Berichte derBundesanstalt für Straßenwesen

Fahrzeugtechnik Heft F 41

Abgasuntersuchung:Dieselfahrzeuge

Berichte derBundesanstalt für Straßenwesen

Abgasuntersuchung:Dieselfahrzeuge

Fahrzeugtechnik Heft F 41

von

Günter AfflerbachDieter Hassel

Hans Jürgen MäurerHelge Schmidt

Franz-Josef Weber

ARGE BAStRWTÜV Fahrzeug GmbH, Institut für Fahrzeugtechnik

Essen

Die Bundesanstalt für Straßenwesen veröffentlicht ihre Arbeits- und Forschungs-ergebnisse in der Schriftenreihe Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen. Die Reihebesteht aus folgenden Unterreihen:

A - AllgemeinesB - Brücken- und IngenieurbauF - FahrzeugtechnikM- Mensch und SicherheitS - StraßenbauV - Verkehrstechnik

Es wird darauf hingewiesen, dass die unter dem Namen der Verfasser veröffentlichtenBerichte nicht in jedem Fall die Ansicht desHerausgebers wiedergeben.

Nachdruck und photomechanische Wieder-gabe, auch auszugsweise, nur mit Genehmi-gung der Bundesanstalt für Straßenwesen, Referat Öffentlichkeitsarbeit.

Die Hefte der Schriftenreihe Berichte derBundesanstalt für Straßenwesen können direkt beim Wirtschaftsverlag NW, Verlag für neue Wissenschaft GmbH, Bgm.-Smidt-Str. 74-76, D-27568 Bremerhaven, Telefon (04 71) 9 45 44 - 0, bezogen werden.

Über die Forschungsergebnisse und ihre Veröffentlichungen wird in Kurzform imInformationsdienst BASt-Info berichtet.Dieser Dienst wird kostenlos abgegeben;Interessenten wenden sich bitte an dieBundesanstalt für Straßenwesen, Referat Öffentlichkeitsarbeit.

Impressum

Bericht zum Forschungsprojekt 85.007/1999: Abgasuntersuchung Erfolgskontrolle (Teil 2), Dieselmotor

ProjektbetreuungBernd Bugsel

HerausgeberBundesanstalt für StraßenwesenBrüderstraße 53, D-51427 Bergisch GladbachTelefon: (0 22 04) 43 - 0Telefax: (0 22 04) 43 - 674

RedaktionReferat Öffentlichkeitsarbeit

Druck und VerlagWirtschaftsverlag NWVerlag für neue Wissenschaft GmbHPostfach 10 11 10, D-27511 BremerhavenTelefon: (04 71) 9 45 44 - 0Telefax: (04 71) 9 45 44 77Email: vertrieb@nw-verlag.deInternet: www.nw-verlag.deISSN 0943-9307ISBN 3-89701-970-1Bergisch Gladbach, Mai 2003

Kurzfassung – Abstract

Abgasuntersuchung: Dieselfahrzeuge

Im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorha-bens wurden Vorschläge zur Erhöhung der Aussa-gekraft der bestehenden Abgasuntersuchung fürFahrzeuge mit Dieselmotor und zur Anpassung derUntersuchungsmethode an die Anforderungendurch künftige Fahrzeuggenerationen erarbeitet.

Während des Betriebs von Fahrzeugen mit Kom-pressionszündungsmotor lagern sich im Abgas-system Rußpartikel ab. Bei der Durchführung derfreien Beschleunigung an einem unzureichend kon-ditionierten Fahrzeug können sich derartigeRußpartikel lösen und zu einer Erhöhung der ge-messenen Abgastrübung führen. Dieser Deposit-effekt kann dazu führen, dass Fahrzeuge ohnetechnischen Defekt bei der Abgasuntersuchungbeanstandet werden (Error of Commission). Nebender Fahrzeugkonditionierung hat die Beschleuni-gungszeit bei der freien Beschleunigung einen ent-scheidenden Einfluss auf die gemessene Abgas-trübung. Bei der freien Beschleunigung wird derMotor gegen seine Massenträgheit von der Leer-laufdrehzahl auf die Abregeldrehzahl beschleunigt.Entscheidend für die Aussagefähigkeit dieser Mes-sung ist eine schnelle und stoßfreie Beschleuni-gung, so dass die größtmögliche Einspritzmengeinnerhalb kürzester Zeit erreicht wird. Bei einerlangsamen Beschleunigung wird nicht die volleEinspritzmenge erreicht, die aufgebrachte Motor-last ist geringer und es wird eine niedrigere Abgas-trübung gemessen. Das kann dazu führen, dassdefekte Fahrzeuge bei langsamer Beschleunigungals in Ordnung bewertet werden (Error of Ommis-sion). Vor diesem Hintergrund wurden im Rahmendieses Forschungsvorhabens folgende Vorschlägezur Verbesserung der Aussagekraft der Abgasun-tersuchung für Fahrzeuge mit Dieselmotor erarbei-tet:

· eine allgemein gültige Festlegung der Konditio-nierungsverfahren, d. h. mindestens acht freieBeschleunigungen bei betriebswarmem Motorvor Beginn der Trübungsmessung;

· eine Begrenzung der Beschleunigungszeit aufmax. 1,5 s, wobei in besonderen Fällen größereWerte zulässig sind, wenn dies der Herstellertechnisch begründet.

Neue Fahrzeugkonzepte mit deutlich abgesenktenAbgasemissionen, sowohl im Pkw-Bereich alsauch im Bereich der schweren Nutzfahrzeuge, stel-len langfristig erhöhte Anforderungen an das Prüf-verfahren und die eingesetzte Messtechnik. ImRahmen dieses Forschungsvorhabens wurdendaher verschiedene Ansätze für eine Weiterent-wicklung der Abgasuntersuchung aufgezeigt. Ineiner theoretischen Studie und praktischen Versu-chen wurden die verschiedenen Ansätze im Hin-blick auf ihre Wirksamkeit und Praxistauglichkeituntersucht. Vor dem Hintergrund der EG-Gesetz-gebung scheint die Kombination der Trübungs-messung bei einer freien Beschleunigung mit denFunktionen einer künftigen Diesel-OBD eine aus-sichtsreiche Lösung darzustellen. Da zum Zeit-punkt der Untersuchung noch keine mit einer vor-schriftenkonformen OBD ausgerüsteten Diesel-fahrzeuge verfügbar waren, wurden die Ergebnissean Fahrzeugen mit herstellerspezifischen Eigen-diagnosesystemen erarbeitet. Da jedoch nichtgrundsätzlich neue Ansätze bezüglich der Eigen-diagnose an Dieselmotoren zu erwarten sind (ver-fügbare Istwerte, Inhalt Fehlerspeicher), sondernim Wesentlichen die Abgasnachbehandlung beiden OBD-Dieselfahrzeugen zusätzlich in die Diag-nose einbezogen wird, ist dieser Ausblick durchauswirklichkeitsnah. Aufgrund der geringen Anzahlvon untersuchten Fahrzeugen und der Tatsache,dass zur Zeit keine Dieselfahrzeuge mit vorschrif-tenkonformer OBD erhältlich sind, sollten für dieErarbeitung eines diskussionsfähigen Vorschlagszur Einbindung der Diesel-OBD in die AU weitereUntersuchungen erfolgen.

Exhaust-emission Check: Diesel Vehicles

This research project involved elaborating proposals to increase the informative value of theexisting exhaust-emission check for vehicles withdiesel engine and to adapt the test method to therequirements of future generations of vehicles.

Soot particles are deposited in the exhaust systemduring operation of vehicles with compression ignition engine. Such soot particles may becomedetached and may lead to an increase in the measured exhaust-gas opacity when freely

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accelerating on an inadequately conditioned vehicle. This deposit effect may lead to a situationin which vehicles fail the exhaust-emission check(error of commission) without a technical defect.Besides vehicle conditioning, the duration of acceleration during free acceleration also has acrucial influence on the measured exhaust-gasopacity. During free acceleration, the engine is accelerated against its inertia of mass from idlingspeed to breakaway speed. Fast and smooth acceleration is crucial as regards the informativevalue of this measurement, so that maximum possible injected-fuel quantity is achieved withinthe shortest time. If acceleration is slow, the full injected-fuel quantity is not reached, the appliedengine load is lower and a lower exhaust-gas opacity is measured. This may lead to a situation inwhich defective vehicles are rated as OK in thecase of slow acceleration (error of omission).Against this backdrop, the following proposals forimproving the informative value of the exhaust-emission check for vehicles with diesel enginewere elaborated within the framework of this research project:

· a generally valid stipulation of the conditioningmethods, i. e. at least eight free accelerationoperations with the engine at operating temperature before commencement of opacitymeasurement;

· a limitation of the duration of acceleration tomax. 1.5 seconds, whereby higher values arepermitted in special cases if this is technicallysubstantiated by the manufacturer.

New vehicle concepts with far lower exhaust emissions, both in the passenger car sector and inthe heavy goods vehicle sector, will place morestringent requirements on the test method and themeasuring system used in the long term. Consequently, various approaches to further development of the exhaust-emission check wereillustrated within the framework of this researchproject. The various approaches were investigatedwith a view to their effectiveness and practical suitability in a theoretical study and practical trials. Against the backdrop of EU legislation, a combination of opacity measurement with free acceleration and the functions of a future dieselOBD would appear to be a promising solution.Since no diesel vehicles equipped with a regu-lation-compliant OBD were yet available at the timeof the study, the results were elaborated on

vehicles with manufacturer-specific self-diagnosissystems. However, since, basically, no new approaches in respect of self diagnosis on dieselengines can be anticipated (available actual values,content of fault memory), but, essentially, exhaust-gas aftertreatment will be an additional factor included in diagnosis, this outlook is certainly realistic. Further studies should be conductedwhen elaborating a discussable proposal for integration of diesel OBDs in the exhaust-emissioncheck owing to the small number of vehicles investigated and the fact that no diesel vehicleswith regulation-compliant OBD are currently yetavailable.

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Inhalt

1 Einleitung und Aufgabenstellung . . . . 7

2 Projektdarstellung . . . . . . . . . . . . . . . 7

3 Ausgangslage und vorhandene Erkenntnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4 Methodisches Vorgehen . . . . . . . . . . . 9

4.1 Möglichkeiten zur Erhöhung der Aussagekraft der bestehenden Abgasuntersuchung . . . . . . . . . . . . . . . 9

4.1.1 Einfluss der Fahrzeugkondi-tionierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4.1.2 Einfluss der Beschleunigungszeit . . . . . 9

4.2 Möglichkeiten zur Anpassung der Abgasuntersuchung an künftige Fahrzeuggenerationen . . . . . . . . . . . . . 10

5 Ergebnisse zur Erhöhung der Aussagekraft der bestehenden Abgasuntersuchung . . . . . . . . . . . . . . 11

5.1 Einfluss der Fahrzeugkondi-tionierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

5.2 Einfluss der Beschleunigungs-zeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

5.3 Bewertung der Möglichkeiten zur Erhöhung der Aussagekraft der bestehenden Abgasuntersuchung bezüglich Konditionierung und Beschleunigungszeit . . . . . . . . . . . . . . . 20

6 Theoretische Studie zur Anpas-sung der Abgasuntersuchung an künftige Fahrzeuggenera-tionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

6.1 Fahrwiderstandssimulation . . . . . . . . . . 21

6.2 Analyse der Abgaskomponenten . . . . . . 24

6.3 On-Board-Diagnose/Eigendiag-nose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

6.4 On-Board-Measurement . . . . . . . . . . . . 30

6.5 Auswahl der praktisch zu unter-suchenden Verfahren . . . . . . . . . . . . . . 30

7 Praktische Untersuchung zur Anpassung der Abgasunter-suchung an künftige Fahrzeug-generationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

7.1 Beschreibung der unterschied-lichen Motorbelastungen . . . . . . . . . . 31

7.1.1 Konstantfahrt bei Teillast auf einem Fahrleistungsprüfstand . . . . . . . . . . . . 31

7.1.2 Beschleunigung von Teillast auf Volllast auf einem Fahrleistungs-prüfstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

7.1.3 Volllast auf einem Fahrleistungs-prüfstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

7.1.4 Freie Beschleunigung . . . . . . . . . . . . . 31

7.2 Beschreibung der eingesetzten Messgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

7.2.1 Partikelmessung . . . . . . . . . . . . . . . . 327.2.1.1 Lehrstuhl für Technische Thermo-

dynamik (LTT), Universität Erlangen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

7.2.1.2 Sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337.2.1.3 AVL-Filterpumpe 415 . . . . . . . . . . . . . 33

7.2.2 Ermittlung der Trübung . . . . . . . . . . . 337.2.3 Ermittlung der Filterschwärzung . . . . . 347.2.4 Ermittlung der gasförmigen

Schadstoffemissionen . . . . . . . . . . . . 34

7.3 Eigendiagnose . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

7.4 Zulassungstest . . . . . . . . . . . . . . . . . 367.4.1 Pkw nach 70/220/EWG . . . . . . . . . . . 367.4.2 Nutzfahrzeuge nach 88/77/EWG . . . . 37

8 Ergebnisse bei der praktischen Untersuchung zur Anpassung der Abgasuntersuchung an künftige Fahrzeuggenerationen . . . . 38

8.1 Fahrzeug 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

8.2 Fahrzeug 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

8.3 Fahrzeug 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

8.4 Fahrzeug 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

8.5 Fahrzeug 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

8.6 Zusammenfassung der Ergebnisse beider praktischen Untersuchung zur An-passung der Abgasuntersuchung ankünftige Fahrzeuggenerationen . . . . . 47

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9 Bewertung der Ergebnisse der praktischen Untersuchung zur Anpassung der Abgasunter-suchung an künftige Fahrzeug-generationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

9.1 Konstantfahrt bei Teillast auf einem Fahrleistungsprüfstand . . . . . . 48

9.2 Beschleunigung von Teillast auf Volllast auf einem Fahrleistungs-prüfstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

9.3 Volllastmessungen auf Rollen-prüfstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

9.4 Freie Beschleunigung . . . . . . . . . . . . . 49

9.5 Eigendiagnose . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

9.6 Neue Messverfahren . . . . . . . . . . . . . 52

10 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . 54

11 Messgeräte zur Bestimmung von Abgaskomponenten/Partikel im Abgas von Dieselmotoren . . . . . . . . 57

12 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Abkürzungsverzeichnis

AGR AbgasrückführungASM Acceleration Simulation ModeAU Abgasuntersuchung

BASt Bundesanstalt für Straßenwesen

CVS Constant Volume SamplingCO KohlenmonoxidCO2 Kohlendioxid

DAT Deutsche Automobil Treuhand

FAS Free Acceleration Simulation; freie Beschleunigung

FSN Filter Schwärzungs-Nummer

Gair LuftmassenstromGexh AbgasmassenstromGfuel Kraftstoffmassenstrom

HC KohlenwasserstoffeHFM Heißfilm-Luftmassenmesser

IM 240 Inspection Maintenance; dynamischerFahrzyklus mit 240 Sekunden Dauer

k-Wert Trübungswert [m-1]

λ Lambda; Verhältnis der tatsächlich ver-brauchten Luftmasse zur theoretischbenötigten Luftmasse

MIL Malfunction Indicator Lamp; Fehlfunktionsanzeige

NOx StickoxideNEFZ Neuer Europäischer Fahrzyklus

O2 SauerstoffOBD On-Board-Diagnose, gemäß Ratsrichtlinie

98/69/EG

Pwheel RadleistungPM Partikelmasse

SCR Selective Catalytic Reduction

tB Beschleunigungszeit, definiert nach dem„Leitfaden zur Begutachtung von AU-Messgeräten“

Vom Auftraggeber wurde ein forschungsbegleiten-der Ausschuss benannt. Neben der BASt und denForschungsnehmern waren Vertreter des VDA, desVdIK, des ZDK und des UBA vertreten. Wir dankenallen Beteiligten für ihre Unterstützung und die konstruktive Zusammenarbeit.

1 Einleitung und Aufgabenstel-lung

Aus heutiger Sicht kann insbesondere im Hinblickauf die erforderliche Senkung der globalen CO2-Emissionen nicht auf den Dieselmotor als ver-brauchsgünstiges Antriebsaggregat für Kraftfahr-zeuge verzichtet werden. Dennoch ist der Kom-pressionszündungsmotor wegen der gegenüberauf λ = 1 geregelten Fremdzündungsmotoren mitDreiwege-Katalysator höheren Partikel- und Stick-oxidemissionen zunehmender Kritik ausgesetzt.

Bei der Abgasuntersuchung für Fahrzeuge mit Die-selmotor erfolgt die Bewertung des Abgasemissi-onsverhaltens durch die Messung der Abgastrü-bung bei der freien Beschleunigung. Dieses Mess-verfahren ist in der Ratsrichtlinie 72/306/EWG undder ECE-Regelung Nr. 24 über die Prüfung sichtba-rer luftverunreinigender Stoffe aus Dieselmotorenzum Antrieb von Fahrzeugen verankert und wurdeursprünglich entwickelt, um Sichtbehinderungenim Verkehr durch Dieselruß zu verhindern. Die imRahmen von Phase I und II dieses Forschungsvor-habens erarbeiteten Erkenntnisse zeigen, dass ins-besondere aufgrund des starken Einflusses derFahrzeugkonditionierung (Error of Commission)und der nicht begrenzten Beschleunigungszeit(Error of Omission) auf das Ergebnis der Trübungs-messung eine Hochrechnung des Abgasminde-rungspotenzials der bestehenden Abgasuntersu-chung für Fahrzeuge mit Dieselmotor nicht möglichist. Daher sind Maßnahmen zur Erhöhung der Aus-sagekraft der bestehenden Abgasuntersuchung fürDieselfahrzeuge erforderlich [1.1, 1.2].

Die Einführung verschärfter Grenzwerte für das Ab-gasemissionsverhalten von Fahrzeugen mit Diesel-motor im Rahmen der Typprüfung macht neue Mo-torkonzepte sowohl im Bereich der Pkw und leich-ten Nutzfahrzeuge als auch im Bereich der schwe-ren Nutzfahrzeuge erforderlich. Die niedrigen Ab-gasemissionen dieser neuen Fahrzeuggenerationstellen erhöhte Anforderungen an die Aussage-fähigkeit einer periodischen Abgasuntersuchungfür Fahrzeuge im Feld.

Ziel von Phase III der Abgasuntersuchung-Erfolgs-kontrolle ist daher, Vorschläge für eine bessereAussagekraft der Abgasuntersuchung für Diesel-fahrzeuge darzustellen.

2 Projektdarstellung

Seit dem 01.12.1993 ist eine periodische Abgasun-tersuchung für im Verkehr befindliche Fahrzeugemit Dieselmotor sowie mit Ottomotor und geregel-tem Katalysator vorgeschrieben. Der Bundesminis-ter für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen(BMVBW) hat die Bundesanstalt für Straßenwesen(BASt) mit der Durchführung des Forschungspro-jekts „Abgasuntersuchung – Erfolgskontrolle, Teil2“ beauftragt. Das Gesamtprojekt, dessen Strukturin Bild 2.1 dargestellt ist, wurde in die Teilprojekte„Statistische Erhebung“ und „Wirksamkeitsanaly-se“ untergliedert [2.1].

Im Rahmen des Teilprojekts 1 „Statistische Erhe-bung“, an der alle Technischen Überwachungs-Vereine, DEKRA und ZDK beteiligt waren, wurdenin den Jahren 1994 und 1997 statistisch repräsen-tative Erhebungen zur Ermittlung der Beanstan-dungsquoten (Auffälligkeitsraten) durchgeführt.

Gegenstand des Teilprojekts 2 ist die Wirksam-keitsanalyse der geltenden AU, deren Durch-führung für den Bereich der G-Kat-Pkw der Ar-beitsgemeinschaft RWTÜV/TÜV Rheinland über-tragen wurde. Die Untersuchungen für den Bereichder Diesel-Pkw wurden von der Arbeitsgemein-schaft RWTÜV/TÜV Rheinland/DEKRA durchge-führt.

Der vorliegende Bericht bezieht sich auf die Wirk-samkeitsanalyse der AU an Diesel-Fahrzeugen.Wie dem Strukturplan entnommen werden kann,untergliedert sich diese Untersuchung in drei Pha-sen.

Die Ergebnisse aus den Phasen I und II dieses For-schungsvorhabens zeigen, dass insbesonderewegen des starken Konditionierungseinflussessowie der bisher nicht beschränkten Beschleuni-gungszeit eine Hochrechnung des Emissions-Min-derungspotenzials, hervorgerufen durch die Ein-führung der Abgasuntersuchung für Dieselfahrzeu-ge, nicht möglich ist.

Eine Minderung der Abgasemissionen durch diemit einer nicht bestandenen Abgasuntersuchungverbundenen Wartungs- und Instandsetzungsar-beiten lassen sich für einzelne Fahrzeuge nachwei-sen, sie können jedoch nicht auf den gesamtenFahrzeugbestand übertragen werden. Dabei spieltes keine Rolle, in welchem Prüfpunkt die AU nichtbestanden werden konnte (Sichtprüfung, Einstel-lungen oder Abgastrübung).

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Aufgrund dieser Ergebnisse wurden in Phase III derAU-Erfolgskontrolle Vorschläge zur

- Beschränkung der Beschleunigungszeit,

- Verbesserung der Fahrzeugkonditionierung

erarbeitet. Diese Maßnahmen sollen zu einer Ver-besserung der Aussagefähigkeit der bestehen-den Abgasuntersuchung führen. Die Wirksamkeitund Umsetzbarkeit dieser Maßnahmen sind zuklären.

Möglichkeiten einer zukünftigen Abgasuntersu-chung

Für eine zukünftige Abgasuntersuchung wurdenfolgende Lösungsansätze betrachtet:

- Messung der Abgastrübung unter Motorlast;

- Messung der gasförmigen Emissionen, insbe-sondere der Stickoxide;

- Erfassung der Partikelemissionen (Masse, An-zahl und Größe);

- On-Board-Diagnose.

3 Ausgangslage und vorhandene Er-kenntnisse

Die Ergebnisse aus Phase I und II der AU-Erfolgs-kontrolle haben gezeigt, dass die Konditionierungeinen erheblichen Einfluss auf die bei der freien Be-schleunigung gemessene Abgastrübung hat. Dem-gegenüber war ein solcher Einfluss der Konditio-nierung bei der Messung der Partikelemissionenauf dem Fahrleistungsprüfstand im Fahrzyklusnicht zu erkennen. Das führt dazu, dass teilweiseunzureichend konditionierte Fahrzeuge, die keinentechnischen Defekt aufweisen, aufgrund der Über-schreitung des Grenzwertes für die Trübung bean-standet werden (Error of Commission). Die Be-schleunigungszeit hat einen entscheidenden Ein-fluss auf den gemessenen Trübungswert. Der Ge-setzgeber schreibt vor, dass das Fahrpedal bei derfreien Beschleunigung schnell und stoßfrei durch-getreten werden muss. Einen aussagekräftigenWert für die Abgastrübung eines Fahrzeuges beieiner freien Beschleunigung erhält man bei einermöglichst kurzen Beschleunigungszeit. Bei langsa-mer Beschleunigung sinken die gemessenen Trü-bungswerte auf einen Bruchteil des Wertes bei kor-rekter Durchführung der Messung. Das kann zueinem „Error of Omission“ führen, d. h., Fahrzeugedie einen abgasrelevanten Defekt aufweisen, kön-

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Bild 2.1: Struktur des Forschungsprojekts „Abgasuntersuchung – Erfolgskontrolle“

nen aufgrund einer zu langen Beschleunigungszeitbei der Abgasuntersuchung nicht erkannt werden.

Um die Aussagefähigkeit des bestehenden Verfah-rens bei der Abgasuntersuchung zu erhöhen, isteine geeignete Fahrzeugkonditionierung vor derTrübungsmessung erforderlich. Ein geeignetes Ver-fahren zur Konditionierung der zu untersuchendenFahrzeuge ist zu entwickeln. Außerdem ist zu prü-fen, ob ein Maximalwert für die Beschleunigungs-zeit bei der Messung der Abgastrübung eingeführtwerden kann, dessen Einhaltung von dem Abgas-messgerät überwacht wird.

