Heinz Steven, Martin Kleinebrahm

• Für schwere Nutzfahrzeuge der Abgasstufe Euro 3 mit einem zulässigen Gesamtgewicht über 12 t liegen zur Zeit nur wenige belastbare Emissionsfaktoren (E-Faktoren) vor. Bislang sind nur vereinzelt entsprechende Motoren auf Prüfständen vermessen worden. Über das Emissionsverhalten solcher Antriebe im realen Fahrbetrieb liegen so gut wie keine Erkenntnisse vor. Ziele des Vorhabens waren: 1.) die Aufstockung der Emissionsfaktoren Datenbasis durch Vermessung von Fahrzeugen im Straßenbetrieb, 2.) der Vergleich von Realmessungen mit Werten aus dem Emissionsfaktoren-Handbuch und 3.) die Validierung moderner on-board-Messverfahren. Für die Messungen wurden drei schwere Sattelzugmaschinen mit Auflieger sowie ein Fahrzeug aus dem Verteilerverkehr ausgewählt. Es wurden Messfahrten mit voller und halber Beladung durchgeführt. Die verwendete on-board-Messtechnik erfasste hierbei zeitaufgelöst die gasförmigen Emissionen sowie den Abgasmassenstrom. Zusätzlich wurden Leistungs- und Geschwindigkeitsdaten erfasst. Für die Auswertung der Daten mussten die Fahrmuster, wie sie im Emissionsfaktoren-Handbuch beschrieben sind, aus den Fahrprofilen der Messfahrten isoliert werden. Für geeignete Fahrmuster wurden Emissionsfaktoren in g/km ermittelt und denen des Emissionsfaktoren-Handbuches gegenübergestellt. Zur Bewertung der benutzten on-board-Messtechnik wurden auf dem Motorprüfstand Vergleichsmessungen in den europäischen stationären und dynamischen Typprüfzyklen ESC und ETC durchgeführt. Bei diesen Vergleichen zeigte sich die Analysetechnik sehr gut geeignet für mobile Messungen. Abweichungen zu den Laborergebnissen traten im Wesentlichen durch Unterschiede in der Abgasmassenstrommessung auf. Der Vergleich der Handbuch-Emissionsfaktoren mit den in diesem Vorhaben gewonnenen Ergebnissen auf der Basis von Durchschnittsgeschwindigkeit und mittlerer positiver Leistung ergab bei den Sattelzügen keine gravierenden Unterschiede bei HC, NOx und CO2 für den Mittelwert über alle 3 Fahrzeuge. Bei CO wies ein Fahrzeug bei niedrigen Geschwindigkeiten deutlich höhere Emissionen und größere Varianzen auf, so dass dort die Kurve der Mittelwerte deutlich über der Trendkurve des Handbuchs liegt. Für eine leistungsspezifische Darstellung der Messwerte wurden in unterschiedlichen Leistungs- und Drehzahlfenstern quasistationäre Betriebsbedingungen gesucht und die Ergebnisse als gemittelte Emissionswerte dargestellt. Für ein Fahrzeug wurden exemplarisch die Prüfpunkte des ESC in diese Darstellung eingefügt. Bei Betrachtung der Betriebsweise auf der Straße und Vergleich mit der Wichtung der jeweiligen ESC-Prüfpunkte ist erkennbar, dass für dieses Fahrzeug die Wichtung des ESC nur sehr bedingt die Betriebsweise auf der Straße widerspiegelt. Abschließend kann festgestellt werden, dass, von Entwicklungsbedarf bei der Abgasmassen-strommessung abgesehen, Messtechnik zur Verfügung steht, um Realemissionen von Fahrzeugen im Straßenbetrieb für die Komponenten CO, HC, NOx und CO2 zu ermitteln. Die ermittelten Emissionsfaktoren sind geeignet, die Daten des Emissionsfaktoren-Handbuches zu validieren. Eine Erweiterung des Handbuches mit den ermittelten Ergebnissen ist aufgrund der sehr unterschiedlichen Datenstruktur nicht möglich. Dies ist aber auch nicht notwendig, da zwischen den Ergebnissen des Handbuches und den Ergebnissen der mobilen Straßenmessung eine gute Übereinstimmung besteht. Der Originalbericht enthält als Anhänge grafische Darstellungen der Geschwindigkeitsprofile der untersuchten Fahrten getrennt nach Automatik und Handschaltung bei unterschiedlichen Nutzlasten (Anhang A) sowie der Emissionsfaktoren der Fahrtabschnitte im Vergleich zum Handbuch (Anhang B). Auf die Wiedergabe dieser Anhänge wurde in der vorliegenden Veröffentlichung verzichtet. Sie liegen bei der Bundesanstalt für Straßenwesen vor und sind dort einsehbar. Verweise auf die Anhänge wurden zur Information des Lesers im Berichtstext beibehalten.
• At present, there are only a few resilient emission factors (E-factors) for heavy utility vehicles of the exhaust gas level Euro 3 with a permissible total weight of over 12 t. Corresponding engines have only been measured on test stations individually till now. There is practically no knowledge of the emission behavior of such propulsions in real driving operations. The objectives of the research were: 1.) increasing the E-factor database by measuring vehicles in road operations, 2.) the comparison of real measurements with values from the E-factor manual and 3.) the validation of modern on-board measurement procedures. Three heavy tractors with trailers were selected for the measurements as well as a vehicle from distributing traffic. Measurement inspections with a full and a half load were carried out. The on-board measurement technology compiled the gaseous emissions as well as the mass flow of exhaust without taking time into consideration in the process. In addition to this performance and speed data were compiled. The driving patterns as described in the E-factor manual had to be isolated from the driving profiles of the measurement inspections for the evaluation of the data. E-factors were determined in g/km for suitable driving patterns and they were compared with those in the E-factor manual. Comparative measurements were carried out in the European stationary and dynamic type test cycles ESC (Electronic Speed Control) and ETC (Electronic Traction Control) for evaluating the on-board measurement technology. Analysis technology proved to be very well suited for mobile measurements according to these comparisons. Deviations from the laboratory results essentially occurred due to differences in the measurement of the mass flow of exhaust. The comparison of the E-factors in the manual with the results obtained in this research on the basis of average speed and average positive performance did not show any serious differences in HC, NOx and CO2 in the tractor-trailers for the mean value covering all 3 vehicles. In the case of CO one vehicle clearly showed higher emissions at lower speeds and large variations so that there the curve of mean values clearly lies above the trend curve in the manual. Almost stationary operational conditions were looked for in different performance windows and windows on the number of revolutions for a performance specific representation of the measurement values and the results were shown as averaged emission values. As an example for a vehicle, the testing points of the ESC were inserted into this representation. When observing the mode of operation on the road and comparing it with the weighting of the respective ESC testing points, it can be recognized that the weighting of ESC for this vehicle only reflects the mode of operation on the road conditionally. Finally it can be determined that apart from the need for development in the measurement of mass flow of exhaust, there is measurement technology available to determine real emissions of vehicles in road operations for the components CO, HC, NOx and CO2. The E-factors found are suitable for validating the data of the E-factor manual. An extension of the manual with the results found is not possible due to the very different data structure. However, this is also not necessary since there is a good correlation between the results of the manual and the results of the mobile road measurement.