluetooth receiver) yes yes yes no EFM - pitot tube PN pitot tube (SEMTECH- EFM HS) Particles Number no TESTED MEASURING SYSTEMS

6 speed [km/h] speed [km/h] speed [km/h] TEST PROCEDURES ON CHASSIS DYNAMOMETER phase 1 (ECE) phase 2 (EUDC) NEDC time [s] 180 Phase 1 Phase 2 WLTC Phase time [s] low medium high extra high time [s] CADC

7 PEMS CO [mg/km] PEMS CO2 [%] PEMS NOx [mg/km] PEMS CO2 [g/km] CORRELATIONS OF EMISSIONS MEASURED WITH PEMS AND WITH STATIONARY CVS-INSTALLATION IN NEDC COLD NOx PEMS 1 PEMS 2 PEMS CO reference: CVS NOx [mg/km] reference: CVS CO2 [g/km] CO 13 CO2 [%] PEMS 1 PEMS 2 PEMS reference: CVS CO [mg/km] reference: CVS CO2 [%]

8 SAMPLING POSITIONS (SP) FOR GASOLINE VEHICLES

9 What can be the reasons of these deviations? The mass flow (m x ) of an emissions component x is calculated as: where: V exh volumetric flow of exhaust gas kx volumetric concentration of component x in the exhaust gas ƍx... density of the component x

10 CO2 [g/km] CO [mg/km] NOx [mg/km] COMPARISONS OF AVERAGE RESULTS: CVS VERSUS ALL PEMS S NEDC cold only all cycles NOx CVS CO PEMS CO

11 AFHB ROAD-TEST ROUTE PEMS2, SEAT LEON 1.4 TSI EURO 5B distance urban 23.9 km rural 8.1 km highway 7.0 km total 38.9 km time urban 44.8 min rural 6.7 min highway 4.4 min stops 0.9 min total 56.8 min average speed urban 29.8 km/h rural 72.5 km/h highway 95.6 km/h max km/h

12 vehicle speed [km/h] vehicle speed [km/h] AFHB ROAD-TEST ROUTE PEMS2, SEAT LEON 1.4 TSI EURO 5B highway v > 90 km/h rural v > 60 km/h distribution [%] (based on distance) highway rural urban time [s]

13 total CO [g] total NOx [g] vehicle speed [km/h] total CO 2 [g] COMPARISON OF ACCUMULATED RESULTS FROM FIVE ROAD TRIPS speed CO trip nbr: CO highway entrance urban NOx distance [km]

14 124 CO2 [g/km] fuel consumption [l/100km] average vehicle speed [km/h] RESULTS FROM ROAD TRIPS (38 KM) WITH DIFFERENTS PEMS PEMS1, 2, 3; SEAT LEON 1.4 TSI EURO 5B v [km/h] f.c. [l/100km] *...no values CO 2 [g/km] PEMS 1 9 trips PEMS 2 6 trips * PEMS 3 5 trips

15 distance distribution [%] CO [mg/km] NOx [mg/km] RESULTS FROM ROAD TRIPS (38 KM) WITH DIFFERENTS PEMS PEMS1, 2, 3; SEAT LEON 1.4 TSI EURO 5B NOx [mg/km] * *...no values CO [mg/km] * * 100% urban rural highway 80% 60% 40% road [%] 20% 0% PEMS 1 9 trips PEMS 2 6 trips PEMS 3 5 trips

16 averages NOx [mg/km] averages CO [mg/km] averages CO 2 [g/km] COMPARISONS OF AVERAGE VALUES BETWEEN ROAD TRIPS AND CYCLES ON CHASSIS DYNAMOMETER. PEMS 1, 2, 3; SEAT LEON 1.4 TSI EURO 5B CO 2 PEMS 1 PEMS 2 PEMS CVS NEDCcold NEDC WLTC CADCmw road CO NOx 90 0 NEDCcold NEDC WLTC CADCmw road NEDCcold NEDC WLTC CADCmw road

17 Testprogramm 2 1 PEMS, 3 Diesel PKW mit NanoMet3 (PN PEMS)

18 TESTED VEHICLES Diesel Vehicle 1 Vehicle 2 Vehicle 3 Engine R4 R4 R4 Displacement cc Gear box m6 a5 m5 First registration Exhaust Euro 6b Euro 5a Euro 2 Aftertreatement DPF DPF -