Mit der EG-Richtlinie 98/69/EG werden im Rahmender Typprüfung erhöhte Anforderungen an das Ab-gasemissionsverhalten zukünftiger Fahrzeuggene-rationen gestellt. Die Grenzwerte für Kohlenmono-xid-, Stickoxid-, Kohlenwasserstoff- und Partikel-emissionen werden in zwei Stufen deutlich abge-senkt. Außerdem ist mit der Einführung dieserRichtlinie die Einbeziehung der OBD für Pkw mitDieselmotor ab dem Jahr 2003 vorgesehen [3.1].

Auch auf dem Gebiet der schweren Nutzfahrzeugeist durch die Änderung der Richtlinie 88/77/EWG,die ab dem Jahr 2000 wirksam wurde, eine deutli-che Reduzierung der Abgasemissionen zu erwar-ten [3.2].

Das Inkrafttreten dieser geänderten Richtlinienbringt neue Motor- und Abgasnachbehandlungs-konzepte mit sich, die erhöhte Anforderungen aneine periodische Abgasuntersuchung für Fahrzeu-ge mit Dieselmotor stellen und eine Weiterentwick-lung der Abgasuntersuchung erfordern. Bereits beiFahrzeugen, die zur Zeit im Rahmen der Typprü-fung nach den aktuell gültigen Richtlinien zugelas-sen werden, werden bei der freien BeschleunigungAbgastrübungen (k-Werte) von etwa 0,2 m-1 ge-messen.

4 Methodisches Vorgehen

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werdenVorschläge zur Erhöhung der Aussagekraft der be-stehenden Abgasuntersuchung für Dieselfahrzeu-ge aufgezeigt und untersucht. Außerdem werdenAnsätze für ein weiterentwickeltes Prüfverfahren fürdie periodische Untersuchung von Fahrzeugen mitDieselmotor im Verkehr dargestellt und bewertet.

Als Ausgangsbasis für die Untersuchungen werdender Kenntnisstand aus den Phasen I und II dieses

Forschungsvorhabens und Daten aus Feldmessun-gen der Prüfstellen herangezogen. Außerdem wer-den wissenschaftliche Ausarbeitungen und For-schungsergebnisse zu dem allgemeinen Themader Abgasmessung und deren Bewertung verarbei-tet.

In den Phasen I und II dieses Forschungsvorha-bens wurden verschiedene Maßnahmen zur Ver-besserung der Aussagefähigkeit der bestehendenAbgasuntersuchung erarbeitet. Die Wirksamkeitund Umsetzbarkeit dieser Maßnahmen sollen inder Praxis überprüft werden.

Außerdem werden in Studien und praktischen Ver-suchen Lösungsansätze für ein aussagefähiges,praxistaugliches Verfahren zur periodischen Über-prüfung des Abgasemissionsverhaltens neuerFahrzeuggenerationen erarbeitet.

4.1 Möglichkeiten zur Erhöhung derAussagekraft der bestehenden Ab-gasuntersuchung

In Phase II der AU-Erfolgskontrolle für Fahrzeugemit Dieselmotor wurden verschiedene Maßnahmenzur Verbesserung der Aussagefähigkeit der beste-henden Abgasuntersuchung erarbeitet. Diese An-sätze werden in den folgenden Abschnitten darge-stellt.

4.1.1 Einfluss der Fahrzeugkonditionierung

In Phase II dieses Forschungsvorhabens wurdenverschiedenen Vorschläge für eine Fahrzeugkondi-tionierung entworfen. Außerdem ist zur Klärung derRandbedingungen der Fahrzeugkonditionierungeine Datensichtung der von verschiedenen Fahr-zeugherstellern angegebenen Konditionierungs-verfahren vorgesehen. Auf der Basis dieser Datenwird ein geeignetes Konditionierungsverfahrenunter Berücksichtigung von Parametern wie Hub-raum, Ölmenge usw. entwickelt und seine Wirk-samkeit an verschiedenen Fahrzeugen in der Pra-xis untersucht und bewertet. Dabei wird zwischenPkw und leichten Nutzfahrzeugen sowie schwerenNutzfahrzeugen unterschieden. An verschiedenenFahrzeugtypen wird dieses Konditionierungsver-fahren erprobt.

4.1.2 Einfluss der Beschleunigungszeit

Die Beschleunigungszeit wird von den AU-Gerätenerfasst, aber nicht bewertet. Aufgrund ihres großen

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Einflusses auf die gemessene Trübung ist eine Be-grenzung der Beschleunigungszeit durch das Ab-gasmessgerät bei der Trübungsmessung sinnvoll.Daher sollte die Zeit für die Beschleunigung vonder Leerlaufdrehzahl auf die Abregeldrehzahl aufeinen geeigneten Maximalwert begrenzt werden.

Für einige Motorkonzepte lassen sich nicht beliebigkurze Beschleunigungszeiten realisieren (z. B. zweiMassen-Systeme). Daher ist vor einer Begrenzungder Beschleunigungszeit anhand einer Datensich-tung der an den Prüfbahnen von DEKRA, RWTÜVund TÜV Rheinland durchgeführten Abgasuntersu-chungen ein geeigneter Grenzwert für die Be-schleunigungszeit bei Pkw und Lkw zu ermitteln. Inpraktischen Untersuchungen wird die Wirksamkeitdieser Maßnahme untersucht und bewertet.

4.2 Möglichkeiten zur Anpassung derAbgasuntersuchung an künftigeFahrzeuggenerationen

Auf dem Gebiet der Anpassung der Abgasuntersu-chung an zukünftige Fahrzeuggenerationen be-steht erheblicher Forschungsbedarf. Es muss einaussagefähiges Verfahren gefunden werden, daspraxistauglich ist.

Als Basis für weiterführende Untersuchungen sollin theoretischen Studien der aktuelle internationaleWissenstand zusammengetragen werden, und dieeinzelnen Prüfverfahren sollen theoretisch bewertetwerden. Dabei werden insbesondere die folgendenPunkte berücksichtigt:

• Alternative FahrwiderstandssimulationEntscheidend für die Aussagekraft einer Abgas-untersuchung ist die Motorbelastung. Eine Al-ternative zur freien Beschleunigung stellt eineMessung im Leerlauf oder eine Prüfung unterLast dar. Hier könnten stationäre (Lastpunkte)oder dynamische Messungen (Fahrzyklen) zumEinsatz kommen.

· Messung der gasförmigen EmissionenBei Messungen unter Last ist neben der Erfas-sung der Abgastrübung die Messung der gas-förmigen Schadstoffe, insbesondere der Stick-oxide, sinnvoll.

• Gravimetrische Erfassung der PartikelemissionIm Rahmen der Typprüfung wird die ausge-stoßene Partikelmasse als Maß für die Ruß-emission von Dieselfahrzeugen erfasst. Beieiner Messung auf einem Rollenprüfstand wäre

das auch im Rahmen der Abgasuntersuchungtheoretisch denkbar.

• Erfassung der Partikelemission (Anzahl undGröße)Mit Einführung moderner Einspritzsysteme mithohen Einspritzdrücken sinkt einerseits dieMasse der ausgestoßenen Partikel, anderer-seits werden die Partikel u. U. kleiner. Daher istdie Erfassung der Partikelanzahl und -größe indie Diskussion geraten. Diese Entwicklung soll-te bei den Überlegungen zur Verbesserung derAbgasuntersuchung berücksichtigt werden.

• On-Board-DiagnoseMit der Einführung der Ratsrichtlinie 98/69/EGist die Einbeziehung einer genormten On-Board-Diagnose für Pkw mit Dieselmotor abdem Jahr 2003 vorgesehen. Somit ist zu unter-suchen, ob die Einführung dieser OBD zu einerVerbesserung der Aussagequalität führen kann.

Die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Prüf-verfahren werden im Hinblick auf die Art der Mo-torlast und die Abgasanalytik einander gegenüber-gestellt. Dabei wird zwischen Pkw und leichtenNutzfahrzeugen auf der einen Seite und schwerenNutzfahrzeugen auf der anderen Seite unterschie-den. Aufgrund dieser theoretischen Bewertungenwerden in Abstimmung mit dem forschungsbeglei-tenden Ausschuss zwei Prüfverfahren ausgewählt,die in praktischen Versuchen im Hinblick auf ihreWirksamkeit und Praxistauglichkeit untersuchtwerden. Dabei wird der Schwerpunkt zunächst aufdie Untersuchung von Pkw und leichten Nutzfahr-zeugen gelegt.

Zu diesem Zweck werden vier verschiedene Pkwbzw. leichte Nutzfahrzeuge mit den ausgewähltenPrüfverfahren vermessen. Um die Aussagekraft derbei diesen Prüfverfahren erzielten Messergebnissezu bewerten, werden Vergleichsmessungen imNeuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) auf einemFahrleistungsprüfstand für Typprüfungen und mitder bestehenden Abgasuntersuchung durchge-führt.

Für die Messungen werden Fahrzeuge verwendet,die den neuesten Stand der Technik repräsentie-ren. Dabei werden verschiedene Einspritzsystemeberücksichtigt. Da zur Zeit derartige Fahrzeuge miteiner entsprechenden Laufleistung und abgasrele-vanten Fehlern im Feld nicht zur Verfügung stehen,ist es erforderlich, Fehlersimulationen an diesenFahrzeugen durchzuführen, um die Erkennung von

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Defekten mit den verschiedenen Prüfverfahren zuuntersuchen. Dabei sind die in der Praxis bisher beider Abgasuntersuchung aufgefallenen Mängel,aber auch durch neue Fahrzeugkonzepte bedingteFehlerquellen, z. B. an Abgasnachbehandlungs-systemen wie Partikelfiltern und De-NOx-Katalysa-toren, zu berücksichtigen. Derartige Systeme stan-den jedoch nicht zur Verfügung.

Als Ergänzung zu den Messungen an Pkw undleichten Nutzfahrzeugen werden Tests an einemschweren Nutzfahrzeug mit modernem Motorkon-zept und, falls verfügbar, Abgasnachbehandlungs-system durchgeführt. Um die Aussagekraft der imausgewählten Prüfverfahren erzielten Messergeb-nisse zu bewerten, werden Vergleichsmessungenmit auf einem Fahrleistungsprüfstand gefahrenen13-Stufentest durchgeführt.

5 Ergebnisse zur Erhöhung derAussagekraft der bestehendenAbgasuntersuchung

5.1 Einfluss der Fahrzeugkonditionie-rung

Im Rahmen dieses Vorhabens wurde eine Daten-sichtung der von verschiedenen Fahrzeugherstel-lern angegebenen Verfahren zur Fahrzeugkonditio-nierung durchgeführt. Neben den aufgenommenenDaten aus der laufenden AU wurden die Angabenzur Konditionierung aus DAT analysiert. 21 Herstel-ler geben außer der Information über die Motor-temperatur keine weiteren Hinweise zur Konditio-nierung. Bei 5 Herstellern sind teilweise zusätzlicheAngaben vorhanden. Weitere Informationen kön-nen der Tabelle 5.1 entnommen werden.

Auffällig ist die Anzahl der Gasstöße bei dem Her-steller VW. Es wird vorgegeben, dass das Motoröleine Temperatur von mindestens 60 °C hat unddann mit 10 Gasstößen auf 80 °C gebracht wird.Alternativ schreibt VW für einige Motoren einWarmfahren des Motors vor.

Im Gegensatz dazu steht der Hersteller Opel, derbei einer Motoröltemperatur von über 80 °C alsKonditionierung immer 5 Gasstöße vorschreibt.

Neben der Datensichtung wurde der Einfluss derMotorkonditionierung auf das Abgasergebnis bei20 Fahrzeugen mit verschiedenen Motorkonzeptenin Messreihen ermittelt.

Als Beispiel sind in Tabelle 5.2 die Ergebnisse fürfolgende Fahrzeuge festgehalten:

- DaimlerChrysler W124 300 TD,- Opel Vectra 2,0 TDI – J96/Kombi,- VW Passat 1,9 TDI.

Das Vorgehen teilte sich in vier Prüfschritte auf:

1. Konditionierung gemäß Herstellerangaben ausDAT,

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Tab. 5.1: Herstellerangaben zur Fahrzeugkonditionierung

Hersteller Gasstöße Wasser- Elektr. Probefahrt Keine oder Verbrau- (Warm- Angaben

Öltemperatur cher fahren)[°C]

Alfa 3 > 80 Aus - -

Audi 10 > 80 Aus - -(ab 70°C)

BMW 5 > 70 Aus - -

Chrysler - > 80 - - X

Citroën - > 80 - - X

DAF - 70 - 130 - - X

Daihatsu 5 > 60 – 80 - - -

FIAT 3 > 80 Aus - -

Ford 10 > 80 - - -

GM - > 80 Aus X -

Honda - >70 - - X

Hyundai - > 80 - - X

IFA - > 60 - - X

IKARUS - > 50 - - X

ISUZU 5 > 80 - - -

IVECO - > 50 - 70 - - X

Kässbohrer 2 > 75 - - -

Kia - >60 - X -

LADA - > 80 - - X

Lancia 3 > 80 Aus - -

LIAZ - > 80 - - X

MAN - > 75 - 80 - - X

Mazda - > 60 - - X

Mercedes 0 - 3 > 70 - - -

Multicar - > 80 - - X

Neoplan 2 > 70 - - -

Nissan 3 > 85 Aus X -

Opel 5 > 80 - - -

Peugeot - > 80 Aus - X

Renault - > 80 Aus - X

Rover - 70 - 120 - - X

Scania - 70 - 100 - - X

Seat - > 80 Aus X -

Skoda 0 - 10 > 80 Aus X -

Ssangyong - > 70 - - X

Suzuki - > 80 - - -

Talbot - > 80 Aus - X

Toyota 3 > 80 Aus - -

Volkswagen 0 - 10 > 80 Aus X (möglichst) -

Volvo - > 80 - X -

(Stand: DAT 1998)

2. Durchführung einer AU,3. Konditionierung durch Warmfahren des Motors,4. Durchführung einer AU.

Wie die Messungen zeigen, reicht die ausschließli-che Angabe der Motoröltemperatur zur Überprü-fung der Konditionierung nicht aus. Es muss si-chergestellt werden, dass nicht Ablagerungen (De-posit-Effekte) in der Abgasanlage bei der AU frei-gesetzt werden und das Ergebnis verfälschen. Si-chergestellt werden könnte das durch eine ausrei-chende Anzahl freier Beschleunigungen, um dasSystem von Ablagerungen zu befreien.

In weiterführenden Messungen wurden diese Ef-fekte noch näher untersucht. Dafür wurde derMotor auf Betriebstemperatur gebracht und an-schließend mehrere Abgasuntersuchungen durch-geführt. Dabei wurden die k-Werte aufgezeich-net, die sich einstellen. Ziel war, die Anzahl Gas-stöße zu ermitteln, die bei nahezu konstanten Be-schleunigungszeiten zu gleich bleibenden Trü-bungswerten (innerhalb eines schmalen Toleranz-bandes) führten.

Bild 5.1 zeigt beispielhaft den zuvor beschriebenenEinfluss der Anzahl der Gasstöße auf das AU-Er-gebnis. Daraus wird ersichtlich, dass nach unge-fähr 8 Gasstößen (freien Beschleunigungen) einkonstanter Trübungswert des Fahrzeuges erreichtwird. Bei den weiteren Gasstößen pendelt der Trü-bungswert um einen konstanten Wert, ohne nen-nenswerte Abweichungen. Ähnliche Messungenwurden mit vergleichbarem Ergebnis an weiterenFahrzeugen mit verschiedenen Motorkonzeptendurchgeführt

Die Messergebnisse zeigen, dass eine Fahrzeug-konditionierung von 10 Gasstößen bei betriebswar-mem Motor, wie sie vom Hersteller VW angegebenwird, zu einer Verbesserung der Aussagekraft derAbgasuntersuchung führen kann.

5.2 Einfluss der Beschleunigungszeit

Zur Darstellung des Einflusses der Beschleuni-gungszeit auf die bei der freien Beschleunigung ge-messene Abgastrübung wurden die Abgasuntersu-chungsdaten für Dieselfahrzeuge von 1998 ausge-wertet. In Bild 5.2 ist die Verteilung der Beschleuni-gungszeiten dargestellt. Zugrunde gelegt sindDaten von einem Teil der DEKRA-Niederlassungenund -Außenstellen.

Untersucht wurden die Beschleunigungszeiten bei der freien Beschleunigung von 25.853 Fahr-zeugen. Bei ca. drei Beschleunigungen pro Fahr-zeug ergeben sich 77.477 einzelne Beschleunigun-gen, die für die Gesamtübersicht ausgewertet wur-den.

Die Messungen wurden bei der Auswertung inKlassen eingeteilt und die Anzahl der Messungenpro Klasse erfasst. Das Einteilungskriterium war die Beschleunigungszeit, in Stufen von 0,1 Sekun-de.

Darauf aufbauend wurden für gängige Motorkon-zepte Einzelauswertungen in gleicher Form ange-

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Tab. 5.2: Trübungswerte

Fahrzeug Konditionierung Ergebnis

ts-Zeiten k-Wert

1. 2. 3. 1. 2. 3. Gasstoß Gasstoß Gasstoß Gasstoß Gasstoß Gasstoß

Opel Vectra Tmot>80 °C, 5 Gasstöße (Hrst.-angabe) 0,93 0,97 1,09 0,27 0,28 0,29

Tmot>80 °C, warmgefahren 1,01 1,05 1,05 0,31 0,31 0,28

VW 1,9 l Tmot>60 °C, 10 Gasstöße (Hrst.-angabe) 1,05 1,01 1,09 0,25 0,26 0,26

TDI Tmot>80 °C, warmgefahren 1,01 0,97 0,93 0,24 0,24 0,22

DC 300 Tmot>70 °C (Hrst.-angabe) 1,42 1,6 1,42 0,67 0,67 0,67

Turbo Tmot>80 °C, 5 Gasstöße 1,33 1,42 1,37 0,65 0,61 0,59

Bild 5.1: k-Wert in Abhängigkeit der Anzahl Gasstöße (Fahr-zeugtyp: Peugeot 205)

fertigt und analysiert, wo der Schwerpunkt der Be-schleunigungszeiten für diese Motorkonzepte liegt.Das Ergebnis findet sich in Tabelle 5.3. Dabei wur-den sowohl Fahrzeuge berücksichtigt, die die AUbestanden haben, als auch Fahrzeuge, bei denendie AU nicht bestanden wurde.

Um den Einfluss der Beschleunigungszeit auf diebei der freien Beschleunigung gemessene Abgas-trübung darzustellen, wurden an mehreren Fahr-zeugtypen Messreihen durchgeführt. In Bild 5.3 istdie an einem Peugeot 205 GRD bei verschiedenenBeschleunigungszeiten gemessene Abgastrübungdargestellt.

Anschließend wurde die Einspritzmenge erhöht, sodass ein erhöhter Trübungswert gemessen wurde.Die Ergebnisse dieser zweiten Messreihe sind inBild 5.4 dargestellt.

Ähnliche Messergebnisse wurden auch bei einemFord Escort 1,8 l und einem VW mit 1,9l-TDI-Motorerzielt. Die Bilder 5.3 und 5.4 verdeutlichen die Abhängigkeit der gemessenen Abgastrübung vonder Beschleunigungszeit. Die statistischen Aus-wertungen (Bild 5.2 und Tabelle 5.3) zeigen, dassfür nahezu alle Pkw und leichte Nutzfahrzeuge eine Beschleunigungszeit von 1,5 Sekunden aus-reicht.

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Tab. 5.3: Beschleunigungszeiten bei verschiedenen Fahrzeugtypen

Fahrzeug Motorkonzept Hubraumklasse Beschleunigungszeit [s]

Ford Escort Wirbel-/Vorkammer Saugmotor <1,5

Toyota Corolla Wirbel-/Vorkammer Saugmotor <1,5

Golf SDI Direkteinspritzer Saugmotor ≤ 2,0 l 0,8-0,91,4-1,5

Golf 1,9 Turbo Wirbel-/Vorkammer Turbo 0,7-0,8

Fiat Ducato 1,9 l Turbo Wirbel-/Vorkammer Turbo 0,9-1,1

Golf TDI Direkteinspritzer Turbo 1,2-1,3

DC 2,5 l Wirbel-/Vorkammer Saugmotor 1,2-1,3

Fiat Ducato 2,5 l Wirbel-/Vorkammer Saugmotor 1,1-1,21,4-1,6

Ford Transit Direkteinspritzer Saugmotor > 2,0 l 1,3-1,4

DC 3,0 l Wirbel-/Vorkammer Turbo 1,3-1,4

Audi 100 Direkteinspritzer Turbo 1,2-1,3

Fiat Ducato 2,4l TDI Direkteinspritzer Turbo 0,9-1,0

Bild 5.2: Verteilung der Beschleunigungszeiten bei der Diesel-AU

Nutzfahrzeuge

Um einen Anhaltspunkt für die Größenordnung derBeschleunigungszeit bei Nutzfahrzeugmotoren zuerhalten, wurden Messungen an einem Actros2548 des Herstellers DaimlerChrysler durchgeführt.

Es zeigte sich, dass die kürzeste Beschleunigungs-zeit bei schlagartigem Durchtreten des Gaspedalsbei 1,6 bis 1,7 Sekunden liegt. Bei den ermitteltenTrübungswerten ergaben sich selbst bei extremlanger Beschleunigungszeit keine Änderungen. AlsUrsache kann dabei die extrem niedrige Lage der

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Bild 5.3: Abgastrübung bei verschiedenen Beschleunigungszeiten

Bild 5.4: Abgastrübung bei verschiedenen Beschleunigungszeiten mit erhöhter Einspritzmenge

Messwerte angesehen werden; mit Werten von 0,1bzw. 0,06 m-1 liegen alle Messwerte noch innerhalbder Messgenauigkeit des Gerätes.

Auswertung der AU-Daten für VW-Typen

Auf Basis der ca. 60.000 an den Prüfbahnen desTÜV Rheinland im Jahr 1998 durchgeführten AU-Prüfungen an Dieselfahrzeugen wurde ein beispiel-hafter Datensatz nur mit dem Hersteller VW erstellt,welcher ca. 16.600 Prüfungen umfasst. Für diesenDatensatz wurde zunächst die Rangfolge hinsicht-lich der Häufigkeit der auftretenden Typschlüssel-Nummern ermittelt. Insgesamt traten 230 verschie-dene Typschlüssel-Nummern auf, von denen je-doch bei mehr als der Hälfte weniger als 10 Fahr-zeuge erfasst waren.

Um in Bezug auf die AU-relevanten Merkmale ca.90 % der Typen abzudecken, müssen weniger als70 Typschlüssel-Nummern berücksichtigt werden.

Mit Hilfe der technischen Daten aus den von DATveröffentlichten Einstellwerten ist weiterhin eineZusammenfassung von verschiedenen Typschlüs-sel-Nummern möglich. Das Hauptkriterium dabeiist der Motortyp bzw. Motor-Code, durch den we-sentliche Merkmale, wie Hubraum, Nennleistungund die Ausrüstung mit Katalysator bzw. Turbola-der, festgelegt sind.

