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

Abgasprüfstelle (AFHB) Contrôle des gaz d échappement Gwerdtstrasse 5 CH-2560 Nidau Tel./Tél. +41 (0)32 321 66 80 Fax +41 (0)32 321 66 81 Emissionsmessungen an einem Mercedes-Benz C 200 CDI (EURO 5a) auf dem Rollenprüfstand und auf der Strasse. Auftraggeber: ZDF Red. Frontal 21 D-10887 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

ZDF / AFHB 15 2 INHALTSVERZEICHNIS 1. ZUSAMMENFASSUNG 2 2. VERSUCHFAHRZEUG 3 3. MESSTECHNIK 4 3.1. Rollenprüfstand 4 3.2. Messgeräte für limitierte Abgasemissionen, Rollenprüfstand 4 3.3. Messgeräte für limitierte Abgasemissionen, Strassen 4 4. TEST METHODE 4 4.1. Prüfzyklus 5 4.1.1. Neuer Europäischer Fahrzyklus (NEFZ) 5 4.1.2. Beispiel der RDE-Strecke 5 5. RESULTATE 6 5.1. Ergebnisse der NEFZ-Zyklen auf Rollenprüfstand 6 5.2. Ergebnisse der Strassenmessungen 7 6. SCHLUSSFOLGERUNGEN 7 7. DOKUMENTATION 8 8. FIGURENLISTE 8 9. ANHANG 8 10. 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.

ZDF / AFHB 15 3 2. 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 651913 Zylinderzahl 4 / Reihe Hubraum 2143 cm 3 Leistung 100 kw @ 4600 rpm Drehmoment 330 Nm @ 1600-2800 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 08.04.2011 / 66560 km Erfüllte Abgasnorm EURO 5a Abgasnachbehandlungssysteme DOC, DPF, EGR VIN WDD2042011F677697 Tabelle 1: Technische Daten des Mercedes-Benz C 200 CDI

ZDF / AFHB 15 4 3. 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: 20-30 C Feuchtigkeit: 5.5-12.2 g/kg Für alle durchgeführten Messungen mit dem oben genannten Fahrzeug, wurde der Rollenprüfstand gemäss Homologationsangaben eingestellt. 3.2. 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. 3.3. 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

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. 4.1. 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. 4.1.1. Neuer Europäischer Fahrzyklus (NEFZ) Fig. 2: NEFZ-Zyklus 4.1.2. Beispiel der RDE-Strecke

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. 5.1. 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.

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. 5.2. 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.

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

Abgasprüfstelle (AFHB) Contrôle des gaz d échappement Gwerdtstrasse 5 CH-2560 Nidau Tel./Tél. +41 (0)32 321 66 80 Fax +41 (0)32 321 66 81 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

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 ZDF012 11.11.2015 Mercedes-Benz C 200 CDI NEDC cold ZDF013 11.11.2015 Mercedes-Benz C 200 CDI NEDC warm ZDF014 11.11.2015 Mercedes-Benz C 200 CDI EUDC ZDF015 11.11.2015 Mercedes-Benz C 200 CDI NEDC warm ZDF016 11.11.2015 Mercedes-Benz C 200 CDI RDE - road03 ZDF017 12.11.2015 Mercedes-Benz C 200 CDI NEDC cold ZDF018 12.11.2015 Mercedes-Benz C 200 CDI NEDC on the road B438_Fig05_ZDF_measurements list DUH

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 154 153 251 191 96 130 168 150 262 189 112 126 305 143 367 177 268 122 292 136 432 164 209 119 NEDC on the road warm RDE on the road warm average x x x ECE EUDC average x x x urban rural highway 553 690 475 486 642 569 335 175 214 153 140 177 138 129 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

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 120 100 80 60 40 20 0 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 4200 4800 5400 6000 time [s] 120 90 60 38.5 28.1 33.4 distribution [%] (distance) urban rural highway 30 0 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 4200 4800 5400 time [s] distance limits urban 28.2 km 33.4 % > 16 km 29-44 % rural 23.8 km 28.1 % > 16 km 23-43 % highway 32.5 km 38.5 % > 16 km 23-43 % 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 90-120 min average speed urban 33.6 km/h 27.1 km/h 15-30 km/h rural 75.8 km/h highway 108.6 km/h max 124.9 km/h time with v > 100km/h 826 s > 300 s number of stops > 10 s 8 - B438_Fig07-1-2_Example_RDE ZDF16

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 120 100 80 60 40 20 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 distance [km] Vehicle speed vs distance B438_Fig07-1-2_Example_RDE

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 1 154 203 49 32-24 139 171 32 23-19 ZDF12 NEDC cold vehicle 2 154 183 30 19-16 153 187 34 23-18 ZDF17 NEDC cold vehicle 2 168 215 47 28-22 149 183 34 23-19 ZDF19 NEDC cold vehicle 3 162 202 40 25-20 154 183 29 19-16 ZDF13 NEDC warm vehicle 4 304 349 45 15-13 148 167 19 13-11 ZDF15 NEDC warm vehicle 4 292 360 68 23-19 135 163 28 21-17 average -19-17 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

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

ZDF / AFHB 15 Fig. 9-2

ZDF / AFHB 15 Fig. 10-1 Measurement: ZDF017, Mercedes Benz C200, NEDC cold

ZDF / AFHB 15 Fig. 10-2

ZDF / AFHB 15 Fig. 11-1 Measurement: ZDF013, Mercedes Benz C200, NEDC warm

ZDF / AFHB 15 Fig. 11-2

ZDF / AFHB 15 Fig. 12-1 Measurement: ZDF015, Mercedes Benz C200, NEDC warm

ZDF / AFHB 15 Fig. 12-2

Abgasprüfstelle (AFHB) Contrôle des gaz d échappement Gwerdtstrasse 5 CH-2560 Nidau Tel./Tél. +41 (0)32 321 66 80 Fax +41 (0)32 321 66 81 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

ZDF / AFHB 15 A 1