19 EMISSION RESULTS OF A DIESEL VEHICLE 2 ON CHASSIS DYNAMOMETER AND IN ROAD MEASUREMENTS (87 KM)

20 PARTICLE COUNTS CONCENTRATIONS MEASURED SIMULTANEOUSLY AT TAILPIPE WITH NANOMET 3 (NM3) AND WITH CPC.

21 EFFECTS OF DPF ON DIESEL PASSENGER CARS IN WLTC (HOT) SUCCESS OF DPF TECHNOLOGY

22 FUNCTIONALITY OF EGR IN NEDC COLD/WARM CHASSIS DYNAMOMETER, VEHICLE 1

23 COMPARISON OF RDE-CD WITH AND WITHOUT DPF REGENERATION CHASSIS DYNAMOMETER, VEHICLE 1

24 NEDC WITH AUTOMATIC GEAR DIFFERENT GEARS SHIFTING STRATEGIES IN TWO TEST SERIES CHASSIS DYNAMOMETER, VEHICLE 2

25 CO 2 IN NEDC IN DIFFERENT TEST SERIES (DIFF. GEARS SHIFTING) CHASSIS DYNAMOMETER, VEHICLE 2 gear shifting strategy

26 Testprogramm 3 JRC Round-Robin-Test (ILCE Interlaboratory Comparison Exercise) PEMS Semtech; 1TSI PKW PN PEMS Testo NanoMet3

27 VEHICLE USED FOR PN PEMS TEST AND FOR ILCE Vehicle 5 Vehicle VW Golf TSI 1.2l Engine code - Number and arrangement of cylinder 4 in line Displacement cm Power kw 4800rpm Torque Nm rpm Injection type gasoline dilrect injection Curb weight kg 1129 Gross vehicle weight kg 1229 Drive wheel 2WD Gearbox m5 First registration Exhaust Euro 5 VIN WVWZZZAUZFP067787

28 COMPARISON OF EMISSIONS IN WLTC WARM CHASSIS DYNAMOMETER, VEHICLE 5

29 JRC / EMROAD TEST NORMALITY VERIFICATION (CO 2 VS SPEED, MAW MOVING AVERAGE WINDOWS)

30 Testprogramm 4 2 PEMS &, 1 GDI PKW mit NanoMet 3 (PN PEMS)

31 GASOLINE VEHICLE FOR RESEARCH OF NP AT COLD START Vehicle 6 Vehicle Volvo V60 T4F Engine code B4164T2 Number and arrangement of cylinder 4 / in line Displacement cm Power kw 5700 rpm Torque Nm 1600 rpm Injection type DI Curb weight kg 1554 Gross vehicle weight kg 2110 Drive wheel Front-wheel drive Gearbox a6 First registration Exhaust EURO 5a VIN YV1FW075BC

32 BESTÄTIGT DASS: WLTC warm (RP; PEMS) RDE (Strasse; PEMS) CO-Sprung bei Autobahnauffahrt (variabel) PN PEMS > CPC (PMP)

33 SCHLUSSFOLGERUNGEN (1) ROLLENPRÜFSTAND CO, CO 2 & NO x Emissionen gemessen mit PEMS in gleichen Fahrzyklen am Rollenprüfstand zeigen höhere Werte, als diejenigen gemessen mit der Stationäranlage (CVS) Die PEMS-Resultate können mit denjenigen von mehreren wiederholten WLTC warm korrigiert werden PN PEMS (NM3) zeigt bei gleichen Fahrzyklen am Rollenprüfstand höhere Werte, als die Stationäranlage (CPC-PMP); NM3 is kalibrierbar Das Emissionsniveau CO, CO 2 & NO x gemessen in WLTC warm (Rollenprüfstand; PEMS) entspricht demjenigen von RDE (Strasse; PEMS) Emissionen von NO x & PN gemessen mit PEMS entsprechen den Mittelwerten von ILCE