Durch die Zusammenfassung von Typschlüssel-Nummern nach Motortypen kann der AU-Daten-satz auf lediglich 14 Untergruppen, aufgelistet inTabelle 5.4, verdichtet werden. Für die Auswertungder AU-Prüfergebnisse auf dieser Basis stehensomit insgesamt 14.572 Fahrzeuge bzw. bei dreifreien Beschleunigungen pro Fahrzeug 43.716Messergebnisse zur Verfügung. Der Stichproben-umfang beträgt je nach Motortyp zwischen 528und 7.548 Messwerte. Neben dem Stichproben-umfang sind in Tabelle 5.4 pro Motortyp auch dreiverschiedene Werte für die Beschleunigungszeit

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Tab. 5.4: Stichprobenumfang und Beschleunigungszeiten für verschiedene Motortypen

Motor-Code Beschleunigungszeit [s]

Technische Daten von bis maximale Anzahl( H > 2 %) ( Σ H ≈ 80/95 %) Häufigkeit H Messwerte

AAZ1896 cm3, 55 kW, Kat, Turbo 0,7 1,3 / 1,8 0,85 6.897

1 Y/AEF/AEY1.896 cm3, 47 kW, Kat, ohne Turbo 0,7 1,5 / 2,0 0,85 2.637

KY1.695 cm3, 42 kW, ohne Kat, ohne Turbo 0,7 1,3 / 1,7 0,85 972

JP1.570 cm3, 40 kW, ohne Kat, ohne Turbo 0,7 1,3 / 1,8 0,85 7.548

1 W1.398 cm3, 35 kW, ohne Kat, ohne Turbo 0,7 1,7 / 2,4 0,85 528

1 V1.588 cm3, 44 kW, Kat, Turbo 0,8 1,5 / 1,9 0,95 2.298

CY1.570 cm3, 51 kW, ohne Kat, Turbo 0,8 1,3 / 1,7 0,95 4.317

RA / SB1570 cm3, 59 kW, ohne Kat, Turbo 0,8 1,5 / 1,9 0,95*) 1.752

CR / JK1.570 cm3, 40 kW, ohne Kat, ohne Turbo 0,8 1,4 / 1,8 0,95 2.454

CS1.570 cm3, 37 kW, ohne Kat, ohne Turbo 0,8 1,4 / 1,9 0,95 1.671

JX1.570 cm3, 51 kW, ohne Kat, Turbo 0,8 1,3 / 1,9 1,05 1.905

1 X1.896 cm3, 45 kW, ohne Kat, ohne Turbo 0,9 1,5 / 2,1 1,05 864

AAB2.370 cm3, 57 kW, ohne Kat, ohne Turbo 1,0 1,8 / 2,2 1,15 3.651

1Z / AHU1.896 cm3, 66 kW, Kat, Turbo DI 1,1 1,6 / 2,1 1,25 6.222

*) zweites Häufigkeits-Maximum bei 1,25 s

angegeben, die später noch näher erläutert wer-den.

Zunächst wurde für jeden Motortyp die Häufig-keitsverteilung der Beschleunigungszeiten ermit-telt, wobei eine Schrittweite von 0,1 s zugrunde ge-legt wurde. Neben der absoluten Häufigkeit, d. h.der Anzahl der in die jeweiligen Klassen entfallen-den Beschleunigungszeiten, wurden auch die rela-tive und die kumulierte Häufigkeit bestimmt. In denBildern 5.5 und 5.6 sind für 6 verschiedene Motor-typen die Häufigkeitsverteilungen bzw. die darausabgeleiteten Grenzen für die Beschleunigungszeitgrafisch dargestellt. Wegen der besseren Über-sichtlichkeit wurden nur die sechs Motortypen aus-gewählt, die deutliche Unterschiede in Bezug aufdie Kurvenverläufe der kumulierten Häufigkeit (Bild5.5, unten) aufwiesen.

Die relativen Häufigkeiten, beispielhaft dargestelltin Bild 5.6, dienen als Basis für die Bestimmung derin Tabelle 5.4 angegebenen Beschleunigungszei-ten. Die Beschleunigungszeiten wurden unter fol-genden Gesichtspunkten ermittelt:

• Untergrenze (von H > 2 %)Beschleunigungszeit, bei der die relative Häu-figkeit erstmalig > 2 % beträgt;

• Obergrenze (bis ∑H ≈ 80/95 %)Beschleunigungszeit, bei der die Summe der re-lativen Häufigkeiten, beginnend bei der Häufig-keit der Untergrenze, etwa 80 % bzw. 95 % be-trägt;

• maximale Häufigkeit (H)Beschleunigungszeit, bei der die relative Häu-figkeit ihren Maximalwert erreicht.

Die untere Grenze von 2 % für die relative Häufig-keit war erforderlich, weil der Datensatz, bedingtdurch Fehler in der Drehzahlerfassung, auch sehrkleine, technisch unmögliche Beschleunigungszei-ten (bis hin zu 0 s) enthält, die zu einer Verfälschungdes Ergebnisses führen würden.

Hinsichtlich der Verteilungsbreite wurden die Fälle80 % bzw. 95 % der Beschleunigungszeiten be-trachtet. Die sich daraus ergebenden Maximalwer-te für die im Rahmen der AU-Prüfungen auftreten-

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Bild 5.5: Absolute und kumulierte Häufigkeitsverteilung für 6verschiedene Motortypen

Bild 5.6: Relative Häufigkeitsverteilung für 6 verschiedene Mo-tortypen

den Beschleunigungszeiten sind in Tabelle 5.4 an-gegeben.

In Bild 5.7 sind die Bereiche der Beschleunigungs-zeiten, die sich auf Basis der genannten Betrach-tungen in Bezug auf Unter- und Obergrenze erge-ben, für die ausgewählten 6 verschiedenen Motor-typen dargestellt.

Bei allen Motortypen liegt die Beschleunigungszeitmit der maximalen Häufigkeit nur ca. 0,15 s höherals die Untergrenze, wobei die Verteilungsbreitevon 0,5 (1,0) bis 1,0 (1,7) s reicht. Die Werte inKlammern beziehen sich auf den Fall, dass 95 %der in der Realität aufgetretenen Beschleunigungs-zeiten berücksichtigt werden. Die in allen Fällen

stark bis extrem linksgipfelige Form für die Häufig-keitsverteilung der Beschleunigungszeiten (sieheauch Bild 5.6) ist mit technisch begründeten Not-wendigkeiten nicht zu erklären. Die zuvor diskutier-te Problematik in Bezug auf die Bereiche der Be-schleunigungszeiten wird auch deutlich, wenn mandie Kurvenverläufe der relativen Häufigkeit in Bild5.6 analysiert.

Im Bereich der maximalen Häufigkeit ist annäherndeine Normalverteilung der Beschleunigungszeitenzu beobachten, d. h., die Messwerte verteilen sichnäherungsweise symmetrisch um die am häufigs-ten auftretende Beschleunigungszeit. Die Breitedieses Bereiches ist bei den verschiedenen Motor-typen unterschiedlich. Insbesondere bei den im un-teren Teil von Bild 5.6 dargestellten Motortypensind diese Spitzen nur noch schwach ausgeprägt,bzw. im Fall des Motortyps RA/SB ergibt sich sogareine zweigipfelige Verteilung.

Unterstellt man, dass aufgrund der technischenKonstruktionsmerkmale eines bestimmten Motor-typs die Beschleunigungszeiten annähernd nor-malverteilt sein sollten, d. h., die Verteilung sym-metrisch bzw. zumindest annähernd symmetrischist, so ergeben sich die in Tabelle 5.5 angegebenenObergrenzen für die Beschleunigungszeit.

Führt man diese Betrachtung für die übrigen in Ta-belle 5.4 aufgeführten Motortypen durch, so erge-ben sich vergleichbare Obergrenzen. Für einengroßen Teil aller Motortypen lassen sich demnachBeschleunigungszeiten von 1,3 s bis 1,7 s tech-nisch realisieren.

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Bild 5.7: Bereich der Beschleunigungszeiten für 6 verschiedeneMotortypen

Tab. 5.5: Bereiche der Beschleunigungszeiten für verschiedene Motortypen unter der Annahme einer symmetrischen bzw. annäherndsymmetrischen Verteilung

Motor-Code Beschleunigungszeit [s]

Technische Daten Unter- maximale Obergrenzegrenze Häufigkeit symmetrische annähernd

Verteilung sym. Vert.

AAZ1.896 cm3, 55 kW, Kat, Turbo 0,7 0,85 1,0 1,15

1 W1.398 cm3, 35 kW, ohne Kat, ohne Turbo 0,7 0,85 1,0 1,15

RA / SB1.570 cm3, 59 kW, ohne Kat, Turbo 0,8 0,95*) 1,1 1,25

1 X1.896 cm3, 45 kW, ohne Kat, ohne Turbo 0,9 1,05 1,2 1,35

AAB2.370 cm3, 57 kW, ohne Kat, ohne Turbo 1,0 1,15 1,3 1,45

1Z / AHU1.896 cm3, 66 kW, Kat, Turbo DI 1,1 1,25 1,4 1,55

*) zweites Häufigkeits-Maximum bei 1,25 s

Inwieweit die längeren Beschleunigungszeiteneinen Einfluss auf das Ergebnis der Trübungsmes-sung haben, soll nachfolgend diskutiert werden. Inden Bildern 5.8 bis 5.12 ist für die 14 betrachte-ten Motortypen der Trübungswert der freien Be-schleunigung in Abhängigkeit von der Beschleuni-gungszeit dargestellt. Die Bilder 5.8 bis 5.10 bein-halten mit einer Ausnahme (mit Kat.) nur Darstel-lungen von Motortypen ohne Katalysator und ohneTurboaufladung. Die Bilder 5.11 und 5.12 beziehensich auf Motortypen mit Turboaufladung, und zwarmit (Bild 5.11) und ohne Katalysator (Bild 5.12).Neben den Ergebnissen der Trübungsmessung,dargestellt als „Punktwolke“, sind in den Bildernauch die absoluten Häufigkeiten der Beschleuni-

gungszeiten in Form von Säulendiagrammen hin-terlegt. Um die Lage der maximalen Häufigkeit op-tisch besser einordnen zu können, ist als Referenz-linie die Beschleunigungszeit 1 s eingezeichnet.

Wegen der großen Stichprobenumfänge tritt in denBereichen, in denen sehr viele Ergebnisse liegen,eine Überlagerung der Darstellungssymbole auf,was eine starke Schwärzung zu Folge hat. Be-trachtet man die Form dieser geschwärzten Berei-che, so zeigen sich prinzipielle Unterschiede zwi-schen den Motortypen ohne bzw. mit Turboaufla-dung. Im Fall ohne Turboaufladung ist ein recht-winkeliges Dreieck zu erkennen, dessen Hypotenu-se einen negativen Trend aufweist, d. h., mit zu-

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Bild 5.8: Trübungswert in Abhängigkeit von der Beschleuni-gungszeit für 1 Motortyp mit Katalysator und 2 Motor-typen ohne Katalysator und ohne Turboaufladung

Bild 5.9: Trübungswert in Abhängigkeit von der Beschleuni-gungszeit für 3 Motortypen ohne Katalysator und ohneTurboaufladung

nehmender Beschleunigungszeit nehmen die Trü-bungswerte linear ab. Bei einzelnen Motortypen istdie Hypotenuse im mittleren Bereich zur Dreiecks-fläche hin gekrümmt, so dass der geschwärzte Be-reich eher die Form eines Schuhes annimmt. InBezug auf die Trübungswerte bedeutet dies, dassder negative Trend im Bereich von Beschleuni-gungszeiten oberhalb der maximalen Häufigkeitzunächst relativ stark ist, um sich dann bei einerweiteren Ausdehnung der Beschleunigungszeitenabzuschwächen.

Bei den Motortypen mit Turboaufladung ist miteiner Ausnahme (Bild 5.12, Motor-Code CY) keinnegativer Trend zu erkennen. Die geschwärztenBereiche haben entweder die Form eines Recht-ecks oder einer Kugel. Bei den Motortypen mit Ka-talysator (Bild 5.11) fällt außerdem auf, dass auchbei relativ langen Beschleunigungszeiten die Trü-bungswerte nicht abnehmen, sondern sich viel-mehr im Bereich des Grenzwertes oder aber auchdeutlich darüber bewegen.

Eine wesentliche Einschränkung im Hinblick auf dieangestellten Betrachtungen ist, dass in der Praxis

die AU-Prüfung mit Unterschreiten des jeweiligenGrenzwertes beendet wird, was die Plateaus beiTrübungswerten von 2,0 bzw. 2,5m-1 bei einigenMotortypen zeigen.

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Bild 5.10: Trübungswert in Abhängigkeit von der Beschleuni-gungszeit für 2 Motortypen ohne Katalysator undohne Turboaufladung

Bild 5.11: Trübungswert in Abhängigkeit von der Beschleuni-gungszeit für 3 Motortypen mit Katalysator und mitTurboaufladung

5.3 Bewertung der Möglichkeiten zurErhöhung der Aussagekraft der be-stehenden Abgasuntersuchung be-züglich Konditionierung und Be-schleunigungszeit

Während des Betriebs von Fahrzeugen mit Kom-pressionszündungsmotor lagern sich in derSchalldämpferanlage Partikel ab. Bei der Durch-führung der freien Beschleunigung an einem unzu-reichend konditionierten Fahrzeug können sich an-gelagerte Partikel lösen und zu einer Erhöhung dergemessenen Abgastrübung führen. Dieser Depo-sit-Effekt kann dazu führen, dass Fahrzeuge ohne

technischen Defekt bei der Abgasuntersuchungbeanstandet werden (Error of Commission).

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurdenverschiedene Möglichkeiten zur Fahrzeugkonditio-nierung betrachtet. Die Ergebnisse der Untersu-chung zeigen, dass eine Konditionierung durchmindestens 8 freie Beschleunigungen bei sonst be-triebswarmem Motor vor der eigentlichen Abgas-untersuchung zu hinreichend stabilen Trübungs-werten führt. Diese Vorgabe könnte als generellerKonditionierungshinweis umgehend eingeführtwerden. Dadurch lässt sich die Gefahr für das Auf-treten eines Error of Commission senken und dieAussagesicherheit der bestehenden Abgasunter-suchung erhöhen.

Bei der freien Beschleunigung wird der Motorgegen seine Massenträgheit von der Leerlaufdreh-zahl auf die Abregeldrehzahl beschleunigt. Ent-scheidend für die Aussagefähigkeit dieser Mes-sung ist eine schnelle und stoßfreie Beschleuni-gung, so dass für diesen Vorgang die größtmögli-che Einspritzmenge erzielt wird. Die Beschleuni-gungszeit bei der freien Beschleunigung hat einenerheblichen Einfluss auf den Wert der gemessenenAbgastrübung. Bei einer langsamen Beschleuni-gung wird nicht die volle Einspritzmenge erreicht,die aufgebrachte Motorlast ist geringer und es wirdeine niedrigere Abgastrübung gemessen. Das kanndazu führen, dass defekte Fahrzeuge bei langsa-mer Beschleunigung als in Ordnung bewertet wer-den. Durch eine Beschränkung der Beschleuni-gungszeit lässt sich dieser Error of Omission ver-ringern und die Aussagefähigkeit der bestehendenAbgasuntersuchung erhöhen.

Die Auswertung der Beschleunigungszeiten, die inder Praxis bei der Durchführung der Abgasuntersu-chung ermittelt wurden, lässt erkennen, dass fürnahezu alle Fahrzeuge eine Beschleunigungszeitvon 1,5 Sekunden ausreicht. Für Fahrzeuge, beidenen diese Zeit nicht eingehalten werden kann,sind entsprechende Herstellerangaben erforder-lich.

Diese Aussagen gelten nicht nur für die ausgewer-teten Fahrzeuge, sondern sie sind auch übertrag-bar auf Pkw und Lkw anderer Hersteller.

Die hier vorgeschlagene Fahrzeugkonditionierungund eine Beschränkung der Beschleunigungszeitlassen sich relativ schnell und mit geringem Auf-wand in die Praxis umsetzen. Durch diese Maß-nahmen kann die Aussagekraft der bestehenden

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Bild 5.12: Trübungswert in Abhängigkeit von der Beschleuni-gungszeit für 3 Motortypen ohne Katalysator und mitTurboaufladung

Abgasuntersuchung für Fahrzeuge mit Kompres-sionszündungsmotor verbessert werden. Vor demHintergrund einer verbesserten Fahrzeugkonditio-nierung und einer dadurch verringerten Gefahr füreinen Error of Commission ist die bereits im Ab-schlussbericht von Phase II dieses Forschungsvor-habens [1.2] angesprochene Möglichkeit der Ab-senkung der Grenzwerte für moderne Fahrzeug-konzepte zu diskutieren. Teilweise sind die Herstel-lerangaben bereits im Vergleich zu der in der96/96/EG angegebenen generellen Grenze von 2,5bzw. 3,5 m-1 deutlich niedriger.

6 Theoretische Studie zur An-passung der Abgasuntersu-chung an künftige Fahrzeug-generationen

Charakteristische Größen für das Abgasemissions-verhalten von Fahrzeugen mit Dieselmotor sind diegegenüber auf λ = 1 geregelten Fremdzündungs-motoren höheren Partikel- und Stickoxidemissio-nen. Partikel und insbesondere Stickoxide werdenvom Dieselmotor in erster Linie unter Last emittiert.Daher ist die Kombination von Fahrwiderstandssi-mulation und der Analyse der Abgaskomponentenfür die Aussagefähigkeit einer weiterentwickeltenAbgasuntersuchung entscheidend.

Nachfolgend werden einige Ansätze für eine Fahr-widerstandssimulation und zur Analyse der Abgas-emissionen von Fahrzeugen mit Dieselmotor imRahmen einer periodischen Abgasuntersuchungvorgestellt und aus heutiger Sicht theoretisch be-wertet. Grundsätzlich ist bei neuartigen Messver-fahren zu beachten, das zunächst keine Anhalts-werte für die Festlegung von Grenzwerten zur Ver-fügung stehen.

6.1 Fahrwiderstandssimulation

Messung im Leerlauf und im erhöhten Leerlauf

Die Messung im Leerlauf und im erhöhten Leerlaufwird bei der periodischen Abgasuntersuchung fürFahrzeuge mit Fremdzündungsmotor praktiziert.Bei diesem Lastzustand treten bei Fahrzeugen mitDieselmotor jedoch nur geringe Emissionen auf.Daher ist bei diesem Verfahren keine hohe Aussa-gekraft zu erwarten. Vorteil dieses Verfahrens ist,dass kein Hilfsmittel zum Erzeugen einer Motorbe-lastung erforderlich ist.

Freie Beschleunigung

Bei der freien Beschleunigung wird der Motor ohneFremdlast gegen seine eigene Massenträgheit vomLeerlauf bis zur Abregeldrehzahl beschleunigt. Die-ses Verfahren ist in der Richtlinie 96/96/EG europa-weit vorgeschrieben [6.1]. Zur Zeit wird die freieBeschleunigung bei der periodischen Abgasunter-suchung für Fahrzeuge mit Kompressionszün-dungsmotor in Verbindung mit der Messung derAbgastrübung eingesetzt. Daher liegen nur für die-ses Verfahren zur Zeit Herstellerangaben zutypspezifischen Grenzwerten vor. Die Aussage-fähigkeit dieses Verfahrens wird jedoch durch denEinfluss der Fahrzeugkonditionierung und der Be-schleunigungszeit eingeschränkt. Bei modernenMotorkonzepten werden bei der freien Beschleuni-gung sehr geringe Trübungswerte erreicht. Bei eini-gen schweren Nutzfahrzeugen lässt die elektro-nisch geregelte Einspritzung eine Beschleunigungohne Last im normalen Betrieb nicht zu. Bei diesenFahrzeugtypen ist die Durchführung der freien Be-schleunigung jedoch in einem Wartungsmodusmöglich, der sich ohne Zusatzgeräte anwählenlässt.

Beschleunigung einer externen Schwung-masse

Bei der freien Beschleunigung handelt es sich umeinen extrem kurzen instationären Vorgang, der imrealen Fahrbetrieb nicht vorkommt. Durch die Be-schleunigung einer externen Schwungmasse wirddie Belastung deutlich über die zur Überwindung

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Messung im Leerlauf und im erhöhten Leerlauf

+ Keine Hilfsmittel zum Auf- - Unzureichende Motorlastbringen einer Motorlast erforderlich

+ Sofort verfügbar - Geringe Emissionen, daher geringe Aussagekraft zu er-warten

+ Einfache Umsetzung im Feld möglich

Keine Kosten für die Fahrwiderstandssimulation

Freie Beschleunigung

+ Keine Hilfsmittel zum Auf- - Unzureichende Motorlastbringen einer Motorlast - Einschränkung der Aussa-erforderlich gekraft durch Einfluss der

+ Im Feld eingeführt Beschleunigungszeit- Kein realer Fahrzustand- Bei elektronisch geregelten

Motoren ist die freie Be-schleunigung u. U. nicht mehr durchführbar

Keine Kosten für die Fahrwiderstandssimulation

des Massenträgheitsmoments des Motors erfor-derliche Last erhöht. Daraus ergibt sich eine Ver-längerung der Beschleunigungszeit und damitunter Umständen eine Erhöhung der Aussagekraftgegenüber der freien Beschleunigung.

Bild 6.1 zeigt den Verlauf der Abgastrübung undder Motordrehzahl während eines Tests. Dabeiwurde ein Rollensatz mit einer Schwungmasse von680 kg bis zur Abregeldrehzahl des untersuchtenFahrzeuges beschleunigt. Die Rauchgastrübungwurde mit einem RTT 110 der Firma Bosch konti-nuierlich erfasst, das auch auf Prüfbahnen im Rah-men der AU eingesetzt wird. Die Dauer einer Be-schleunigung beträgt etwa 50 Sekunden. Der ma-ximale Trübungswert wird bei Erreichen der Abre-geldrehzahl angezeigt [6.2].

Bei diesem Verfahren ist ein Schwungmassenprüf-stand ohne Fahrwiderstandssimulation erforder-lich. Neben den Anschaffungskosten für einen der-artigen Prüfstand sind zusätzliche gebäudetechni-sche Investitionen zu berücksichtigen (z. B. Schall-schutzmaßnahmen). Die Anschaffung einer derarti-gen Messtechnik ist nur für Stellen mit einemgroßen Prüfaufkommen rentabel. Die Fahrzeugesind für eine derartige Messung auf dem Prüfstandfestzuzurren. Außerdem treten erhebliche Belas-tungen für den Antriebsstrang, insbesondere fürdie Reifen, auf. Dabei ist die Leitlinie W.D.K. 115 zuberücksichtigen. Die Prüfung auf einem Rollenprüf-stand kann bei der Umsetzung im Feld insbeson-dere bei Fahrzeugen mit Allradantrieb und schwe-ren Nutzfahrzeugen zu Schwierigkeiten führen, dafür diese Fahrzeuggruppen sehr aufwändige Prüf-stände erforderlich sind. Randbedingungen wie die

Frage, ob die Größe der Schwungmasse in Abhän-gigkeit von der Fahrzeugmasse zu wählen ist, sindzu klären. Auch bei diesem Verfahren ist ein Ein-fluss der Beschleunigungszeit und der Fahrzeug-konditionierung auf das Messergebnis zu erwarten.

Konstantfahrt auf einem Fahrleistungsprüf-stand (Teillast)

Die Konstantfahrt im Teillastbereich stellt einen ty-pischen Fahrzustand dar. Im Teillastbereich tretenin der Regel jedoch nur geringe Emissionen auf,wodurch die Aussagefähigkeit einer derartigenMessung eingeschränkt wird. Bei diesem Verfahrenist ein Schwungmassenprüfstand mit Fahrwider-standssimulation erforderlich. Neben den Anschaf-fungskosten für einen derartigen Prüfstand sind zu-sätzliche gebäudetechnische Investitionen zuberücksichtigen (z. B. Schallschutzmaßnahmen).Die Anschaffung einer derartigen Messtechnik istnur für Stellen mit einem großen Prüfaufkommenrentabel. Die Fahrzeuge sind für eine derartigeMessung auf dem Prüfstand festzuzurren. Außer-dem treten bei Messungen auf einem Rollenprüf-stand erhebliche Belastungen für die Reifen auf.Dabei ist die Leitlinie W.D.K. 115 zu berücksichti-gen. Die Umsetzung im Feld kann insbesonderebei Fahrzeugen mit Allradantrieb und schwerenNutzfahrzeugen zu Schwierigkeiten führen, da fürdiese Fahrzeuggruppen sehr aufwändige Prüfstän-de erforderlich sind. Die Lasteinstellung bei einerKonstantfahrt im Teillastbereich ist festzulegen.Dabei ist die Frage zu klären, ob für alle Fahrzeugeeine einheitliche Lasteinstellung oder eine Lastein-stellung in Abhängigkeit von Fahrzeugmasse undLeistung vorgegeben wird.

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Bild 6.1: Kontinuierlicher Verlauf der Rauchgastrübung und derMotordrehzahl eines Diesel-Pkw mit Saugmotor beieiner Volllastbeschleunigung bis zur Abregeldrehzahlauf einem Rollensatz mit externer Schwungmasse(äquivalente Schwungmasse: 680 kg)

Beschleunigung einer externen Schwungmasse

+ Schwungmassenprüfstände - Einschränkung der Aussa-sind verfügbar gekraft durch Einfluss der

Fahrzeugkonditionierung zu erwarten

- Einschränkung der Aussa-gekraft durch Einfluss der Beschleunigungszeit zu er-warten

- Einfacher Rollenprüfstand erforderlich (mit Schwung-masse)

- Schwierigkeiten bei Fahr-zeugen mit Allradantrieb und schweren Nutzfahrzeu-gen zu erwarten

Anschaffungskosten für einen Schwungmassenprüfstand fürPkw und leichte Nutzfahrzeuge etwa von 15.000 ¡ bis 25.000 ¡;für schwere Nutzfahrzeuge deutlich höher; zusätzliche gebäu-

detechnische Investitionen erforderlich

Volllastprüfung auf einem Fahrleistungsprüf-stand

Im Rahmen der Typprüfung von Fahrzeugen mitSelbstzündungsmotor wird eine Volllastrauchmes-sung in stationären Lastpunkten auf einem Motoren-prüfstand durchgeführt. Daher ist bei der Volllastprü-fung auf einem Fahrleistungsprüfstand eine Erken-nung von emissionsauffälligen Fahrzeugen zu erwar-ten [6.3, 6.4]. Um eine derartige Prüfung bei moder-nen Dieselfahrzeugen mit hohen Drehmomenten undhohen Motorleistungen durchführen zu können, istein aufwändiger Fahrleistungsprüfstand erforderlich.Neben den Anschaffungskosten für einen derartigenPrüfstand sind zusätzliche gebäudetechnische Inves-titionen zu berücksichtigen (z. B. Schallschutzmaß-nahmen). Die Anschaffung einer derartigen Mess-technik ist nur für Stellen mit einem großen Prüfauf-kommen rentabel. Die Fahrzeuge sind für eine derar-tige Messung festzuzurren. Es treten extreme Belas-tungen für das Antriebssystem und insbesondere fürdie Reifen auf. Dabei ist die Leitlinie W.D.K. 115 zuberücksichtigen. Außerdem ist die Kühlung der Fahr-zeuge mit einem Gebläse erforderlich. Bei einer Um-setzung einer Volllastmessung im Feld ist besondersbei Fahrzeugen mit Allradantrieb und bei schwerenNutzfahrzeugen mit erheblichen Schwierigkeiten zurechnen, da für diese Fahrzeuggruppen extrem auf-wändige Prüfstände erforderlich sind.

Zyklus auf einem Fahrleistungsprüfstand

Bei einer Messung im Fahrzyklus ist eine gute Kor-relation zu realem Fahrverhalten möglich [6.2, 6.5].Daher ist bei einer derartigen Prüfung eine hoheAussagefähigkeit zu erwarten. In den Bildern 6.2und 6.3 sind zwei mögliche Fahrzyklen für einenKurztest und deren Korrelation zu dem Neuen Eu-ropäischen Fahrzyklus dargestellt.

Um realistische Emissionsergebnisse zu erzielen,sollten die zu untersuchenden Pkw in drei Massen-klassen eingeteilt werden, denen dann die zu-gehörige äquivalente Schwungmasse zugeordnetwerden kann:

Prinzipiell ist auch eine elektrische Massensimula-tion vorstellbar, wobei aus Kostengründen auf dieSimulation der trägen Masse in den Verzögerungs-phasen des Zyklus verzichtet würde.

Für eine dynamische Messung ist ein Fahrleistungs-prüfstand mit einer Einrichtung zur Fahrwider-standssimulation erforderlich. An die Messtechnikund die Datenverarbeitung werden hohe Anforde-rungen gestellt. Neben den Anschaffungskosten für

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Konstantfahrt auf einem Fahrleistungsprüfstand

+ Realistischer Fahrzustand - Geringe Emissionen, daher geringe Aussagekraft zu er-warten

+ Einfache Fahrleistungsprüf- - Fahrleistungsprüfstand er-stände für Messungen im forderlichTeillastbereich sind sofort - Schwierigkeiten bei Fahr-verfügbar (z. B. ASM- zeugen mit Allradantrieb Prüfstände) und schweren Nutzfahrzeu-

gen zu erwarten

Anschaffungskosten für einen einfachen Fahrleistungsprüfstandfür Pkw und leichte Nutzfahrzeuge etwa von 15.000 ¡ bis

25.000 ¡; für schwere Nutzfahrzeuge deutlich höher; zusätzlichegebäudetechnische Investitionen erforderlich

Volllastprüfung auf einem Fahrleistungsprüfstand

+ Realistischer Fahrzustand - Aufwändiger Fahrleistungs-prüfstand erforderlich

+ Aussagefähigkeit zu - Erhebliche Belastung für erwarten das Fahrzeug, insbesonde-

re für die Reifen- Schwierigkeiten bei Fahr-

zeugen mit Allradantrieb und schweren Nutzfahrzeu-gen zu erwarten

Anschaffungskosten für einen einfachen Fahrleistungsprüfstandfür Pkw und leichte Nutzfahrzeuge etwa ab 25.000 ¡; für schwe-

re Nutzfahrzeuge deutlich höher; zusätzliche gebäudetechni-sche Investitionen erforderlich

Referenzmasse Äquivalente (kg) Schwungmasse (kg)

< = 1.020 800

> 1.020 < = 1.470 1.130

> 1.470 1.590

Bild 6.2: TÜV-Kurzzyklus und prozentuale Abweichung der sta-tistischen Parameter zwischen Kurzzyklus und NEFZ

einen derartigen Prüfstand sind zusätzliche gebäu-detechnische Investitionen zu berücksichtigen (z. B.Schallschutzmaßnahmen). Die Anschaffung einerderartigen Messtechnik ist nur für Stellen mit einemgroßen Prüfaufkommen rentabel. Die Fahrzeugesollten festgezurrt werden. Es treten erhebliche Be-lastungen für die Reifen auf, so dass für die Durch-führung einer solchen Prüfung eine Erhöhung desReifendruckes erforderlich ist. Dabei ist die LeitlinieW.D.K. 115 zu berücksichtigen. Außerdem ist dieKühlung der Fahrzeuge mit einem Gebläse erforder-lich. Bei der Umsetzung im Feld ist insbesondere beiFahrzeugen mit Allradantrieb und bei schwerenNutzfahrzeugen mit erheblichen Schwierigkeiten zurechnen. Auch bei diesem Verfahren ist ein Einflussder Fahrzeugkonditionierung auf das Messergebniszu erwarten.

Messung im realen Fahrbetrieb auf einer Fahr-bahn

Bei Messungen auf einer Fahrbahn ist eine guteKorrelation zum realen Fahrverhalten möglich. ZurBewertung der Messergebnisse müssen Randbe-dingungen wie Umgebungsbedingungen und dieEinhaltung eines vorgegebenen Fahrzyklus sicher-gestellt werden. Hierzu ist die genaue Bestimmungdes aktuellen Lastzustandes im fahrenden Fahr-zeug erforderlich. Messungen im Straßenverkehrsind aus Gründen der Verkehrssicherheit nichtmöglich. Daher ist eine geeignete abgesperrteFahrbahn erforderlich. Die Messung der Abgas-komponenten kann mit Hilfe von mobilen Mess-geräten an Bord des zu untersuchenden Fahrzeu-ges oder mit Hilfe von stationären Geräten für Re-mote Sensing bei der Vorbeifahrt erfolgen. Auchbei diesem Verfahren ist ein Einfluss der Beschleu-nigungszeit und der Fahrzeugkonditionierung aufdas Messergebnis zu erwarten.

In Tabelle 6.1 sind die verschiedenen Möglichkei-ten für das Aufbringen einer Motorlast zusammen-gefasst.

6.2 Analyse der Abgaskomponenten

Messung der Abgastrübung

Bei Pkw, leichten und schweren Nutzfahrzeugenmit heutigem Entwicklungsstand werden in derRegel im Rahmen der Typprüfung unter Volllast aufdem Motorenprüfstand Abgastrübungen von weni-ger als 0,2 m-1 gemessen. Bei derartig niedrigenWerten wird bei den derzeitigen Trübungsmess-geräten die Grenze der Auflösung erreicht. Im Rah-men der Abgasuntersuchung sollen jedoch hochemittierende Fahrzeuge erkannt werden, die mitdiesen Geräten zu erfassen sind.

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Bild 6.3: INRETS-Kurzzyklus und prozentuale Abweichung derstatistischen Parameter zwischen dem Kurztest unddem NEFZ

Messung im realen Fahrbetrieb auf einer Fahrbahn

+ Realistischer Fahrzustand - Abgesperrte Fahrbahn er-forderlich

+ Hohe Aussagefähigkeit zu - Definierte Umgebungsbe-erwarten dingungen erforderlich

+ Keine Hilfsmittel zum Auf- - Einrichtung zur Bestimmungbringen einer Motorlast des Lastzustandes erforder-erforderlich - lich

+ Geringe Kosten - Aufbringen einer definierten Motorlast schwierig

+ Sofort verfügbar

Keine Kosten für die Fahrwiderstandssimulation

Dynamischer Zyklus auf einem Fahrleistungsprüfstand

+ Realistischer Fahrzustand - Aufwändiger Fahrleistungs-prüfstand mit Einrichtung zur Fahrwiderstandssimula-tion erforderlich

+ Hohe Aussagefähigkeit zu - Erhebliche Belastung für erwarten das Fahrzeug, insbesonde-

re für die Reifen+ Prüfstände für Einsatz im - Schwierigkeiten bei Fahr-

Feld sind sofort verfügbar zeugen mit Allradantrieb (z. B. IM-240-Prüfstände) und schweren Nutzfahrzeu-

gen zu erwarten

Anschaffungskosten für einen einfachen Fahrleistungsprüf-stand für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge etwa 25.000 ¡; für

schwere Nutzfahrzeuge deutlich höher; zusätzliche gebäude-technische Investitionen erforderlich

Messung einer Filterschwärzung

Bei der Messung einer Filterschwärzung wird einAbgasvolumen durch einen Papierfilter festgelegterSpezifikation gesaugt. Die Filterschwärzung ist einMaß für die Partikelemission des untersuchtenFahrzeuges. Bei modernen Geräten wird nacheiner Vormessung das Saugvolumen in Abhängig-

keit von der Filterschwärzung automatisch so vari-iert, dass eine hinreichende Messgenauigkeit er-zielt wird. Aus dem angesaugten Volumen und derSchwärzung des Papiers lässt sich ein Schwär-zungsgrad bestimmen. Aus dem angesaugten Ab-gasvolumen und der Schwärzung des Filters lässtsich die ausgestoßene Partikelmasse ermitteln.Umstritten ist jedoch die Korrelation zwischen Fil-terschwärzung und ausgestoßener Partikelmasse.Die Filterpumpen mit variablem Saugvolumen sindnur bei stationären Lastpunkten sinnvoll einsetzbar.Bei niedrigen Emissionen ist ein großes Saugvolu-men und damit eine erhöhte Probennahmedauererforderlich. Daher ist eine Ermittlung der Partikel-masse mit Hilfe von Filterpumpen nicht gut fürkurze instationäre Vorgänge wie z. B. die freie Be-schleunigung geeignet.

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Tab. 6.1: Betriebszustand des Motors, Motorlast

A B C D E F G

Messung im Leerlauf Freie Beschleunigung Konstantfahrt auf Volllastprüfung auf Zyklus auf einem Messung im realen

und im erhöhten Beschleunigung einer externen einem Fahrleis- einem Fahrleis- Fahrleistungs- Fahrbetrieb auf

Leerlauf Schwungmasse tungsprüfstand tungsprüfstand prüfstand einer Fahrbahn

(Teillast)

1 geringe Motorlast, da- Einschränkung der Die vorliegenden Er- Bei Konstantfahrt Erkennung von auf- gute Korrelation zu gute Korrelation zu

Abschätzung her geringe Abgas- Aussagequalität durch gebnisse lassen eine im Teillastbereich fälligen Fahrzeugen realem Fahrverhalten realem Fahrverhalten

der Aussage- emissionen zu Einfluss von Kondi- Bewertung der Aus- treten in der Regel zu erwarten möglich möglich; Randbedin-

qualität erwarten tionierung und Be- sagefähigkeit dieses nur geringe Emis- gungen wie Umge-

schleunigungszeit, Verfahrens nicht zu; sionen auf. bungsbedingungen,

bei elektronisch Randbedingungen geeigneter Fahrzyk-

geregelten Motoren wie Schwungmasse lus, Bestimmung der

Schwierigkeiten zu und Beschleuni- Motorlast usw. müs-

erwarten gungszeit sind zu sen sichergestellt

berücksichtigen sein

2 keine Einrichtung zur keine Einrichtung zur Einfacher Rollenprüf- Fahrleistungsprüf- aufwändiger Fahr- aufwändiger Fahr- nicht im Straßenver-

Verfügbarkeit Fahrwiderstandssimu- Fahrwiderstandssimu- stand erforderlich; stand mit Einrich- leistungsprüfstand leistungsprüfstand kehr möglich, abge-

allgemein lation erforderlich lation erforderlich eventuell verschie- tung zur Fahrwider- mit Einrichtung zur mit Einrichtung zur sperrte geeignete

dene Schwung- standssimulation Fahrwiderstands- Fahrwiderstands- Fahrbahn erforder-

massen erforderlich erforderlich simulation erforder- simulation erforder- lich, mobile Abgas-

lich (hohe Brems- lich (hohe Anforde- messgeräte erforder-

last) rungen an Mess- lich

technik und Daten-

verarbeitung)

3 verfügbar verfügbar Laborgeräte Laborgeräte und Laborgeräte Laborgeräte und verfügbar

Verfügbarkeit für verfügbar Prüfstände für Ein- verfügbar Prüfstände für Ein-

Untersuchungen satz im Feld für satz im Feld für Pkw

im Rahmen des Pkw verfügbar verfügbar

Vorhabens

4 - - < 25.000 ¡ für Pkw < 25.000 ¡ für Pkw etwa 25.000 ¡ für etwa 25.000 ¡ für Aufnahmeeinrichtung

Kosten der (bei Großserien- (bei Großserien- Pkw (bei Groß- Pkw (bei Groß- für Motorlast erfor-

Prüftechnik fertigung) fertigung) serienfertigung) serienfertigung) derlich, zur Zeit keine

Angaben

5 15 bis 20 Minuten 15 bis 20 Minuten 20 bis 30 Minuten 20 bis 30 Minuten 20 bis 30 Minuten ca. 30 Minuten 20 bis 30 Minuten

geschätzter

Zeitaufwand für

die gesamte

Prüfung

6 gut gut, im Feld Schwierigkeiten und Schwierigkeiten und Schwierigkeiten und Schwierigkeiten und geeignete Fahrbahn

Umsetzbarkeit eingeführt hohe Kosten bei hohe Kosten bei hohe Kosten bei hohe Kosten bei nicht überall verfüg-

im Feld aus Nutzfahrzeugen und Nutzfahrzeugen und Nutzfahrzeugen und Nutzfahrzeugen und bar (Verkehrsicher-

heutiger Sicht Fahrzeugen mit All- Fahrzeugen mit Fahrzeugen mit Fahrzeugen mit heit), Aufbringen

radantrieb zu Allradantrieb zu Allradantrieb zu er- Allradantrieb zu er- einer definierten Mo-

erwarten erwarten warten; Probleme warten; Probleme torlast schwierig

mit Reifen und mit Reifen und

Lärmbelastung Lärmbelastung

Messung der Abgastrübung

+ Trübungsmessgeräte sind - Geringe Aussagefähigkeitim Feld vorhanden und bei niedrigen Emissionen daher sofort verfügbar aufgrund der geringen Auf-

+ schnelle Auswertung der lösung bei den vorhande-Messergebnisse möglich nen Messgeräten

+ Auch für instationäre Vor-gänge geignet

Anschaffungskosten für ein Opazimeter etwa 5.000 ¡

Messung der Partikelmasse

Die beim Durchfahren eines vorgegebenen Fahr-zyklus ausgestoßene Partikelmasse wird im Rah-men der Typprüfung von Fahrzeugen mit Dieselmo-tor als Maß für die Rußemission herangezogen.Dabei werden die Partikel auf einem Filter gesam-melt. Vor der Auswertung der Ergebnisse müssendiese Filter vor und nach der Messung 2 Stundenkonditioniert werden. Dieser Zeitaufwand lässt sichim Rahmen einer Untersuchung für Fahrzeuge imFeld nur schwer rechtfertigen. Außerdem ist eineaufwändige Probennahme erforderlich.

Um eine ausreichende Filterbeladung und damiteine befriedigende Messgenauigkeit zu erreichen,ist bei niedrigen Partikelemissionen eine hohe Pro-bennahmedauer erforderlich. Daher ist eine Mes-sung der Partikelmasse mit Hilfe von Filtern nichtfür kurze instationäre Vorgänge wie z. B. die freieBeschleunigung geeignet.

Es gibt verschiedene Ansätze, um eine schnellereErfassung der Partikelmassenemission zu ermögli-chen. Bei einem automatisierten gravimetrischenMessverfahren werden die Partikel auf einem Filtergesammelt und danach erhitzt. Im Probenraumwird der CO2-Gehalt gemessen. Über den Anstiegdes CO2-Gehalts wird der Massenverlust der Filter-probe bestimmt. Mit diesem Verfahren lassen sichdie Partikelmassenkonzentration (mg/m3) und An-teile in der Probe (∆M; T) erfassen. Jedoch auch beidiesem Verfahren ist für die Auswertung der Probeein hoher Zeitbedarf erforderlich (1). Die einzelnenVerfahren sind in Kapitel 11 tabellarisch zusam-mengestellt und nach den hier im Text angegebe-nen Nummern geordnet.

Bei einem anderen Verfahren ist ein Filter mit eineroszillierenden Röhre verbunden. Mit zunehmenderFilterbeladung nimmt die Eigenfrequenz dieses Systems ab. Anhand der Frequenzänderung wirddie Partikelmasse integral und zeitlich aufgelöstberechnet. Mit diesem Verfahren lässt sich die Par-

tikelmassenkonzentration (mg/m3) bestimmen. Esist jedoch eine beheizte Abgasführung erforderlich(2).

Erfassung der Partikelanzahl und -größe

Durch die erhöhten Einspritzdrücke wird die Masseder emittierten Rußpartikel deutlich gesenkt. Be-züglich der Anzahl und Größenverteilung kann zurZeit keine allgemein gültige Aussage getroffen wer-den. Daher wird die Messung der Partikelanzahlund -Größenverteilung im Rahmen der Typprüfungverstärkt diskutiert. Zur Zeit gibt es jedoch keinstandardisiertes Messverfahren zur Bestimmungder Partikelanzahl.

Bei einem Opto-elektronischen Partikelanalysesys-tem basierend auf dem Dispersionsquotienten-bzw. Multi-Wellenlängen-Extinktionsverfahren wirdein Opazimeter mit drei Laserdioden unterschiedli-cher Wellenlänge verwendet. Durch die unter-schiedliche Abschwächung der drei Lichtwellenlassen sich die wichtigsten Aerosolparameter (Mitt-lerer Partikeldurchmesser [nm], Größenverteilungund Partikelvolumenkonzentration [mm3/m3]) er-mitteln. Nachteile dieses Verfahrens sind ein hoherGeräteaufwand und dass die Vergleichbarkeit mitanderen Messmethoden und die Gültigkeit der ver-wendeten Beziehungen noch überprüft werdenmuss (3).

Die laserinduzierte Glühtechnik ermöglicht die si-multane Erfassung von Primärteilchengröße undRußmassenkonzentration. Die Rußpartikel werdenmit einem gepulsten Laser aufgeheizt. Der Tempe-raturverlauf der Teilchen ist abhängig von ihrerGröße. Dieser Temperaturverlauf wird über der Zeitgemessen und daraus ergibt sich direkt die Primär-

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Messung einer Filterschwärzung

+ Bei geeigneter Motorbelas- - Filterpumpen mit variablemtung ist die Erkennung auf- Saugvolumen sind nur bei fälliger Fahrzeuge zu er- stationären Lastpunktenwarten einsetzbar

+ Filterpumpen mit variablem - Bei niedrigen Emissionen Saugvolumen sind sofort ist eine erhöhe Proben-verfügbar nahmedauer erforderlich

+ Schnelle Auswertung der - Nicht gut geeignet für kurzeMessergebnisse möglich instationäre Vorgänge

Anschaffungskosten für eine Filterpumpe etwa 10.000 ¡

Messung der Partikelmasse

+ Bei geeigneter Motorbe- - Hoher Zeitaufwand für dielastung ist die Erkennung Auswertung der Ergebnissevon auffälligen Fahrzeu- - Bei niedrigen Emissionengen zu erwarten ist eine erhöhte Probennah-

medauer erforderlich- Die meisten Geräte sind

nicht gut geeignet für kurze instationäre Vorgänge

- Aufwändiges Probennahme-system erforderlich

- Zur Zeit stehen nur Labor-messtechnik und Prototypen zur Verfügung

Zur Zeit sind keine genauen Angaben zu den Anschaffungs-kosten derartiger Geräte möglich, da nur Prototypen zur Verfü-

gung stehen, sie liegen jedoch deutlich über den Kosten fürein Opazimeter

teilchengröße und die Massenkonzentration. Bis-lang ist mit diesem Verfahren noch keine Aussageüber die Größenverteilung der Teilchen möglich,das System wird noch weiterentwickelt (4).

Mit Hilfe eines Differentialmobilitätsspektrometersin Verbindung mit einem Kondensationsparti-kelzähler lässt sich die Anzahlverteilung der Parti-kel über dem Mobilitätsdurchmesser messen.Elektrisch aufgeladene Partikel bewegen sich un-terschiedlich schnell durch die Luft. Über den Luft-widerstand lässt sich mit guter Näherung auf dieGröße schließen. Zur Bestimmung der Masse derTeilchen wird das Abgas durch mehrere Messkas-kaden (Impaktor-)umgeleitet (Messung FraunhoferInstitut Hannover/Auto Motor Sport). Es handeltsich um ein aufwändiges Messverfahren für denLaborbetrieb (5).

Bei einem anderen Verfahren werden durch eineelektrische Entladung gleich polige Ionen erzeugt,die sich an der Oberfläche der Partikel anlagern.Diese Anlagerung ist abhängig von der Größe derPartikel. Die Partikel werden in einem elektrischisolierten Filter gesammelt. Die gemessene elektri-sche Stromstärke ist dann ein Maß für die so ge-nannte „Fuchs Oberfläche“. Bei diesem Verfahrenist keine Aussage über die Zusammensetzung derPartikel möglich. Das Messgerät sollte mit anderenPrüfgeräten zusammen verwendet werden (6).

Bei den meisten Verfahren zur Bestimmung derPartikelanzahl und Größe ist es erforderlich, übereinen längeren Zeitraum zu messen, um eine aus-reichend große Anzahl von Partikeln zu erfassen.Daher ist bei diesen Verfahren nur die Messung instationären Lastpunkten möglich. Eine Ausnahmestellt die laserinduzierte Glühtechnik (4) dar, dieauch dynamische Messungen erlaubt.

Messung der gasförmigen Schadstoffkompo-nenten

Die Messung der gasförmigen Schadstoffe, insbe-sondere der Stickoxide, ist bei Messungen aufeinem Rollenprüfstand sinnvoll. Im Rahmen derAbgasuntersuchung für Fahrzeuge mit Fremdzün-dungsmotor werden Messgeräte für die Bestim-mung der Konzentrationen von CO, CO2, HC undO2 eingesetzt. Derartige Messgeräte lassen sichohne Schwierigkeiten mit einem Sensor zur Mes-sung der NO-Emissionen ausrüsten. Problematischbei der Messung gasförmiger Komponenten imDieselabgas ist die Verschmutzung der Messgerä-te durch die Rußpartikel. Daher sind aufwändigeProbennahmesysteme erforderlich.

Zur Zeit wird ein mobiles System für die periodi-sche Abgasuntersuchung an Fahrzeugen im Ver-kehr entwickelt, das die Messung der Konzentra-tionen der gasförmigen Abgaskomponenten CO,CO2, HC und NOx und die Messung der Abgastrü-bung mit einer gegenüber bestehenden AU-Gerä-ten erhöhten Messgenauigkeit ermöglicht. Dabeiwird mit Hilfe eines beheizten Probennahmesys-tems ein Teil des Abgases dem Opazimeter und einanderer Teil der Analyseneinrichtung zur Bestim-mung der gasförmigen Emissionen zugeführt. Ineinem zweiten Entwicklungsschritt sollen die Mas-sen der gasförmigen und der Partikelemissionenbestimmt werden können (7).