34 SCHLUSSFOLGERUNGEN 1) Rollenprüfstand (PEMS > CVS) CO, CO 2, NO x korrigieren PEMS mit (WLTC x Mal) PN PEMS > CPC (kalibrierbar) WLTC warm (RP; PEMS) RDE (Strasse; PEMS) (NO x & PN) gemessen mit PEMS AFHB ILCE 2) Strasse CO 2 wiederholbar (CO & NO x ) RDE Fahrweise & Verkehrsituationen 3) Technik NO x ; AGR DPF Regeneration; OBD Schaltstrategie keine Abgasdurchsatzmessung (TU Wien) PEMS & RDE neue Herausforderungen für Industrie, Gesetzgebung und Testlaboratorien

35 SCHLUSSFOLGERUNGEN 1) Rollenprüfstand (PEMS > CVS) CO, CO 2, NO x korrigieren PEMS mit (WLTC x Mal) PN PEMS > CPC (kalibrierbar) WLTC warm (RP; PEMS) RDE (Strasse; PEMS) (NO x & PN) gemessen mit PEMS AFHB ILCE 2) Strasse CO 2 wiederholbar (CO & NO x ) RDE Fahrweise & Verkehrsituationen 3) Technik NO x ; AGR DPF Regeneration; OBD Schaltstrategie keine Abgasdurchsatzmessung (TU Wien) PEMS & RDE neue Herausforderungen für Industrie, Gesetzgebung und Testlaboratorien

36 SCHLUSSFOLGERUNGEN 1) Rollenprüfstand (PEMS > CVS) CO, CO 2, NO x korrigieren PEMS mit (WLTC x Mal) PN PEMS > CPC (kalibrierbar) WLTC warm (RP; PEMS) RDE (Strasse; PEMS) (NO x & PN) gemessen mit PEMS AFHB ILCE 2) Strasse CO 2 wiederholbar (CO & NO x ) RDE Fahrweise & Verkehrsituationen 3) Technik NO x ; AGR DPF Regeneration; OBD Schaltstrategie keine Abgasdurchsatzmessung (TU Wien) PEMS & RDE neue Herausforderungen für Industrie, Gesetzgebung und Testlaboratorien

37 SCHLUSSFOLGERUNGEN 1) Rollenprüfstand (PEMS > CVS) CO, CO 2, NO x korrigieren PEMS mit (WLTC x Mal) PN PEMS > CPC (kalibrierbar) WLTC warm (RP; PEMS) RDE (Strasse; PEMS) (NO x & PN) gemessen mit PEMS AFHB ILCE 2) Strasse CO 2 wiederholbar (CO & NO x ) RDE Fahrweise & Verkehrsituationen 3) Technik NO x ; AGR DPF Regeneration; OBD Schaltstrategie keine Abgasdurchsatzmessung (TU Wien) PEMS & RDE neue Herausforderungen für Industrie, Gesetzgebung und Testlaboratorien

38 RDE FAHRROUTENANFORDERUNGEN Der Zyklus wird in drei Teile unterteilt: Stadt (urban), Überland (rural), Autobahn (motorway). Die Anteile der Wegstrecke stellen sich prozentual wie folgt dar: - Die Streckentoleranz darf sich jeweils in einem Toleranzbereich von ±10% bewegen, wobei der Stadtzyklus nicht kleiner als 29% ausfallen darf. - Die maximale Geschwindigkeit von 145 km/h soll nicht überschritten werden. - Die Durchschnittsgeschwindigkeit soll inklusive der Haltezeiten km/h betragen. - Die Mindeststrecke jedes Anteiles beträgt 16 km. - Die Haltezeit während des Stadtzyklus soll mindestens 10% der Dauer des Stadtanteiles betragen. Das heisst, wenn sich das Fahrzeug langsamer als 1 km/h bewegt. - Der Stadtteil soll diverse Stopps beinhalten, die länger als 10s dauern. - Der Autobahnzyklus soll sich im Geschwindigkeitsbereich von 90 km/h bis 110 km/h befinden. - Beim Autobahnzyklus soll sich die Geschwindigkeit mindestens 5 min bei über 100km/h befinden. - Die gesamte Testdauer soll zwischen 90 min und 120 min dauern. - Die Höhendifferenz zwischen Start und Ziel soll nicht mehr als 100m betragen. - Die maximale Höhe beträgt 700 m.ü.m.. - Der Temperaturbereich soll sich zwischen 0 C und 30 C befinden.

39 Danksagung an BAFU / ASTRA an EMPA an die Mitarbeiter

40