Remote Sensing

Das Remote Sensing ist ursprünglich für die Mes-sung der Abgasemissionen von Fahrzeugen imVerkehr entwickelt worden. Dabei wird die Ge-schwindigkeit eines auf der Straße vorbeifahrendenFahrzeuges zweimal bestimmt, um eine Aussagetreffen zu können, ob das Fahrzeug beschleunigt,

27

Erfassung der Partikelanzahl und -größe

+ Zukunftsweisende Mess- - Aufwändige Messtechnik er-technik forderlich

+ Prototyp eines Gerätes (la- - Keine Referenzwerte aus der serinduzierte Glühtechnik) Typprüfung vorhandenfür das Vorhaben verfügbar (4)

+ Laserinduzierte Glühtechnik - Zur Zeit stehen nur Labor-ermöglicht schnelle Auswer- messtechnik und Prototypentung (4) zur Verfügung

+ Laserinduzierte Glühtechnik - Bei den meisten Verfahrengeeignet für instationäre sind stationäre Motorlast-Vorgänge (4) punkte erforderlich

Zur Zeit sind keine Angaben zu den Anschaffungskosten der-artiger Geräte möglich, sie liegen jedoch deutlich über den

Kosten für ein Opazimeter

Messung der gasförmigen Schadstoffkomponenten

+ Bei Messung unter Last ins- - Aufwändige Probennahme,besondere bei Stickoxid- beheizte Leitung erforderlichmessung Aussagefähigkeit zu erwarten

+ Schnelle Auswertung der - Messgeräte werden durch Messergebnisse möglich Partikel verschmutzt

+ Prototyp eines einfachen - Zur Zeit nur Labormesstech-Gerätes für Messungen im nik oder Prototypen verfüg-Feld für das Forschungs- barvorhaben verfügbar

Zur Zeit sind keine genauen Angaben zu den Anschaffungs-kosten derartiger Geräte möglich, da nur Prototypen zur Verfü-gung stehen, sie liegen jedoch deutlich über den Kosten für ein

Opazimeter

bei konstanter Geschwindigkeit fährt oder verzö-gert. Eine genaue Bestimmung der Motorlast ist je-doch mit dieser Methode nicht möglich. Die Kon-zentration der verschiedenen Abgaskomponenten(CO, CO2 und HC) und die Abgastrübung werdendurch die Absorption von infrarotem und ultravio-lettem Licht in der Abgasfahne des Fahrzeuges be-stimmt. Schwierigkeiten bei diesem Verfahren be-reiten die nicht definierten Fahrzustände der ver-messenen Fahrzeuge und die Umweltbedingun-gen, d. h. Wind, Abgasemissionen anderer Fahr-zeuge, Fahren in einer Linienquelle etc. (8).

Ein Einsatz der für den Road Side Test vorgesehe-nen Messgeräte ist jedoch auch im Rahmen eineran Prüfstellen durchzuführenden Abgasuntersu-chung denkbar. Ein Vorteil stellt dabei die Messungder gasförmigen Emissionen in der Abgasfahnedar. Man kann die Konzentrationen der gasförmi-gen Komponenten und die Abgastrübung bestim-men, ohne dass aufwändige Probennahmesyste-me zum Schutz der Abgasmessgeräte vor einerVerschmutzung durch die im Abgas enthaltenen

Rußpartikel erforderlich sind. Durch eine Prüfungauf einem Rollenprüfstand in einer Prüfhalle lassensich definierte Messbedingungen schaffen und dieMessgenauigkeit des Systems erhöhen.

In den Tabellen 6.2 und 6.3 sind die verschiedenenMöglichkeiten für die Analyse der Abgaskompo-nenten zusammengefasst.

In einer weiteren Matrix werden die verschiedenenMöglichkeiten zum Aufbringen einer Motorlast undfür die Analyse der Abgaskomponenten miteinan-der in Verbindung gebracht.

28

Tab. 6.2: Analyse der Abgaskomponenten

A B C D E F

Messung der Messung einer Messung der Erfassung der Messung der On-Board-Diagnose

Abgastrübung Filterschwärzung Partikelmasse *) Partikelanzahl und gasförmigen gemäß 98/69/EG

Teilstrom oder Vollstrom -größe *) Schadstoffemissionen

1 Geringe Aussagefähigkeit bei geeigneter Motor- bei geeigneter Motor- sinnvoll bei stationären bei geeigneter Motor- Erhöhung der Aussage-

Abschätzung der bei niedrigen Emissionen belastung Erkennung von belastung Erkennung von Lastpunkten; die vorlie- belastung Aussagefähig- kraft jeder Wirkungsprü-

Verfügbarkeit bei vorhandenen Mess- auffälligen Fahrzeugen auffälligen Fahrzeugen genden Ergebnisse keit insbesondere bei fung durch Auslesen der

geräten; verbesserte zu erwarten zu erwarten lassen eine Bewertung Stickoxidmessung zu OBD-Daten zu erwarten

Messtechnik in Ent- der Aussagefähigkeit die- erwarten

wicklung ses Verfahrens nicht zu

2 Sofort verfügbar Filterpumpen mit aufwändige Probennah aufwändige Messtechnik; Problem der Proben- -

Verfügbarkeit variablen Saugvolumen me erforderlich; ein- einfaches Gerät für Un- nahme, beheizte Leitung

allgemein sofort verfügbar faches Gerät für Einsatz tersuchungen im Feld erforderlich (zur Zeit für Fahrzeuge

im Feld mit kurzer Aus- zur Zeit im Entwicklungs- mit Dieselmotor nur in

wertezeit im Entwick- stadium Ansätzen verfügbar)

lungsstadium

3 Sofort verfügbar; Verfügbar Prototyp eines Geräts für Prototyp eines Geräts für Prototyp eines einfachen -

Verfügbarkeit für Prototyp Einsatz im Feld nicht Einsatz im Feld nicht Messsystems verfügbar;

Untersuchungen verfügbar verfügbar zur Zeit Geräte für (zur Zeit für Fahrzeuge

im Rahmen des Remote Sensing mit Dieselmotor nur in

Vorhabens verfügbar Ansätzen verfügbar)

4 Ab ca. 5.000 ¡, ca. 10.000 ¡ zur Zeit keine Angaben zur Zeit keine Angaben zur Zeit keine Angaben zur Zeit keine Angaben;

Kosten der für verbesserte Mess- Scan Tool für Fahrzeuge

Prüftechnik geräte keine Angaben mit Ottomotor vorhan-

den etwa ab 1.000 ¡

5 Abhängig von der Art der abhängig von der Art der hoher Aufwand für die zur Zeit keine Angaben abhängig von der Art der abhängig von der Art

geschätzter Zeit- Prüfung, schnelle Prüfung, schnelle Auswertung (1 bis 2 Prüfung, schnelle Aus- der Prüfung, schnelle

aufwand für die Auswertung Auswertung Stunden bei gravime- wertung Auswertung

gesamte Prüfung trischer Auswertung)

6 Gut Gut zur Zeit kein praxis- zur Zeit kein praxis- zur Zeit keine Angaben Gut

Umsetzbarkeit taugliches System für taugliches System für möglich

im Feld aus Feldtest einsatzbereit Feldtest einsatzbereit

heutiger Sicht

*) Zur Zeit befindet sich ein Verfahren in der Entwicklung, mit dem sowohl die Partikelmasse als auch die Partikelanzahl zeitlich aufgelöst bestimmt werden kann. Eine Bewer-

tung dieses Verfahrens ist zur Zeit nicht möglich. Andere Verfahren zur Bestimmung der Partikelanzahl und -Größe sind nur in stationären Lastpunkten sinnvoll. Bei diesen

Verfahren haben Randbedingungen wie Probennahme und Umgebungsbedingungen einen erheblichen Einfluss auf das Messergebnis.

6.3 On-Board-Diagnose/Eigendiagnose

Zur Zeit wird bei der Abgasuntersuchung eine Bau-teileprüfung (Sichtprüfung) und eine Wirkungsprü-fung (Messung der Abgastrübung bei der freien Be-schleunigung) durchgeführt. In der Richtlinie 98/69/EG ist die Einführung einer genormten OBD fürPkw mit Kompressionszündungsmotor ab demJahr 2003 vorgesehen. Bei der Betrachtung vonverschiedenen Prüfverfahren für eine weiterent-wickelte Abgasuntersuchung für Fahrzeuge mitDieselmotor kann daher neben den beiden obengenannten Prüfbestandteilen der Bereich Diagnose(z. B. Auslesen der OBD-Daten) in Betracht gezo-gen werden.

Die bekannten Probleme, Konditionierung und Be-schleunigungszeitvarianz, bei der bisherigen AU,können unter Umständen durch die Einbindungvon Parametern und Größen, die das OBD-Systemdes Fahrzeugs liefert, minimiert oder sogar elimi-niert werden.

In praktischen, exemplarischen Versuchen soll derZusammenhang von Parametern aus dem Motor-steuergerät und dem Abgasverhalten dargestelltwerden. Funktionsinhalte, wie Fehlerspeicher undPrüfbereitschaftstests auslesen, sind in gleichemUmfang zu betrachten, wie dies für die AU beiFahrzeugen mit Ottomotor und OBD gemäß Richt-linie 98/69/EG zur Diskussion steht.

29

Tab. 6.3: Überblick über die Ergebnisse der theoretischen Betrachtung zur Anpassung der AU an künftige Fahrzeuggenerationen

A B C D E F

Messung der Messung der Messung der Erfassung der Messung der On-Board-Diagnose

Abgastrübung Filterschwärzung Partikelmasse *) Partikelanzahl und gasförmigen

Teilstrom oder Vollstrom -größe *) Schadstoffemissionen

1 geringe Aussagefähig- geringe Aussagefähigkeit, geringe Motorbelastung geringe Motorbelastung geringe Motorbelastung Als Ergänzung zur Er-

Messung im keit, da geringe Motor- da geringe Motorbelas- und geringe und geringe Emissionen, und geringe Emissionen, höhung der Aussage-

Leerlauf und im belastung und geringe tung und geringe Emissionen, die vorlie- Problem der Auflösung die vorliegenden Ergeb- fähigkeit einer Wirkungs-

erhöhten Leer- Emissionen Emissionen genden Ergebnisse der Geräte nicht sinnvoll nisse lassen eine Be- prüfung

lauf lassen eine Bewertung wertung nicht zu

nicht zu

2 Einschränkung der Aus- die vorliegenden Ergeb- kurzer instationärer Vor- nicht sinnvoll; für die kurzer instationärer Als Ergänzung zur Er-

Freie sagequalität durch nisse lassen eine Bewer- gang, Auflösung von zur Erfassung der Partikel- Vorgang, Auflösung von höhung der Aussage-

Beschleunigung Einfluss der Konditio- tung der Aussagefähig- Zeit verfügbaren Geräten anzahl und -größe sind zur Zeit für Feldeinsatz fähigkeit einer Wirkungs-

nierung und der Be- keit nicht zu nicht aussagefähig stationäre Lastpunkte verfügbaren Geräten prüfung

schleunigungszeit auf erforderlich nicht ausreichend, nicht

das Messergebnis aussagefähig

3 die vorliegenden Ergeb- die vorliegenden Ergeb- kurzer instationärer nicht sinnvoll; für die kurzer instationärer Als Ergänzung zur Er-

Beschleunigung nisse lassen eine Bewer- nisse lassen eine Bewer- Vorgang, Auflösung von Erfassung der Partikel- Vorgang, Auflösung von höhung der Aussage-

einer externen tung der Aussagefähig- tung der Aussagefähig- zur Zeit verfügbaren Ge- anzahl und -Größe sind zur Zeit verfügbaren fähigkeit einer Wirkungs-

Schwungmasse keit nicht zu keit nicht zu räten nicht aussagefähig stationäre Lastpunkte Geräten nicht prüfung

erforderlich aussagefähig

4 nur geringe Abgastrü- nur geringe Abgasemis- die vorliegenden Ergeb- die vorliegenden Ergeb- Aussagefähigkeit zu Als Ergänzung zur Er-

Konstantfahrt bung bei modernen Mo- sionen bei modernen nisse lassen eine Be- nisse lassen eine Be- erwarten, Prototyp eines höhung der Aussage-

auf einem Fahr- toren, Opazimeter mit Motoren, Geräte mit wertung der Aussage- wertung der Aussage- einfachen Messsystems fähigkeit einer Wirkungs-

leistungsprüf- hoher Auflösung hoher Auflösung fähigkeit nicht zu fähigkeit nicht zu prüfung

stand (Teillast) erforderlich erforderlich

5 nur geringe Abgastrü- im Rahmen der Motoren- die vorliegenden Ergeb- die vorliegenden Ergeb- Aussagefähigkeit zu Als Ergänzung zur Er-

Volllastprüfung bung bei modernen entwicklung angewen- nisse lassen eine Be- nisse lassen eine Be- erwarten, Prototyp eines höhung der Aussage-

auf einem Fahr- Motoren, Opazimeter mit detes Verfahren wertung der Aussage- wertung der Aussage- einfachen Messsystems fähigkeit einer Wirkungs-

leistungsprüf- hoher Auflösung fähigkeit nicht zu fähigkeit nicht zu prüfung

stand erforderlich

6 Aussagefähigkeit zu die vorliegenden Ergeb- gute Aussagefähigkeit nicht sinnvoll; für die Aussagefähigkeit zu Als Ergänzung zur Er-

Dynamischer erwarten, erste Ergeb- nisse lassen eine Bewer- zu erwarten, Erfassung der Partikel- erwarten, Prototyp eines höhung der Aussage-

Zyklus auf einem nisse siehe EU-Studie, tung nicht zu, schwierige sehr aufwändig anzahl und -größe sind einfachen Messsystems fähigkeit einer Wirkungs-

Fahrleistungs- Literatur Zwischen- Probennahme stationäre Lastpunkte prüfung

prüfstand bericht [6.1] erforderlich

7 Aussagefähigkeit zu Aussagefähigkeit zu Aussagefähigkeit zu Aussagefähigkeit zu Aussagefähigkeit zu Aussagefähigkeit zu er-

Messung im erwarten, erhebliche erwarten, erhebliche erwarten, erhebliche erwarten, erhebliche erwarten, erhebliche warten, erhebliche

realen Fahrbe- Schwierigkeiten bei der Schwierigkeiten bei der Schwierigkeiten bei der Schwierigkeiten bei der Schwierigkeiten bei der Schwierigkeiten bei der

trieb auf einer Abwicklung zu erwarten, Abwicklung zu erwarten, Abwicklung zu erwarten, Abwicklung zu erwarten, Abwicklung zu erwarten, Abwicklung zu erwarten,

Fahrbahn Remote Sensing oder mobile Abgasgeräte mobile Abgasgeräte mobile Abgasgeräte Remote Sensing oder mobile Abgasgeräte er

mobile Abgasgeräte erforderlich erforderlich erforderlich mobile Abgasgeräte forderlich

*) Zur Zeit befindet sich ein Verfahren in der Entwicklung, mit dem sowohl die Partikelmasse als auch die Partikelanzahl zeitlich aufgelöst bestimmt werden kann. Eine Bewer-

tung dieses Verfahrens ist zur Zeit nicht möglich. Andere Verfahren zur Bestimmung der Partikelanzahl und -größe sind nur in stationären Lastpunkten sinnvoll. Bei diesen Ver-

fahren haben Randbedingungen wie Probennahme und Umgebungsbedingungen einen erheblichen Einfluss auf das Messergebnis.

Allgemein gibt es folgende Ansatzpunkte zur Ein-beziehung der OBD bei Dieselfahrzeugen:

- Fehlerspeicher auslesen,- Sensor-/Aktuatortest,- Auslesen von Ist-Werten.

Bei zukünftigen genormten Diesel-OBD-Systemenwird ein großer Teil der allgemeinen Diagnosedatenim Zusammenhang mit entsprechenden Plausibi-litäten versehen nutzbar sein. Unter anderem dieMotordrehzahl, die Einspritzmenge oder entspre-chende Parameter werden bei der Nutzung des genormten OBD-Systems zur Verfügung stehen.Durch diese Größen kann festgestellt werden, ob der Motor wirklich im Rahmen der FAS-Metho-de (freie Beschleunigung) bis zur Volllast belastetund die maximale Einspritzmenge erreicht wurde.Dabei muss eine Korrelation zwischen OBD-Datenund entweder FAS oder eventueller Abgasmes-sung auf Leistungsrollenprüfständen gefundenwerden. Im Rahmen der vorgesehenen praktischenVersuche sollen diese Zusammenhänge dargestelltwerden.

An den aktuellen Dieselfahrzeugen stehen dieseDaten bereits über die 16-polige Diagnosedose zurVerfügung, das Übertragungsprotokoll ist jedochnicht genormt, sondern herstellerspezifisch.

Abgasnachbehandlungssysteme können ebenfallsmit in die Beurteilung einbezogen werden, da i. d.R. entsprechende Sensoren und Aktuatoren zurVerfügung stehen. Bei entsprechender Offenlegungvon Seiten der Hersteller können auch Aktuatorenzur Beurteilung herangezogen werden.

Im Rahmen der weiteren Untersuchungsschrittewird u. a. ein Fahrzeug mit Pumpe-Düse-Motor-konzept (VW Passat) und ein Fahrzeug mit Com-mon-Rail-System (DaimlerChrysler 200 CDI) mit indie vorstehend beschriebene Untersuchung einbe-zogen. Da noch keine Dieselfahrzeuge mit einemgenormten OBD-System nach Richtlinie 98/69/EGauf dem deutschen Markt erhältlich sind undaußerdem noch keine Protokollinhalte definiertsind, kann nur mit den herstellerspezifischen Diag-nosemethoden die beschriebene Korrelationsun-tersuchung durchgeführt werden. Außerdem fehlenbei den vermessenen Fahrzeugen noch einigeÜberwachungsfunktionen, wie zum Beispiel dieÜberwachung des Katalysatorwirkungsgrades.Dementsprechend kann keine Aussage getroffenwerden, inwiefern die Aussagen dieser Funktionenin die AU eingebunden werden können.

6.4 On-Board-Measurement

Über diese Messverfahren hinaus gibt es verschie-dene Ansätze zur Entwicklung eines On-Board-Measurement-Systems, bei dem der aktuelle Fahr-zustand des Fahrzeugs und die bei diesem Fahrzu-stand emittierten Schadstoffe im Fahrzeug selbsterfasst werden sollen.

Zur Zeit befindet sich ein Rußpartikelsensor im Ent-wicklungsstadium, mit dessen Hilfe die Rußemis-sion gemessen werden kann. Dazu wird im Abgas-strom eine Hochspannungs- und eine Messelektro-de angebracht. Dadurch wird ein starkes, stati-sches elektrisches Feld erzeugt. Beim Durchströ-men werden die Partikel elektrisch geladen. Die ge-ladenen Partikel transportieren elektrische Energieaus dem Kondensator ab. Da die Hochspannungkonstant ist, entsteht ein Ladestrom, der das Defi-zit wieder ausgleicht. Daraus ergibt sich ein Span-nungsabfall am Eingangswiderstand, der das Messsignal liefert. Dieser Sensor ist für den Einsatzim Fahrzeug zur Überwachung und Steuerung vonAbgasnachbehandlungssystemen vorgesehen (9).Außerdem werden zur Zeit Sensoren zur Messungvon gasförmigen Emissionen und zur Erfassungdes Lastzustands im fahrenden Fahrzeug ent-wickelt (10, 11).

6.5 Auswahl der praktisch zu untersu-chenden Verfahren

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollenverschiedene Ansätze für eine weiterentwickelteperiodische Abgasuntersuchung an Fahrzeugenmit Dieselmotor praktisch untersucht werden. Ent-scheidend für die Aussagefähigkeit eines Prüfver-fahrens zur Bestimmung des Abgasemissionsver-haltens eines Fahrzeuges ist die Kombination desLastzustandes des Motors und der Analyse derAbgaskomponenten.

Bestimmte Kombinationen von den in den voran-gegangenen Abschnitten vorgestellten Möglichkei-ten zur Fahrwiderstandssimulation und für die Ana-lyse der Abgaskomponenten erscheinen nichtsinnvoll:

• Von einer Messung im Leerlauf und im erhöhtenLeerlauf ist aufgrund der dabei auftretendenniedrigen Emissionen keine hohe Aussagefähig-keit zu erwarten.

30

• Eine Messung im realen Fahrbetrieb auf einerabgesperrten Fahrbahn lässt sich im Feld nichtumsetzen, da das Sicherheitsrisiko im Straßen-verkehr zu groß ist und geeignete abgesperrteFahrbahnen nicht überall vorhanden sind.

• Die Messung mit einer Filterpumpe bei kurzeninstationären Vorgängen ist nicht sinnvoll.

• Bei der Beschleunigung einer externenSchwungmasse sind bei höherem Aufwandähnliche Schwierigkeiten (Konditionierungsein-fluss, Einfluss der Beschleunigungszeit) zu er-warten wie bei der freien Beschleunigung.

Aus den in den vorangegangenen Abschnitten vor-gestellten Vorschlägen für eine Fahrwiderstandssi-mulation und für die Analyse der Abgaskomponen-ten wurden folgende Kombinationen für die weite-ren Untersuchung ausgewählt:

Soweit sich bei der Durchführung der Messungeneinzelne zusätzliche Messverfahren und Belas-tungsvarianten ohne nennenswerten Mehraufwandangeboten haben, wurden diese mit durchgeführt.

7 Praktische Untersuchung zurAnpassung der Abgasuntersu-chung an künftige Fahrzeug-generationen

7.1 Beschreibung der unterschiedli-chen Motorbelastungen

7.1.1 Konstantfahrt bei Teillast auf einemFahrleistungsprüfstand

Beim RWTÜV wurden diese Messungen an Pkwauf einem Fahrleistungsprüfstand unter folgendenBedingungen durchgeführt:

- 30 km/h im 2. Gang,- 50 km/h im 3. Gang,- 50 km/h im 4. Gang.

Ein Nutzfahrzeug wurde im Rahmen des 13-Stu-fentests gemessen.

Bei der DEKRA wurden die Messungen auf einemASM-Prüfstand durchgeführt. Gemessen wurde 50 km/h im 2. Gang.

7.1.2 Beschleunigung von Teillast auf Volllastauf einem Fahrleistungsprüfstand

Beim RWTÜV wurde auf einem Fahrleistungsprüf-stand im 2. Gang von 30 km/h bis zur Abregel-drehzahl beschleunigt. Dabei wurde die gleiche Lasteinstellung wie bei der Typprüfung verwendet.Bei der DEKRA wurde im 2. Gang von der Leer-laufdrehzahl bis zur Abregeldrehzahl gegen eineSchwungmasse beschleunigt.

7.1.3 Volllast auf einem Fahrleistungsprüf-stand

Beim RWTÜV wurden Volllastmessungen bei zweiPkw und an einem Nutzfahrzeug auf einem Fahr-leistungsprüfstand durchgeführt.

7.1.4 Freie Beschleunigung

Bei dieser Prüfung wird der Motor von Leerlauf-drehzahl bis zur Abregeldrehzahl beschleunigt.Hierbei muss das Fahrpedal schnell und stoßfreidurchgetreten werden. Nach Erreichen der Abre-geldrehzahl ist diese so lange zu halten, bis dasMessgerät den Trübungswert erfasst hat. Bei derDurchführung dieser Messungen wurden die in Ab-schnitt 5.1 vorgeschlagenen Maßnahmen zur Er-höhung der Aussagekraft der bestehenden Abgas-

31

Ausgewählte Prüfverfahren

• Konstantfahrt bei Teillast Messung der Abgastrübung,auf einem Fahrleistungs- der Partikel und der gasförmi-prüfstand gen Emissionen

• Beschleunigung von Teil- Messung der Abgastrübung,last auf Volllast auf einem der Partikel und der gasförmi-Fahrleistungsprüfstand gen Emissionen

• Volllast auf einem Messung der Abgastrübung,Fahrleistungsprüfstand der Partikel und der gasförmi-

gen Emissionen

• Freie Beschleunigung Messung der Abgastrübungmit Hilfe von Teilstromopazi-metern (Modus A, Modus B,Integral) und Vollstromopazi-metern

• On-Board-Diagnose (soweit verfügbar)

untersuchung berücksichtigt, d. h., die Fahrzeugewurden vor den Messungen konditioniert und diefreie Beschleunigung wurde so durchgeführt, dassmöglichst kurze Beschleunigungszeiten erreichtwurden.

Die Prüfungen wurden nach dem AU-Prüfmodus Aund B sowie als Integralmessung durchgeführt.

7.2 Beschreibung der eingesetztenMessgeräte

7.2.1 Partikelmessung

7.2.1.1 Lehrstuhl für Technische Thermodyna-mik (LTT), Universität Erlangen

Rußsensor auf Basis der laserinduzierten Glüh-technik (LII)Messgrößen: Partikelmasse und Teilchengröße

MethodeDie laserinduzierte Glühtechnik (LII) stellt ein neuar-tiges Verfahren dar, das es ermöglicht, neben derMassenkonzentration weitere morphologischeKenngrößen zu erfassen. Die Technik beruht aufder Aufheizung der Teilchen mittels eines hoch-energetischen Laserpulses und der anschließen-den Detektion der damit verknüpften Planckstrah-lung. Aus dem Abklingverhalten des Signals lässtsich durch den Vergleich mit Modellrechnungeneindeutig und kalibrierfrei auf die Primärteilchen-größe der Partikel zurückschließen, während dieabsolute Signalstärke ein Maß für die Konzentra-tion liefert. Das Verfahren zeichnet sich dabei ins-besondere durch eine hohe Selektivität für elemen-taren Kohlenstoff und folglich vernachlässigbarerEmpfindlichkeit gegenüber anderen Abgaskompo-nenten wie z. B. Wasser und Schwefelverbindun-gen aus. Für den Einsatz des Messprinzips zurCharakterisierung von dieselmotorischen Abgasensprechen weiterhin insbesondere die hohe zeitlicheAuflösung und die hohe Empfindlichkeit auch beigeringen Emissionswerten sowie die Einsetzbarkeitim Abgasvollstrom ohne die Notwendigkeit zurProbenentnahme und -aufbereitung oder Verdün-nung.

Aufbau des RußsensorsAuf Basis dieses Funktionsprinzips wurde vom LTTErlangen in Zusammenarbeit mit der Firma ESY-TEC GmbH, Erlangen, ein weitgehend automati-

sierter Sensor entwickelt (Bild 7.1), der innerhalbder Studie am Rollenprüfstand des RWTÜV an ver-schiedene Fahrzeuge appliziert wurde. Dazu wurdeein in den Abgasstrang integrierbarer Ringadapterkonstruiert, an den alle optischen Komponentenfest appliziert wurden. Das vorliegende Konzept er-laubt die Applikation des Sensorkopfes, ohne dassein weiterer Justageaufwand nötig ist. Um im Fallemöglicher Verschmutzungen durch Abgaspartikeleine möglichst einfache und schnelle Reinigung zugewährleisten, befindet sich im Inneren des Ring-adapters ein Glasring, der den optischen Zugangfür alle Einzelkomponenten gleichzeitig gewährleis-tet und der mit geringem Aufwand ausgebaut undgereinigt werden kann. Die Einkopplung des Laser-pulses erfolgt hierbei über einen Strahlführungs-arm, der einerseits die vollkommen abgeschirmteFührung des Laserstrahls erlaubt und andererseitseine freie und einfache Positionierung zulässt. DerFestkörperlaser selbst wurde zusammen mit allenweiteren Systemkomponenten (Lasernetzteil, Digi-taloszilloskop als AD-Wandler, Messrechner undweitere elektronische Komponenten) in einen ge-eigneten und elektrisch geschirmten Industrie-messschrank integriert. Die Steuerung sämtlicherSystemkomponenten, wie Laser und Oszilloskop,ist durch verschiedene entsprechende Schnittstel-

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Bild 7.1: Prototyp des On-line-Sensors

len jeweils separat vom Messrechner zu bewerk-stelligen. Die dem Rechner zugehörigen Ein- undAusgabegeräte (Monitor und Tastatur) können vonder Prüfstandsleitwarte über ein entsprechendesSchnittstellenkabel bedient werden und erlaubensomit eine vollständige Bedienung des Sensorsohne Aufenthalt im Prüfstandsbereich. Bei der Aus-wahl der Systemkomponenten wurden im Hinblickauf ein prüfstandstaugliches System bereits wichti-ge Aspekte bezüglich elektrischer Sicherheit, Stör-strahlungsabschirmung und Laserschutzverord-nung eingearbeitet. [7.1] bis [7.9].

7.2.1.2 Sensors

Messgrößen: Partikelanzahl

Laser-Streulicht-Messgerät zur Bestimmung vonPartikelanzahl und -größenverteilung

Über eine volumenregulierte Pumpe wird eine Teil-strom-Abgasprobe entnommen und der Laserkam-mer zugeführt. Die enthaltenen Partikel erzeugeneine Streuung des Laserlichtes, das mittels einersehr schnellen Fotodiode aufgenommen und aneinen Mehrkanal-Impulshöhenanalysator weiterge-leitet wird. Die Auswertung erfolgt über diskreteZählung der Partikel pro Messkanal.

Dieses Messverfahren erlaubt die Bestimmung vonPartikelgrößen und deren Häufigkeit sowie die Be-stimmung der Gesamtanzahl der Partikel in Echt-zeit.

In Kombination mit der Messung gasförmiger Kom-ponenten wird eine umfassende Beurteilung desEmissionsverhaltens von Dieselmotoren ermög-licht.

7.2.1.3 AVL-Filterpumpe 415

Messgrößen: Filterschwärzung und Partikelmasse

Das Messgerät entnimmt mittels einer Sonde ausder Auspuffleitung eine vom Anwender in weitenGrenzen frei wählbare Abgasmenge und saugt siedurch ein sauberes Filterpapier.

Es erfolgt die

- Messung der durch das Filterpapier gesaugtenAbgasmenge mit einer Blendenmessstrecke,

- Berechnung der effektiven Länge,

- Erfassung der Schwärzung des Filterpapiersdurch Ruß (Papierschwärzung) mit einem opti-schen Messkopf,

- Ermittlung des Rußgehaltes im Abgas aus Pa-pierschwärzung und effektiver Länge,

- Anzeige des Rußgehaltes als FSN oder Ruß-konzentration (in mg/m3) oder Pollution Level (in%).

Die Entnahmemenge pro Zeit ist annähernd kons-tant. Damit entsprechen die Messwerte dem Mit-telwert des Rußgehaltes während der Saugzeit.

Der gesamte Messvorgang vom Spülen der Abgas-wege über Probenentnahme, Filterpapiertransportund Bestimmung der Papierschwärzung und dereffektiven Länge wird von einem Mikroprozessorgesteuert, überwacht und läuft vollautomatisch ab.

7.2.2 Ermittlung der Trübung

Das Trübungsmessverfahren beruht auf derSchwächung der Lichtintensität durch die imAbgas enthaltenen festen Bestandteile wie z. B.Ruß. Es wurden verschiedene Opazimeter zur Er-mittlung der Trübung verwendet:

- AVL 439,- AVL 465,- Bosch RTT 110,- Sensors Opazimeter LCS.

Bei diesen drei Trübungsmessgeräten handelt essich um Teilstromopazimeter. Ein Teilstrom des Ab-gases wird mit Hilfe einer Probennahmesonde amEndrohr entnommen und strömt durch eine Mess-kammer. Über Linsen und Quarzstäbe wird dasLicht einer Halogenlampe in die Messkammer ge-leitet. Nach dem Durchstrahlen des Abgases trifftdas Licht über einen zweiten Quarzstab, Linsenund einen Filter auf einen lichtempfindlichen Emp-fänger (Fotodiode). Der Filter (grün) soll eine demAuge ähnliche Empfindlichkeit nachbilden.

Die Abgassäule im Messrohr absorbiert und streuteinen Teil des Lichtes. Der ungehindert durchge-hende Lichtanteil wird gemessen. Zu bestimmenist der Lichtverlust in Form des Trübungskoeffizien-ten. Die Trübung kann durch den Trübungskoeffizi-enten in m-1 oder durch den Trübungsgrad in %angegeben werden.

CELESCO Model 107

Bei diesem Gerät handelt es sich um ein Vollstrom-opazimeter. Bei diesem Trübungsmessgerät wirdder gesamte Abgasstrom von einem Lichtstrahldurchstrahlt. Die Absorption des Lichtes durch das

33

Abgas wird als Trübungskoeffizient in m-1 oderdurch den Trübungsgrad in % erfasst. Eine Anpas-sung des Messgerätes an das Auspuffendrohr isterforderlich.

7.2.3 Ermittlung der Filterschwärzung

Beim RWTÜV wurde die AVL-Filterpumpe AVL 415verwendet. Bei diesem Gerät erfolgt zusätzlich eineBerechnung der Partikelmasse. Die Abgasmengeist frei wählbar.

Beim DEKRA wurden Filterschwärzungsmessun-gen mit den Filterpumpen ETD 020.00 und ETD020.50 von Bosch durchgeführt. Das Saugvolumenbeträgt 330 cm3 bei einer Saugdauer von ca. 2 secund ist nicht variabel.

7.2.4 Ermittlung der gasförmigen Schadstoff-emissionen

Sensors Semtech-D zur Bestimmung von gasför-migen Komponenten im Dieselabgas

Die Auslegung der Probennahme erlaubt die Mes-sung gasförmiger Komponenten im Dieselabgas.Eine der Besonderheiten ist die Konzentrations-messung der Kohlenwasserstoffe bei 195 °C, umauch die Erfassung der langkettigen Kohlenwas-serstoffe zu gewährleisten. Die Konzentrationenvon Kohlenmonoxid und Kohlendioxid werden mit-tels NDIR gemessen.

Die Konzentrationsmessung für Stickoxide erfolgtzur Zeit über einen elektrochemischen Sensor inKombination mit einem NO2-Konverter. Um dieNachteile dieses Verfahrens zu kompensieren, wer-den die Stickoxide zukünftig mittels eines paten-tierten optischen Verfahrens ermittelt.

Das geplante Serienmodell wird den Zugriff aufDaten des OBD-Systems über die genormteSchnittstelle oder die Verbindung mit einem Durch-flussmessgerät ermöglichen, so dass die Masse-bestimmung der jeweiligen gasförmigen Kompo-nenten erfolgen kann. Das Messgerät ist für sta-tionären und mobilen Einsatz konzipiert. Die Mess-werte werden durch drahtlose Datenfernabfrage inEchtzeit übermittelt, was eine permanente Online-Messung unabhängig vom Standort gestattet.

7.3 Eigendiagnose

Die im Rahmen der praktischen Messungen einge-setzten Fahrzeuge waren mit einer Eigendiagnoseausgerüstet, die über herstellerspezifische Ausle-segeräte das Erkennen verschiedener Fehlfunktio-nen ermöglichten. Wie bereits erwähnt, entsprichtdiese Eigendiagnose noch nicht der künftigen ge-normten OBD nach Richtlinie 98/69/EG. Nachfol-gend sind die Ergebnisse für zwei der untersuchtenFahrzeuge beispielhaft dargestellt.

Gespeicherte Fehler in der Motorsteuerung

a) VW-Protokoll

Modernes Dieselmotormanagement ist in derLage, die angeschlossenen Komponenten selbstzu überwachen. Dabei können Kabelbrüche, Sen-sorausfall und andere elektrische und auch teilwei-se elektronische Fehler beziehungsweise Fehlfunk-tionen erkannt werden.

Erkannte Fehler werden im Fehlerspeicher abge-legt, als Hilfe bei der Fehlersuche in der Werkstatt.Für Benzinfahrzeuge mit On-Board-Diagnose(gemäß 98/69) sind diese Fehler genormt (P0-Codes).

Dem Fahrzeughersteller steht es bei Fahrzeugenmit Dieselmotor frei, diese Fehler zu verwenden. ImFalle des Versuchsfahrzeuges, Passat 1,9 l TDI, hatder Hersteller auf so genannte P1-Codes zugegrif-fen, soweit es überprüft wurde. Tabelle 7.1 zeigt dieverursachten Fehler und deren Eintrag im Motor-steuergerät.

Aus Tabelle 7.1 wird erkennbar, dass der Herstellerbei dem Magnetventil für die Saugrohrklappe kei-nen P1-Code verwendet hat. Vermutlich wurdedies so gewählt, da es sich um kein abgasbeein-

34

Tab. 7.1: Beispiele für Fehlercodes in der Eigendiagnose

Fehler Code Klartext

HFM abgezogen P1144 Luftmassenmesser – G70 Unter-brechung/Kurzschluss nach Masse; sporadischer Fehler

Kraftstofftemp. P1163 Geber für Kraftstofftemp. G81 Un-Sensor abge- terbrechung, Kurzschluss nach zogen Plus

Magnetventil für 01282 Umschaltventil für Saugrohrklappe Saugrohrklappe N239 offen oder Kurzschluss nach abgezogen Masse

Stelleransteue- P1609 Crashabschaltung wurde ausge-rung Airbag löst

flussendes System handelt. Bei einem Ausfall istdas Abstellen des Motors beeinträchtigt.

Die Versuche zeigen, dass einfache Fehler, wie Lei-tungsunterbrechung bereits sehr gut erkannt wer-den, wo hingegen schleichende Veränderungen,wie im Falle des manipulierten Heißfilm-Luftmas-senmessers (HFM) kein Fehlereintrag erfolgte.

Weitere Istwerte sind in Tabelle 7.2 aufgelistet, mitderen Bedeutung, soweit diese ausfindig gemachtwerden konnte. Für eine vollständige Entschlüsse-lung muss auf die Reparaturanleitung von VW hin-gewiesen werden.

35

Tab. 7.2: Ist-Daten aus dem Eigendiagnosesystem eines VWPassat 1,9l DT

Messwert- Leerlauf 2000 1/min

block Wert Wert Einheit Beschreibung

1 820 1930 1/min Drehzahl

4,6 3,5 Mg/H Einspritzmenge

5,1 2 °KW Förderdauer (soll)

64,8 65,7 °C Motortemperatur

2 820 1930 1/min Drehzahl

0 11,7 % Pedalwert

010b 000b Bit Betriebszustand

66,6 66,6 °C Motortemperatur

3 820 1930 1/min Drehzahl

255 240 Mg/H Luftmasse (soll)

254 230 Mg/H Luftmasse (ist)

60 70 % Tastverhältnis AGR-Ventil Siehe Gruppe 24

4 820 1.970 1/min Drehzahl

3,1 6,2 °vOT Förderbeginn (soll)

5,1 2 °KW Förderdauer (soll) Siehe Gruppe 1

0 0 °KW Synchronisationswinkel

5 820 1.950 1/min Drehzahl

24,1 24,1 Mg/H Startmenge

1 1 Bit Startsynchronisation

69,3 69,3 °C Motortemperatur

6 0 0 Km/h Fahrzeuggeschwindigkeit

000b 000b Bit Schalterstellungen

0 11,3 % Pedalwert Siehe Gruppe 2

0 0 Bit Tempomat

7 53,1 54 °C Kraftstofftemperatur

0 0 % Status Kraftstoffkühlung

19,8 20,8 °C Saugrohrtemperatur

71,1 71,1 °C Motortemperatur

8 820 1930 1/min Drehzahl

0 3,2 Mg/H Fahrerwunschmenge

31,5 50,7 Mg/H Einspritzmengenbegrenzung Drehmo-mentbe-grenzung

20 17,8 Mg/H Einspritzmengenbegrenzung Rauchver-meidung

9 820 1.950 1/min Drehzahl

0 0 Mg/H Einspritzmenge Tempomat

- - Menge v. Automatikgetr.

20 17,8 Mg/H Begrenzungsmenge

10 254 255 Mg/H Angesaugte Luftmasse

969 969 Mbar Umgebungsdruck

989 1.009 Mbar Saugrohrdruck

0 11,3 % Pedalwert Siehe Gruppe 2

Tabelle. 7.2: Fortsetzung

Messwert- Leerlauf 2000 1/min

block Wert Wert Einheit Beschreibung

11 820 1.930 1/min Drehzahl

989 1.152 mbar Soll-Ladedruck

989 1.009 mbar Ist-Ladedruck

19 39 % Tastverhältnis Ladedruckventil

12 11111111 11111111 Bit Glühstatus

0 0 Vorglühzeit

14,3 14,3 V Bordspannung

81,9 81,9 °C Motortemperatur

13 0,23 0,25 mg/H Laufruheregler Zyl. 1 Einspritz-menge

-0,21 -0,16 mg/H Laufruheregler Zyl. 2 Einspritz-menge

-0,14 -0,18 mg/H Laufruheregler Zyl. 3 Einspritz-menge

0,07 0,07 mg/H Laufruheregler Zyl. 4 Einspritz-menge

15 820 1930 1/min Drehzahl

4,1 2,1 mg/H Einspritzmenge (ist) Lastab-hängig

0,4 0,6 l/h Kraftstoffverbrauch Lastab-hängig

0 2,1 mg/H Fahrerwunschmenge Lastab-hängig

16 32 23 % Generatorauslastung

10000001 10000001 Bit Zusatzheizung

00b 00b Bit Ansteuerung Heizelemente

14,2 14,2 V Bordspannung

17 00000000 00000000 Bit

00000000 00000000 Bit

00000000 00000000 Bit

00000000 00000000 Bit

18 1 4 Zustand PD-Einheit Zyl. 1

1 4 Zustand PD-Einheit Zyl. 2

1 4 Zustand PD-Einheit Zyl. 3

1 4 Zustand PD-Einheit Zyl. 4

20 820 1930 1/min Drehzahl

28 18 Nm

70 70 mg/H

0 0 mg/H

21 0 0

10010000 10010000 Bit

00000000 00000000 Bit

00000000 00000000 Bit

22 1 1

000000b 000000b Bit

0 0 Änderungnur beiGasstoß

0 0 Änderungnur beiGasstoß

23 -10 -10

-15 -13

-7 -6

-10 -15

24 255 240 mg/H Luftmasse (soll)

240 240 mg/H Luftmasse (ist)

58 68 % Tastverhältnis AGR-Ventil Siehe Gruppe 3

1 1

25 989 1.152 mbar Einspritzdruck? Siehe Gruppe 11

989 1.009 mbar Saugrohrdruck? Siehe Gruppe 11

19 39 % Last

0 0

b) Auslesen Steuergeräteparameter DaimlerChrys-ler 200 CDI

Dieses Fahrzeug wurde lediglich zur Darstellungder derzeit verfügbaren Diagnosedaten mit in dieUntersuchung einbezogen, Abgasmessungen imRahmen der Untersuchung wurden an diesemFahrzeug nicht durchgeführt. Über das Bosch-Diagnose-Gerät KTS 500 konnten folgende Steuer-gerätegrößen ausgelesen werden:

Identifikation des Steuergerätes,Fehlerspeicher,Fehlerspeicher löschen.

Der Mercedes-Handheld-Tester, HHT, stellte nochmehr Optionen zur Verfügung. Dabei konnten auchIst-Werte ausgelesen werden. Tabelle 7.3 listet alleDaten, die ausgelesen werden konnten.

Dazu kommen noch Daten über die Kommunika-tion zwischen den einzelnen Steuergeräten imFahrzeug, über den CAN-Bus:

Motorsteuergerät an CAN (Ja/Nein)CDI empfängt von ETS/ABS/ASR/EGS/KI (Ja/Nein)CDI sendet an ASR/ESP/KLA/EGS/KI (Ja/Nein)

Bei der Option Fehlerspeicher lesen, kann unteraktuellen und gespeicherten Fehlern ausgewählt

werden. Dies entspricht möglicherweise den Modi7 und 3. Dabei werden bereits P-Codes ausgege-ben, die der SAE-Norm entsprechen. Außerdemsind Fehlerumgebungsdaten abgespeichert, beidenen bereits der Kilometerstand beim ersten Auf-treten des Fehlers und letzten Auftreten des Feh-lers abgespeichert wird.

c) OBD-Protokoll

Das bereits angeführte Versuchsfahrzeug, VW-Passat, verfügt über den in SAE J1962 festgeleg-ten 16-poligen Diagnosestecker. Über diesenStecker kann die Motorsteuerung auch mit ande-ren Protokollen gereizt werden.

Versuchsweise wurde das Motorsteuergerät mitdem ISO-9141-Protokoll für Ottomotoren zur On-Board-Diagnose gereizt. Es wurde festgehalten,welche Modi unterstützt werden und was für Datenmittels der Modi ausgelesen werden können.DerFehlerspeicher konnte nicht angesprochen wer-den.

Die Messungen zeigen, dass die grundlegendenFunktionen bereits vorhanden und ansprechbarsind. Die Untersuchung ergab allerdings auch, dassmit den für Benzinmotor gedachten Istwerten dermomentanen OBD gemäß Richtlinie 98/69/EG dieParameter des Dieselmotors nicht richtig erfasstwerden.

7.4 Zulassungstest

7.4.1 Pkw nach 70/220/EWG

Die Fahrzeuge wurden im Anlieferungszustand undnach der Fehlersimulation zur Bewertung der Aus-sagekraft der untersuchten Prüfverfahren in Typzu-lassungstest nach 70/220/EWG gemessen. DerFahrzyklus ist in Bild 7.2 dargestellt.

36

Tab. 7.3: Ist-Daten aus dem Eigendiagnosesystem eines Daim-lerChrysler 200 CDI

Istwerte

Motordrehzahl (1/min)

Motortemperatur (°C)

Ansauglufttemperatur (°C)

Öltemperatur (°C)

Pedalwert ( %)

Einspritzmenge (ME)

Voreinspritzung (°KW, ms)

Haupteinspritzung (°KW, ms)

Raildruck (bar)

Tastverhältnis Druckregelventil (%)

Laufunruhekorrektur Zylinder 1-4

Injektorspannung (V)

Tastverhältnis Ladedruck (%)

Saugrohrdruck (mbar)

Luftmasse pro Hub (mg)

Tastverhältnis AGR ( %)

Einlasskanalabschaltung (Ja/Nein)

Höhendruck (mbar)

Tankfüllstand (l)

Abschaltventil (Auf/Zu)

Synchronisation (Ja/Nein)

Bild 7.2: Typzulassungstest nach 70/220/EWG (NEFZ)

7.4.2 Nutzfahrzeuge nach 88/77/EWG

Um einen 13-Stufentest in Anlehnung an die ange-passte Ratsrichtlinie 88/77/EWG (Euro I und EuroII) auf dem Lkw-Rollenprüfstand durchzuführen,werden folgende Einflussgrößen gemessen:

• Motordrehzahl,

• Bremslast an der Prüfstandsrolle,

• Ansaugluftmassenstrom,

• Kraftstoffmassenstrom,

• Radgeschwindigkeit,

• Konzentrationen im unverdünnten Abgas CO,HC, NOx, CO2 und O2,

• Partikelemissionen (Teilstromverdünnung),

• Ansauglufttemperatur,

• Abgastemperatur,

• Ladelufttemperatur nach dem Ladeluftkühler(falls vorhanden),

• falls der Lüfter nicht blockiert werden kann:Lüfterdrehzahl,

• Barometerstand,

• relative Luftfeuchtigkeit,

• Ansaugunterdruck, gemessen mit einem Unter-drucksensor in der Zuleitung,

• Kraftstofftemperatur am Eintritt der Einspritz-pumpe,

• Kühlwassertemperatur.

Damit der angesaugte Luftmassenstrom des imFahrzeug installierten Luftpressers nicht in die Be-rechnung des Ansaugluftmassenstroms des Mo-

tors eingeht, wird dieser vom Ansaugsystem ent-koppelt. Die entstehende Öffnung im Saugrohrwird mit einem Verschlussstopfen versehen, dasAnsaugrohr des Luftpressers erhält einen eigenenLuftfilter, um Verschmutzungen zu vermeiden.

Die Achslast an der Antriebsachse des Fahrzeugswird auf einer Lkw-Waage bestimmt. Abhängig vonder Fahrzeugkonfiguration und der Motornennleis-tung wird gegebenenfalls ein Zusatzgewicht instal-liert, oder wenn die Achslast zu groß ist, wird dasFahrzeug an den Hebepunkten mittels Luftbälgenangehoben.

Da zur Bestimmung der Motorleistung die Radge-schwindigkeit benötigt wird, muss in Vorversuchender mittlere, dynamische Reifendurchmesser be-rechnet werden. Hierzu werden bei einer mittlerenMotordrehzahl in den verschiedenen Getriebegän-gen, bei vollständig entlastetem Prüfstand, die Rei-fendrehzahlen, Rollendrehzahlen und Motordreh-zahlen gemessen. Mit einem bekannten Durch-messer der Prüfstandsrollen können diese Versu-che auch zu einer Prüfung bzw. Bestimmung derGesamtübersetzungen (Getriebe- und Achsüber-setzung) genutzt werden.

Jedes Fahrzeug wird auf dem Rollenprüfstand ca.30 Minuten konditioniert, dabei wird ausgehendvon einer mittleren Geschwindigkeit und mittlererBelastung langsam bis auf Nenndrehzahl und Voll-last gesteigert, um mögliche Ablagerungen im Ab-gassystem zu beseitigen.

Nach erfolgreicher Inbetriebnahme und der erfor-derlichen Leistungsmessung wird eine Qualitäts-kontrolle der Abgasmessung durchgeführt. Miteinem Vergleich der l-Werte über Ansaugluft undKraftstoffverbrauch im Vergleich zu den l-Wertenüber die gemessenen Abgasemissionen wird si-chergestellt, dass keine Systemfehler (z. B. Un-dichtigkeiten) vorhanden sind.

Wie in der Richtlinie 88/77/EWG vorgegeben, wirdjeder Lastpunkt in der Regel insgesamt 6 Minutengefahren. Alle Messdaten werden kontinuierlich ge-messen und in der letzten Minute des Lastpunktessekündlich aufgezeichnet und gemittelt.

Insbesondere im Teillastbereich kann eine Verlän-gerung der Messzeit über die Grenze von 6 Minu-ten hinaus erforderlich sein, weil bei einem ent-sprechend niedrigen Emissionsniveau die Sammel-zeiten zur Messung der Partikelemissionen ausge-dehnt werden müssen, um eine sicher auswägbareBeladung der Sammelfilter zu erreichen.

37

Bild 7.3: Versuchsaufbau

Die Lastpunkte des 13-Stufentests sind in Bild 7.4dargestellt.

8 Ergebnisse bei der prakti-schen Untersuchung zur An-passung der Abgasuntersu-chung an künftige Fahrzeug-generationen

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurdenverschiedene Ansätze zur Anpassung der Abgas-untersuchung an künftige Fahrzeuggenerationenaufgezeigt und untersucht. Zur Bewertung dieserVerfahren wurden vier verschiedene Pkw und einschweres Nutzfahrzeug mit den in Abschnitt 6 dar-gestellten Verfahren zur Motorbelastung und Mess-geräten vermessen.

Für die Untersuchungen wurden folgende Fahrzeu-ge ausgewählt:

Bei allen Fahrzeugen wurde zunächst der Istzu-stand mit Hilfe einer Messung im jeweiligen Typ-prüfverfahren festgestellt und sichergestellt, dasskeine Fehler im herstellerspezifischen Eigendiag-

nosesystem abgelegt waren. Die Messergebnisseim Ausgangszustand wurden als Vergleichsba-sis für die folgenden Messungen herangezogen.Anschließend wurden an allen Fahrzeugen abgas-relevante Fehler simuliert, um zu prüfen, ob bzw.wie deutlich diese Fehler mit den verschiedenenMess- und Prüfverfahren erkannt werden können.Um die Aussagekraft der bei den ausgewähltenPrüfverfahren erzielten Messergebnisse zu bewer-ten, wurden Vergleichsmessungen im jeweiligenTypprüfverfahren und mit der bestehenden Ab-gasuntersuchung durchgeführt. Außerdem wurdendie Daten der herstellerspezifischen Fahrzeug-eigendiagnosesysteme ausgelesen und dokumen-tiert. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die einge-bauten Fehler unterschiedliche Auswirkungen aufdas Emissionsverhalten der Fahrzeuge haben kön-nen. Als erkannte Defekte wurden nur diejenigenFehler gewertet, die gegenüber dem Ausgangszu-stand, d. h. dem fehlerfreien Fahrzeug, zu einer Er-höhung der Emissionen führten.

Bei der Bewertung der Ergebnisse ist zu beachten,dass bei einigen Messungen nur sehr niedrige Ab-solutwerte gemessen wurden. In diesen Fällenführten die geringen Änderungen der gemessenenabsoluten Messergebisse zu einer starken prozen-tualen Veränderung gegenüber dem Ausgangszu-stand.

Bei einem Teil der eingesetzten Messgeräte han-delte es sich um Prototypen, die nicht für den ge-samten Zeitraum der Messungen zur Verfügungstanden. Dadurch konnte nicht jedes Fahrzeug mitallen Prüfverfahren untersucht werden. Das giltzum Beispiel für den Rußsensor der Universität Er-langen, der aufgrund eines technischen Defektesausgefallen und für einen Teil der Messungen nichteinsatzbereit war. Das Gerät Semtech-D zur Be-stimmung von gasförmigen Komponenten im Die-selabgas und das Laser-Steulicht-Messgerät zurBestimmung von Partikelanzahl und -größenvertei-lung der Firma Sensors wurden in einem frühenPrototypenstadium im Verlauf des Vorhabens zurVerfügung gestellt, nachdem die Messungen aneinem Teil der Fahrzeuge bereits abgeschlossenwaren. Bei einigen Messungen wurden mit einemnoch in der Entwicklung befindlichen Gerät unplau-sible Messergebnisse (z. B. negative Stickoxid-emissionen) erzielt, die im Rahmen dieses Berich-tes nicht wiedergegeben werden.

38

Bild 7.4: Lastpunkte des 13-Stufentests

Typ Baujahr km-Stand Stand derZulassung

Fahrzeug 1 BMW 525 d 2000 ca. 1.000 km EURO 3

Fahrzeug 2 Mazda 323 2000 ca. 9.600 km EURO 2

Fahrzeug 3 VW Passat 1999 ca. 11.000 km EURO 3

Fahrzeug 4 Smart 2000 ca. 8.100 km EURO 2, D3

Fahrzeug 5 Mercedes Benz 1996 ca. 330.000 km EURO 21831 LS

8.1 Fahrzeug 1

Zur Fehlersimulation wurden die Kontakte desKühlmittelsensors, des Luftmassenmessers undder Abgasrückführung unterbrochen. Diese Fehlerführten zu folgenden Belegungen im Fehlerspei-cher.

- D 0400 AGR außer Funktion,- D 0100 Fehler Luftmassenmesser,- D 0110 Fehler Lufttemperatursensor,- DDE 0115 Kühlmitteltemperatursensor.

Vergleich Opazimeter/Filterpumpe

Messung Partikelgröße und Partikelmasse mit LII

Messung bei freier Beschleunigung

1 Anlieferung

2 def. Abgasrückführung

3 def. Luftmassenmesser

4 def. Kühlwassersensor

In den Bildern 8.1 bis 8.4 sind die Ergebnisse derMessungen zusammengefasst. Dabei werden dieMesswerte auf die Messung im Ausgangszustandbezogen. Es wird deutlich, dass alle drei Fehler zueiner Erhöhung der gasförmigen Emissionen undeiner Absenkung der Partikelemissionen im NEFZführten. Alle drei simulierten Fehler führten bei einerBeschleunigung von Teillast auf Volllast auf demFahrleistungsprüfstand zu einer erhöhten Filter-

39

Hersteller: Bayerische Motoren Werke AG

Fahrzeugtyp: 525 d

Fahrgestell-Nr.: WBADP91000GX70004

Motortyp: 256 D1 EURO 3

Einspritzsystem: Direkteinspritzer Common Rail

Version CO HC NOX HC + PartikelNOX

g/km

Ergebnisse bei 0,244 0,059 0,439 0,498 0,038der Typprüfung 0,296 0,059 0,442 0,501 0,039

0,255 0,053 0,453 0,506 0,039

Mittelwert 0,265 0,057 0,445 0,502 0,039

Anlieferung 0,103 0,103 0,441 0,544 0,053

Kühlmittel-sensor def. 0,503 0,411 0,915 1,326 0,047

Luftmassen-messer def. 0,221 0,225 0,931 1,156 0,026

Abgasrück-führung def. 0,212 0,216 0,920 1,136 0,025

Grenzwerte Typprüfung 0,64 - 0,50 0,56 0,05

Anlieferung AGR-Fehler

* ** *** * ** ***

Leerlauf 0,36 0,2 0,00 0,41 0,2 0,00

erh. LL 2.500 min-1 0,11 0,1 0,00 0,11 0,0 0,00

30 km/h im 2. Gang 0,54 0,4 0,00 0,18 0,1 0,00

50 km/h im 3. Gang 0,98 0,9 0,00 0,36 0,2 0,00

50 km/h im 4. Gang 1,06 0,9 0,00 0,39 0,2 0,00

Beschl. von 30 km/h 0,43 5,6 0,12 1,16 6,0 0,24

Ansaugluftsensor Kühlwassertemperatur

* ** *** * ** ***

Leerlauf 0,36 0,2 0,00 0,40 0,2 0,00

erh. LL 2.500 min-1 0,09 0,0 0,00 0,13 0,0 0,00

30 km/h im 2. Gang 0,15 0,1 0,00 0,18 0,1 0,00

50 km/h im 3. Gang 0,26 0,3 0,00 0,31 0,2 0,00

50 km/h im 4. Gang 0,34 0,2 0,00 0,34 0,3 0,00

Beschl. von 30 km/h 0,88 5,0 0,58 0,76 6,2 0,09

* AVL 415 (Filterpumpe): Trübung FSN** CELESCO (Vollstrom): Trübung %*** SENSORS (Teilstrom): Trübung k [m-1]

Partikelmasse Primärpartikelgröße (mg/m3) (nm)

1 2 3 4 1 2 3 4

Leerlauf 8 7 8 8 23 27 27 27

erh. Leerlauf 2.500 min1 5 4 4 4 27 21 21 24

30 km/h im 2. Gang 32 5 5 6 22 23 21 23

50 km/h im 3. Gang 31 7 8 8 25 22 22 22

50 km/h im 4. Gang 49 9 11 8 26 23 25 25

Beschl. von 30 km/h 58 58 58 48 - - - -

1 2 3 4

LII mg/m3 80 70 65 40

Sensors LCS

Modus A m-1 0,48 0,59 2,85 0,50

Modus B m-1 0,32 0,38 1,69 0,34

Integral m-1 0,41 0,48 2,42 0,46

Bild 8.1: Emissionen von Fahrzeug 1 im NEFZ

schwärzung bei der Messung mit der Filterpumpe.Bei der freien Beschleunigung verursachte derFehler am Luftmassenmesser eine deutliche Er-höhung der Abgastrübung. Alle drei Defekte führ-ten zum Setzen eines Fehlers im herstellerspezifi-schen Eigendiagnosesystem.

8.2 Fahrzeug 2

Bei Fahrzeug 2 wurden der Ladedrucksensor, dasAGR-Ventil sowie die Kühlmitteltemperatur durchAbziehen des jeweiligen Steckers als Fehlersimula-tion durchgeführt.

Folgende Fehler wurden abgespeichert:

- P 0105 Signalkreis Ladedrucksensor,- P 1402 Signalkreis AGR-Ventilhubsensoz,- P 0115 Signalkreis Kühlmitteltemperatursensor.

Vergleich Opazimeter/Filterpumpe

40

Bild 8.2: Messung von Fahrzeug 1 bei Teillast (50 km/h, 3.Gang)

Bild 8.3: Beschleunigung von Teillast auf Volllast bei Fahrzeug 1

Bild 8.4: Freie Beschleunigung bei Fahrzeug 1

Hersteller: MAZDA

Fahrzeugtyp: 323 F Tdi

Fahrgestell-Nr.: JMZBJ12R200241230

Motortyp: RF

Einspritzsystem: Direkteinspritzer, Verteilereinspritzpumpe

Version CO HC NOX HC + PartikelNOX

g/km

Ergebnisse bei 0,9312 0,1741 0,5972 0,7713 0,0601der Typprüfung 0,8928 0,1651 0,5838 0,7489 0,0579

0,8881 0,1741 0,6109 0,7850 0,0680

Mittelwert 0,9040 0,1711 0,5973 0,7684 0,0620

Anlieferung 0,828 0,234 0,442 0,677 0,1016

AGR Fehler 0,848 0,275 0,863 1,139 0,0773

Kühlmitteltemp. 0,855 0,306 0,832 1,138 0,0891

Saugrohrdruck 0,844 0,295 0,463 0,758 0,1083

Grenzwerte 1,0 - - 0,9 0,1

Anlieferung ohne AGR-Ventil

* ** *** * ** ***

Leerlauf 0,97 0,00 0,08 0,67 0,00 0,08

erh. Leerlauf 1,63 0,00 0,18 1,25 0,00 0,16

30 km/h 2. Gang 1,53 0,00 0,15 0,80 0,00 0,10

50 km/h 3. Gang 2,12 0,00 0,20 1,12 0,00 0,12

50 km/h 4. Gang 2,64 0,06 0,30 1,33 0,00 0,16

Beschl. ab 30 km/h - 0,42 2,41 - 0,50 1,482. Gang

ohne ohne Kühlmittel-Saugrohrdruckfühler temperaturfühler

* ** *** * ** ***

Leerlauf 1,05 0,00 0,08 0,81 0,00 0,08

erh. Leerlauf 1,79 0,00 0,22 1,08 0,00 0,12

30 km/h 2. Gang 1,74 0,00 0,19 0,99 0,00 0,11

50 km/h 3. Gang 2,31 0,00 0,27 1,20 0,00 0,17

50 km/h 4. Gang 2,79 0,04 0,40 1,51 0,00 0,19

Beschl. ab 30 km/h - 0,07 0,94 - 0,51 1,302. Gang

* AVL 415 (Filterpumpe): Trübung FSN** Bosch RTT 110 (Teilstrom): Trübung k [m-1]*** CELESCO (Vollstrom): Trübung k [m-1]

Partikelmassenkonzentration mg/m3 bzw. Partikel-anzahl und NOx-Emission

In den Bildern 8.5 bis 8.8 sind die Ergebnisse derMessungen zusammengefasst. Dabei werden dieMesswerte auf die Messung im Ausgangszustandbezogen. Im NEFZ führten alle drei Fehler zu einerErhöhung der Kohlenwasserstoff- und der Stick-oxidemissionen. Die Kohlenmonoxidemissionenblieben unverändert. Während die Fehler an der

Abgasrückführung und an dem Kühlmitteltempera-tursensor zu einer Absenkung der Partikelemissio-nen führten, verursachte der defekte Saugrohr-druckmesser einen leichten Anstieg der Partikel-emissionen im NEFZ. Bei der Messung bei Teillast(50 km/h, 3. Gang) führte der defekte Saugrohr-drucksensor zu einer Erhöhung der Filterschwär-

41

Serie def. AGR

Messgerät LII* AVL** Sensors*** LII* AVL** Sensors***

NOx PM NOx PMppm ppm

Leerlauf 14 17 110 17 14 11 118 not

erh. Leerlauf 2.500 min-1 54 37 62 22 42 24 70 not

30 km/h 2. Gang 42 22 60 8 26 13 75 18

50 km/h 62 58 un- un- 44 21 100 353. Gang valid valid

50 km/h 4. Gang 87 88 75 25 44 27 110 45

def. Saugrohrdruck- def. Motortempera-sensor tursensor

Messgerät LII* AVL** Sensors*** LII* AVL** Sensors***

NOx PM NOx PMppm ppm

Leerlauf 18 19 115 50 21 13 145 35

erh. Leerlauf 2.500 min-1 53 43 65 35 29 20 115 40

30 km/h 2. Gang 52 41 60 15 32 18 110 13

50 km/h 3. Gang 68 68 75 30 35 23 145 40

50 km/h 4. Gang 80 98 75 30 51 33 150 30

* LII, Partikelmassenkonzentration [mg/m3]** AVL 415 Filterpumpe, Rußkonzentration [mg/m3]*** Sensors Semtech D, NOx [ppm], Partikelanzahl x 103

Freie Beschleunigung abBeschleunigung 30 km/h im 2. Gang

1 2 3 4 1 2 3 4

Sensors LCS

Modus A m-1 1,81 2,15 1,16 1,85

Modus B m-1 1,43 1,75 1,13 1,53

Integral m-1 4,37 4,91 3,70 3,38

RTT 110 m-1 0,38 0,39 0,22 0,34 0,42 0,50 0,07 0,51

CELESCO m-1 1,65 1,58 1,16 1,23 2,41 1,48 0,94 1,30

LII mg/m3 180 165 150 170 200 215 140 205

1 Anlieferung2 ohne AGR-Ventil3 ohne Saugrohrdrucksensor4 ohne Kühlmitteltemperatursensor

Bild 8.5: Emissionen von Fahrzeug 2 im NEFZ

Bild 8.6: Messung von Fahrzeug 2 bei Teillast (50 km/h, 3.Gang)

Bild 8.7: Beschleunigung von Teillast auf Volllast bei Fahrzeug 2

zungszahl und der mit LII gemessenen Partikel-masse. Bei Teillast (50 km/h, 3. Gang) verursachteder fehlende Saugrohrdrucksensor einen geringfü-gigen Anstieg der mit einem Vollstromopazimetergemessenen Abgastrübung, während dieser An-stieg der Trübung mit einem Teilstromopazimeternicht erkennbar war. Wie bereits erwähnt, führtenalle drei Fehler zum Setzen eines Fehlers im her-stellerspezifischen Eigendiagnosesystem.

8.3 Fahrzeug 3

Bei diesem Fahrzeug wurden die Fehler nicht durchUnterbrechung der Sensorleitungen simuliert, son-dern durch eine Verstimmung der Signale des HFMsowie der Kraftstofftemperatur. Diese Fehler wur-den nicht vom herstellerspezifischen Eigendiagno-sesystem erkannt.

Da es sich bei dem VW Passat um einen modernenDieselmotor mit Kraftstoffdirekteinspritzung han-delt, gestaltete sich die Fehlersimulation relativschwierig. Die Einspritzmenge ist mittels Kennfel-dern im Motorsteuergerät festgelegt. Eine zentraleEinspritzpumpe besitzt das System auch nicht undder Einspritz- oder Förderbeginn ist ebenfalls aufelektronischem Wege geregelt.

Damit können mit vertretbarem Aufwand nur dieSensoren der Motorsteuerung manipuliert werden.Prädestiniert sind die verschiedenen Temperatur-

geber und natürlich der Heißfilmluftmassenmesserals sekundäres Lastsignal. Daher konnten bei die-sem Fahrzeug nur zwei sinnvolle Fehlersimulatio-nen durchgeführt werden.

Mit dem Wissen über die Wirkungsweise des HFMbeim Benzinmotor wurde die Referenzspannungdes HFM von 5,0 V auf 5,5 V erhöht, um der Mo-torsteuerung eine höhere Luftmasse im Zylindervorzugeben. Dadurch wird die Einspritzmengeleicht erhöht und es kommt zu einer verstärktenRußbildung bei der Verbrennung.

Durch einen 100-Ohm-Widerstand am Kraftstoff-temperatursensor konnte die gemessene Tempera-tur auf 139,5 °C simuliert werden.

Ergebnisse Fahrzeug 3

42

Bild 8.8: Freie Beschleunigung bei Fahrzeug 2

Hersteller: Volkswagen VW

Fahrzeugtyp: 3 B

Fahrgestell-Nr.: WVWZZZ3BZYE087652

Motortyp: AJM

Einspritzsystem: Direkteinspritzer, Pumpe-Düse

Version CO HC NOX HC + PartikelNOX

g/km

Ergebnisse bei der Typprüfung 0,183 - 0,428 0,454 0,031

Anlieferung 0,227 0,054 0,346 0,400 0,042

Heißluftmas-senmesser def. 0,379 0,082 0,243 0,325 0,121

Kraftstofftempe-raturfühler def. 0,352 0,0639 0,295 0,359 0,085

Grenzwerte 0,64 - 0,50 0,56 0,05

Anlieferung HFM defekt Kraftstofftem-peratur-

sensor defekt

k-Wert Filter- k-Wert Filter- k-Wert Filter-[1/m] schwär- [1/m] schwär- [1/m] schwär-

Modus A* zung** Modus A* zung** Modus A* zung**

LL 0,08 1,27 0,01 1,18 0,01 1,02

ELL (2.500 1/min) 0,07 0,74 0,09 1,19 0,10 0,77

Freie Beschleunigung 0,42 2,12 3,90 5,31 0,84 3,17

FAS mit Schwungmasse 0,79 2,69 7,09 7,46 1,60 4,06

Teillast 0,07 1,17 0,32 2,24 0,15 1,74

Voll-Last 0,14 1,23 0,23 1,66 0,19 1,59

k-Wert Filter- k-Wert Filter- k-Wert Filter-[1/m] schwär- [1/m] schwär- [1/m] schwär-

Modus B* zung** Modus B* zung** Modus B* zung**

LL 0,02 1,27 0,05 1,18 0,06 1,02

ELL (2500 1/min) 0,10 0,74 0,14 1,19 0,04 0,77

Freie Beschleunigung 0,22 2,12 1,12 5,31 0,47 3,17

FAS mit Schwungmasse 0,08 2,69 3,73 7,46 1,50 4,06

Teillast 0,25 1,17 0,25 2,24 0,16 1,74

Volllast 0,08 1,23 0,19 1,66 0,18 1,59

* AVL Opazimeter 439 (Teilstrom)

** BOSCH Filterpumpe ETD 020.00

Teillast: 2. Gang, 50 km/h, (7,3 HP, 97 lbf)

Volllast: 1. Gang, 50 km/h, 5.000 min-1, (7,5 HP, 99,7 lbf)

Stufentest

In den Bildern 8.9 bis 8.11 sind die Ergebnisse derMessungen zusammengefasst. Dabei werden dieMesswerte auf die Messung im Ausgangszustand

bezogen. Keiner der simulierten Defekte führte zumSetzen eines Fehlers im herstellerspezifischen Ei-gendiagnosesystem. Im NEFZ führten beide Fehlerzu einer Erhöhung der Kohlenmonoxid-, Kohlen-wasserstoff- und der Partikelemissionen. Die Stick-oxidemissionen werden durch die simulierten Feh-ler im NEFZ abgesenkt. Sowohl der Fehler am Luft-massenmesser als auch der Fehler am Kraftstoff-temperaturfühler führten zu einem Anstieg der Ab-gastrübung und der Filterschwärzung bei Volllast,bei einer Beschleunigung von Teillast auf Volllast(Stufentest) und bei der freien Beschleunigung. BeiTeillast wurde bei beiden Fehlern ein Anstieg derFilterschwärzung festgestellt. Dabei ist zu beach-ten, dass bei diesem Fahrzeug nur sehr niedrigeTrübungswerte gemessen wurden. Daher führtendie geringen Änderungen der gemessenen absolu-ten Abgastrübung zu einer starken prozentualenVeränderung gegenüber dem Ausgangszustand.

8.4 Fahrzeug 4

Da es sich bei dem MCC Smart um einen moder-nen Dieselmotor mit Kraftstoffdirekteinspritzunghandelt, gestaltete sich die Fehlersimulation relativschwierig. Daher konnten bei diesem Fahrzeug nurzwei sinnvolle Fehlersimulationen durchgeführtwerden. Bei diesem Fahrzeug wurden der Ansaug-lufttemperatursensor sowie der Kühlmitteltempera-tursensor als defekt simuliert durch Ersatz desSensors durch Festwiderstände.

43

Anlieferung HFM defekt Kraftstofftem-peratur-

sensor defekt

k-Wert Filter- k-Wert Filter- k-Wert Filter-[1/m] schwär- [1/m] schwär- [1/m] schwär-

Modus A* zung** Modus A* zung** Modus A* zung**

1.500 1/min 0,27 1,88 0,24 2,07 0,22 1,58

Beschleunigung 0,19 3,57 2,02 5,28 0,71 3,90

3.000 1/min 0,05 1,67 0,44 2,35 0,20 1,53

k-Wert Filter- k-Wert Filter- k-Wert Filter-[1/m] schwär- [1/m] schwär- [1/m] schwär-

Modus B* zung** Modus B* zung** Modus B* zung**

1.500 1/min 0,23 1,88 0,32 2,07 0,16 1,58

Beschleunigung 0,31 3,57 1,30 5,28 0,56 3,90

3.000 1/min 0,19 1,67 0,27 2,35 0,16 1,53

* AVL Opazimeter 439 (Teilstrom)

**)BOSCH Filterpumpe ETD 020.00

Stufentest (Fahrwiderstandssimulation)

2. Gang 1. 1.500 min-1, (3 HP, 72 lbf)

2. 1.500 min-1 - 3000 min-1

3. 3.000 min-1, (8 HP, 100 lbf)

Bild 8.9: Emissionen von Fahrzeug 3 im NEFZ

Bild 8.10: Abgastrübung bei Fahrzeug 3 (Teilstrom-Opazimeter,Modus A)

Bild 8.11: Filterschwärzung bei Fahrzeug 3

Hersteller: MCC Smart

Fahrzeugtyp: MC D1

Fahrgestell-Nr.: WME01MC01YH048691

Motortyp: 61

Einspritzsystem: Direkteinspritzer Common Rail

Die Ansaugluft wurde auf minus 10 °C sowie dieMotortemperatur auf 3,5 °C gesetzt.

Eine Bewertung der Partikelemissionen im Außer-ortszyklus (Phase 2 des Zulassungszyklus) zeigteinen deutlichen Anstieg der Partikelemission beisimulierten Fehlern:

- Anlieferung 0,0648 g/km- Ansaugtemperatur - 10 °C 0,0852 g/km- Motortemperatur 3,5 °C 0,0854 g/km

Die simulierten Fehler wurden von der Motorsteue-rung nicht erkannt.

Ergebnisse Fahrzeug 4

Stufentest

In den Bildern 8.12 bis 8.14 sind die Ergebnisse derMessungen zusammengefasst. Dabei werden dieMesswerte auf die Messung im Ausgangszustand

44

Version CO HC NOX HC + PartikelNOX

g/km

Ergebnisse bei der Typprüfung 0,202 - 0,374 0,388 0,043

Anlieferung 0,301 0,022 0,483 0,505 0,061

Ansaugtemp. -10 °C 0,286 0,013 0,427 0,440 0,075*

Motortemp.3,5 °C 0,313 0,014 0,680 0,694 0,086*

GrenzwerteTypprüfung 0,64 - 0,50 0,56 0,05

* Ergebnisse im Warmtest

Anlieferung Ansaugluft = Motortemp.= -10 °C = 2,46 °C

(27-28 kOHM) (7-8 kOHM)

Trübung Filter- Trübung Filter- Trübung Filter-[1/m] schwär- [1/m] schwär- [1/m] schwär-

Modus A* zung** Modus A* zung** Modus A* zung**

LL 0,14 0,7 0,02 0,9 0,25 1,4

ELL (2.500 1/min) 0,24 0,9 0,18 1,0 0,04 0,9

Freie Beschleunigung 1,93 3 7,32 5,2 5,31 6,1

FAS mit Schwungmasse 3,13 5,1 9,99 7,3 8,87 6,8

Teillast 0,08 1,2 0,07 1,1 0,13 1,3

Volllast 0,23 0,6 0,17 1,6 0,2 1,8

Trübung Filter- Trübung Filter- Trübung Filter-[1/m] schwär- [1/m] schwär- [1/m] schwär-

Modus B* zung** Modus B* zung** Modus B* zung**

LL 0,07 0,7 0,02 0,9 0,08 1,4

ELL (2.500 1/min) 0,04 0,9 0,05 1,0 0,04 0,9

Freie Beschleunigung 0,71 3 3,07 5,2 1,94 6,1

FAS mit Schwungmasse 2,99 5,1 9,99 7,3 7,79 6,8

Teillast 0,06 1,2 0 1,1 0,12 1,3

Volllast 0,15 0,6 0,17 1,6 0,21 1,8

* AVL Opazimeter 439 (Teilstrom)

** BOSCH Filterpumpe ETD 025.00

Teillast: 3. Gang, 50 km/h, (7,4 HP, 99,7 lbf)

Volllast: 2. Gang, 50 km/h, (9,3 HP, 111 lbf)

Anlieferung Ansaugluft Motortemp.= -10 °C = 2,46 °C

(27-28 kOHM) (7-8 kOHM)

Trübung Filter- Trübung Filter- Trübung Filter-[%] schwär- [1/m] schwär- [1/m] schwär-

Modus A* zung** Modus A* zung** Modus A* zung**

1.500 1/min 0,18 0,5 0,93 2,1 0,78 3,1

Beschleunigung 0,97 1,1 1,84 5,6 9,99 6,8

3.000 1/min 0,49 0,8 0,2 1,5 0,18 1,7

Trübung Filter- Trübung Filter- Trübung Filter-[1/m] schwär- [1/m] schwär- [1/m] schwär-

Modus B* zung** Modus B* zung** Modus B* zung**

1.500 1/min 0,19 0,5 0,53 2,1 0,54 3,1

Beschleunigung 1,02 1,1 1,62 5,6 4,55 6,8

3.000 1/min 0,29 0,8 0,18 1,5 0,21 1,7

* AVL Opazimeter 439 (Teilstrom)

** BOSCH Filterpumpe ETD 025.00

Stufentest (Fahrwiderstandssimulation)

2. Gang 1. 1.500 min-1, (2,43 HP, 68,8 lbf)

2. 1.500 min-1 - 3000 min-1

3. 3.000 min-1, (5,8 HP, 80,8 lbf)

Bild 8.13: Abgastrübung bei Fahrzeug 4 (Teilstrom-Opazimeter,Modus A)

Bild 8.12: Emissionen von Fahrzeug 4 im NEFZ

bezogen. Im NEFZ führten beide Fehler zu einer Er-höhung der Partikelemissionen. Die Stickoxidemis-sionen stiegen durch die Simulation einer Motor-temperatur von 3,5 °C im NEFZ an, während siedurch die Simulation einer falschen Lufttemperatursanken. Die Kohlenmonoxidemissionen blieben beibeiden Fehlersimulationen nahezu unverändert,während die Kohlenwasserstoffemissionen san-ken. Beide simulierten Fehler verursachten einenAnstieg der Filterschwärzung bei Volllast, bei einerBeschleunigung von Teillast auf Volllast (Stufentest)und bei der freien Beschleunigung. Außerdem führ-ten beide Fehler zu einem Anstieg der Abgastrü-bung bei der Beschleunigung von Teillast auf Voll-last auf einem Fahrleistungsprüfstand und bei derfreien Beschleunigung. Wie bereits erwähnt, führtekein simulierter Defekt zum Setzen eines Fehlers imherstellerspezifischen Eigendiagnosesystem.

8.5 Fahrzeug 5

13-Stufentest nach 88/77/EWG

Die Fehlersimulation erfolgte bei diesem Fahrzeugdurch Abziehen des Kühlmitteltemperatursensorsund des Ladedrucksensors. Dabei wurden die fol-genden Fehler vom System erkannt:

- EDC 060 Kühlmitteltemperatursensor,- EDC 070 Ladedrucksensor.

Vergleich der Motorleistung:

Anlieferung: 233 kW bei 2.100 min-1

ohne Ladedrucksensor: 174 kW bei 2.100 min-1

ohne Kühlwassersensor: 210 kW bei 2.100 min-1

Ergebnisse Fahrzeug 5

45

Bild 8.14: Filterschwärzung bei Fahrzeug 4

Hersteller: Daimler-Benz AG

Fahrzeugtyp: MB 1831 LS

Fahrgestell-Nr.: WDB6554081K202167

Motortyp: OM 441 LA II/1

Einspritzsystem: Direkteinspritzer Hubschieberpumpe

CO HC NOX Partikel

g/kWh

Ergebnisse bei der Typprüfung 0,48 0,28 6,57 0,127

Anlieferung 1,15 0,37 6,37 0,175

ohne Lade-drucksensor 0,89 0,42 7,03 0,144

ohne Kühl-wassersensor 1,04 0,37 6,31 0,146

Grenzwerte 4 1,1 7 0,15

Nox ppm HC ppm CO ppm C02 Vol%

Anlieferung 1 2 1 2 1 2 1 2

Leerlauf 205 262 28 31,7 50 104 1,23 1,48

erh. Leerlauf 1.200 min-1 232 - 0 - 70 - 1,70 -

50 % Last 1.260 min-1 950 1194 11 36,1 0 80 6,75 7,08

75 % Last 1.260 min-1 904 936 0 41,5 50 139 9,0 9,07

Ladedruck

Leerlauf 213 250 6 32,8 40 97 1,27 1,42

erh. Leerlauf 1.200 min-1 218 -4 16 - 60 - 1,62 -

50 % Last 1.260 min-1 900 828 0 37,0 10 81 6,20 6,08

75 % Last 1.260 min-1 915 912 0 31,8 40 87 8,80 7,71

Kühlmittel-sensor

Leerlauf 228 234 29 30,0 40 98 1,40 1,41

erh. Leerlauf 1.200 min-1 223 - 0 - 50 - 1,63 -

50 % Last 1.260 min-1 948 929 0 32,0 60 82 6,81 6,97

75 % Last 1260 min-1 900 849 0 34,0 90 116 9,00 8,45

1: AVL GEB200 Labormessanlage für die Typprüfung gemäß Richtlinie 88/77/EWG

2: Sensors Semtech-D

RTT 110 [m-1] CELESCO [m-1]

Anlie- ohne ohne Kühl- Anlie- ohne ohne Kühl-ferung Lade- mitteltem- ferung Lade- mitteltem-

druck- peratur- druck- peratur-sensor sensor sensor sensor

Leerlauf 0,07 0,00 0,04 0,00 0,30 0,02

erh. Leerlauf 1.200 min-1 0,11 0,00 0,04 0,00 0,30 0,01

50 % Last 1.260 min-1 0,18 0,08 0,10 0,04 0,90 0,06

75 % Last 1.260 min-1 0,20 0,08 0,15 0,05 0,90 0,09

Freie Beschleunigung 0,68 1,63 0,64 1,58 6,60 1,41

Beschleunigung ab30 km/h (6. Gang) 0,87 1,27 0,82 1,50 2,92 1,48

RTT 110 (Teilstrom), Trübung k [m-1]CELESCO (Vollstrom), Trübung [m-1]

Ergebnisse Fahrzeug 5 Fortsetzung

Freie Beschleunigung

Volllast

AVL GEB200 Labormessanlage für die Typprüfunggemäß Richtlinie 88/77/EWG

In den Bildern 8.15 bis 8.18 sind die Ergebnisse derMessungen zusammengefasst. Dabei werden dieMesswerte auf die Messung im Ausgangszustandbezogen. Im 13-Stufentest führten beide Fehler zueiner Senkung der Partikelemissionen und derKohlenmonoxidemissionen. Während der Fehler

am Ladedrucksensor einen Anstieg der Kohlen-wasserstoff- und der Stickoxidemissionen verur-sachte, führte der Fehler am Kühlwassertempera-tursensor zu keiner nennenswerten Änderung derKohlenwasserstoff- und der Stickoxidemissionen.Beide simulierten Defekte führten zum Setzeneines Fehlers im herstellerspezifischen Eigendiag-nosesystem.

46

Schwärzung PartikelAVL 415 Filterpumpe [FSN] AVL 415 Filterpumpe [mg/m3]

Anlie- Lade- Kühl- Anlie- Lade- Kühl-ferung druck mittel ferung druck mittel

Leerlauf 0,11 0,15 0,17 1,0 2,0 2,0

erh. Leerlauf 1.200 min-1 0,06 0,05 0,60 1,0 1,0 1,0

25 % Last 1.260 min-1 - - - - - -

50 % Last 1.260 min-1 0,57 0,72 0,74 9,0 12,0 12,0

75 % Last 1.260 min-1 0,20 0,08 0,15 0,05 0,90 0,09

PartikelLII [mg/m3] AVL Smart Sampler [g/h]

(Labormessanlage für die Typprüfung)

Anlie- Lade- Kühl- Anlie- Lade- Kühl-ferung druck mittel ferung druck mittel

Leerlauf - - - 1,345 2,322 1,199

erh. Leerlauf 1.200 min-1 - - - - - -

25 % Last 1.260 min-1 10,4 13,7 13,3 6,065 4,598 4,960

50 % Last 1.260 min-1 16,7 15,9 15,9 6,968 5,788 6,851

75 % Last 1.260 min-1 - - - 11,895 7,684 9,722

1 2 3

Sensors LCS

Modus A m-1 1,89 4,87 1,80

Modus B m-1 1,16 2,86 1,12

Integral m-1 1,46 4,37 1,41

RTT 110 m-1 0,68 1,63 0,64

CELESCO % 13,6 41,2 13,6

m-1 1,58 6,60 1,41

1 Anlieferungszustand2 Ladedrucksensor3 Kühlmitteltemperatursensor

2.100 min -1 1.260 min-1

1 2 3 1 2 3

CO g/h 365,0 183,3 252,4 173,7 74,2 132,8

HC g/h 90,7 69,7 78,6 48,2 38,0 42,5

NOx g/h 1011,5 993,4 1081,9 1035,0 866,2 969,1

PM g/h 77,0 43,1 52,7 22,0 11,2 17,4

1 Anlieferungszustand2 Ladedrucksensor3 Kühlwassertemperatursensor

Bild 15: Emissionen von Fahrzeug 5 im 13-Stufentest

Bild 16: Messung von Fahrzeug 5 bei Teillast (50 % Last, 1.2601/min)

Bild 17: Messung von Fahrzeug 5 bei Volllast (2.100 1/min)

8.6 Zusammenfassung der Ergebnissebei der praktischen Untersuchungzur Anpassung der Abgasuntersu-chung an künftige Fahrzeuggene-rationen

Die auf der Basis der theoretischen Studie ausge-wählten Prüfverfahren (siehe Abschnitt 6.5) wurdenin praktischen Versuchen im Hinblick auf ihre Wirk-samkeit und Praxistauglichkeit untersucht. Dabeiwurde der Schwerpunkt auf die Untersuchung derKategorie der Pkw und leichten Nutzfahrzeuge ge-legt.

Es wurden Messungen an 4 Personenkraftwagenund einem Nutzfahrzeug durchgeführt. Alle Fahr-zeuge waren mit einem herstellerspezifischen Ei-gendiagnosesystem ausgerüstet. An diesen 5Fahrzeugen wurden insgesamt 12 abgasrelevanteFehler simuliert. Bei einem Teil der eingesetztenMessgeräte hat es sich um Prototypen in einemfrühen Entwicklungsstadium gehandelt, die nichtfür den gesamten Zeitraum der Messungen zurVerfügung standen. Dadurch konnte nicht jedesFahrzeug mit allen Prüfverfahren untersucht wer-den.

Unterschiedliche Defekte haben verschiedene Än-derungen des Abgasverhaltens zur Folge. Charak-teristische Kenngrößen für das Abgasemissions-verhalten von Fahrzeugen mit Kompressionszün-dungsmotoren sind die Partikelemissionen und dieStickoxidemissionen. Das spiegelt sich bei derFehlersimulation wider. Ein Teil der simulierten De-fekte verursachte im Zulassungstest einen Anstiegder Stickoxidemissionen bei gleich bleibenden

oder sogar verringerten Partikelemissionen. Bei an-deren Fehlersimulationen wurde im Zertifizierungs-test ein Anstieg der Partikelemissionen bei gleichbleibenden oder verringerten Stickoxidemissionengemessen. Außerdem wurde bei der Fehlersimula-tion zwischen Defekten unterschieden, die vondem herstellerspezifischen Eigendiagnosesystemerkannt wurden (Fahrzeug 1, 2 und 5) und die vomEigendiagnosesystem nicht erkannt wurden (Fahr-zeug 3 und 4).

Aufgrund der unterschiedlichen Auswirkungen dersimulierten Fehler auf das Abgasverhalten konntenmit keinem untersuchten Prüfverfahren alle Defekteaufgrund eines signifikanten Anstiegs der jeweili-gen Messgröße erkannt werden. Defekte, die miteinem Anstieg der Partikelemissionen im Zertifizie-rungstest verbunden waren, waren in der Regel nurmit Prüfverfahren zu erkennen, deren Messgrößesich auf die Partikel beziehen (Abgastrübung, Fil-terschwärzung, Partikelmasse oder -Anzahl). MitHilfe dieser Prüfverfahren waren jedoch in vielenFällen nicht die Fehler zu erkennen, die einen An-stieg der Stickoxidemissionen im Zertifizierungs-test hervorriefen. Die Art der Motorbelastung be-einflusst zwar die Größe des durch einen Fehlerverursachten Anstieges einer Messgröße, ändertjedoch nichts an dieser grundsätzlichen Problema-tik.

Um alle simulierten abgasrelevanten Defekte iden-tifizieren zu können, war eine Kombination ver-schiedener Prüfverfahren nötig. Durch eine Einbin-dung der Daten aus den Eigendiagnosesystemenließ sich die Aussagefähigkeit der Messungen er-höhen. So ließen sich bei einer Messung der Ab-gastrübung bei der freien Beschleunigung oder beieiner Beschleunigung von Teillast auf Volllast aufeinem Rollenprüfstand in Verbindung mit dem Aus-lesen der Daten der Eigendiagnose alle simuliertenFehler erkennen. Bei den Fahrzeugen 1, 2 und 5wurden die simulierten Fehler durch das Eigen-diagnosesystem detektiert. Bei den Fahrzeugen 3und 4 wurden die simulierten Fehler nicht vom Ei-gendiagnosesystem erkannt, führten jedoch zueiner Erhöhung der gemessenen Abgastrübung beider freien Beschleunigung oder bei einer Beschleu-nigung von Teillast auf Volllast auf einem Rollen-prüfstand.

47

Bild 18: Freie Beschleunigung bei Fahrzeug 5

9 Bewertung der Ergebnisse derpraktischen Untersuchung zurAnpassung der Abgasuntersu-chung an künftige Fahrzeug-generationen

In den folgenden Abschnitten sind die mit ver-schiedenen Arten der Motorbelastung und unter-schiedlichen Messgeräten erzielten Ergebnisse zu-sammenfassend bewertet. Dabei ist zu berück-sichtigen, dass es sich bei einem Teil der einge-setzten Messgeräte um Prototypen in einem frühenEntwicklungsstadium gehandelt hat, die nicht fürden gesamten Zeitraum der Messungen zur Verfü-gung standen. Dadurch konnte nicht jedes Fahr-zeug mit allen Prüfverfahren untersucht werden.

Das gilt zum Beispiel für den Rußsensor der Uni-versität Erlangen, der aufgrund eines technischenDefektes ausgefallen und für einen Teil der Mes-sungen nicht einsatzbereit war. Dadurch konntennicht alle angestrebten Messungen zur Erfassungder Partikelanzahl und -größe wie geplant durch-geführt werden.

Das Gerät Semtech-D zur Bestimmung gasförmi-ger Schadstoffemissionen von Kompressionszün-dungsmotoren und das Laser-Streulicht-Messgerätzur Bestimmung von Partikelanzahl und -größen-verteilung der Firma Sensors wurde in einemfrühen Prototypenstadium im Verlauf des Vorha-bens zur Verfügung gestellt, nachdem die Messun-gen an einem Teil der Fahrzeuge bereits abge-schlossen waren. Bei einem Teil der dann mit die-sen Geräten durchgeführten Messungen traten un-plausible Ergebnisse auf (z. B. negative Stickoxide-missionen), die im Rahmen dieses Berichtes nichtwiedergegeben werden. Daher wurden diese Gerä-te überarbeitet und standen im Verlauf des Vorha-bens nicht mehr zur Verfügung. Dadurch könnennur für Fahrzeug 2 Messergebnisse weitergegebenwerden, die mit diesen Geräten erzielt wurden.

9.1 Konstantfahrt bei Teillast auf einemFahrleistungsprüfstand

Bei allen vermessenen Pkw sind die Einflüsse dersimulierten Fehler nicht eindeutig bei Belastungdurch konstante Teillast nachweisbar. Dies ist ins-besondere bei der Verwendung von Teilstromopa-zimetern (Bosch RTT 110, AVL 465, Sensors LCS)deutlich.

Die Messergebnisse aus den Versuchen mit demNutzfahrzeug lassen zwar eine Tendenz erkennen(Partikelmasse mg/m3), jedoch ist der Unterschiednicht gravierend. Die übrigen Messverfahren erlau-ben ebenfalls keine weitergehenden Aussagen. DieErfassung der gasförmigen Emissionen zeigt eben-falls keine signifikanten Unterschiede bei den Teil-lastversuchen. Zu erklären ist dies u. a. durch dieverminderte Leistung generell, die durch die simu-lierten Fehler maximal erreicht wurde.

Die Messungen mit dem Teilstromopazimeter amNutzfahrzeug zeigte ebenfalls keine eindeutige Zu-ordnung zwischen I.O.-Zustand und der Fehlersi-mulation.

9.2 Beschleunigung von Teillast aufVolllast auf einem Fahrleistungs-prüfstand

Bei dieser Belastungsmethode ist ein Unterschiedbezüglich der Auffälligkeit zwischen den verschie-denen Fahrzeugen und auch durch die Fehlersimu-lation erkennbar. Grundsätzlich ist mit dieser Be-lastungsart eine Anreicherung der Einspritzmengeverbunden. Im Falle der Fahrzeuge 1 und 2 sowiebeim Nutzfahrzeug ist der Fehler nicht eindeutig zuerkennen, da die Einspritzmenge durch die Fehler-simulation über das Motormanagement teilweisereduziert wurde. Lediglich bei der Messung der Ab-gastrübung kann bei dem Nutzfahrzeug mit dem si-mulierten Fehler am Ladedrucksensor eine Ten-denz zu höheren Trübungszahlen erkannt werden.

Die Fahrzeuge 3 und 4 zeigen jedoch bei der Be-lastung durch Teillast und anschließenden Be-schleunigung auf Volllast (Stufentest) deutlicheSteigerungen bezüglich der Trübungswerte, so-wohl bei den k-Werten als auch bei der Filter-schwärzung. Beide Fehler würden bei diesem Ver-fahren deutlich und sicher erkannt. Die Ergebnisseaus den Eingangstests sowie den Zwischentestsbestätigen die festgestellten hohen Abgaswerte.

9.3 Volllastmessungen auf Rollenprüf-stand

Eine Volllastmessung auf dem Rollenprüfstandkonnte aufgrund der Prüfstandsauslegung in denan den Messungen beteiligten Stellen nur bei denFahrzeugen 3, 4 und 5 durchgeführt werden. DieMessung der Abgastrübung zeigte keinen signifi-kanten Einfluss der simulierten Fehler. Dies ist u. a.

48

auf die bereits bemerkte Reduzierung der Ein-spritzmenge und damit auch der absoluten Leis-tung zurückzuführen. Die bei Fahrzeug 3 und 4 ge-messenen Trübungswerte bei Volllast lassen keineeindeutige Erkennung der Fehler zu.

9.4 Freie Beschleunigung

Die Messungen der freien Beschleunigung, wiederzeit bei der Abgasuntersuchung vorgeschrie-ben, zeigen teilweise signifikante Unterschiedezwischen dem I.O.-Zustand und dem Zustand beiden simulierten Fehlern (Fahrzeug 3 und 4). DieMessungen im Modus A zeigen, wie erwartet, stär-kere Unterschiede zwischen den untersuchten Systemzuständen als im Modus B (stärkere Filte-rung). Die Messung der Filterschwärzung zeigtebenfalls deutlich ansteigende Werte bei den simu-lierten Fehlerzuständen. Insgesamt ist in jedem Falldie Tendenz zu höheren Messwerten bei dem Ver-fahren der freien Beschleunigung erkennbar. Beiden Fahrzeugen 1, 2 und 5 ist bedingt durch die si-mulierten Fehler diese Tendenz nicht so ausge-prägt, da insgesamt die Einspritzmenge reduziertwurde und der Motor in einem Notlaufprogrammbetrieben wurde.

Bei einigen schweren Nutzfahrzeugen lässt dieelektronisch geregelte Einspritzung eine Beschleu-nigung ohne Last im normalen Betrieb nicht zu. Beidiesen Fahrzeugtypen ist die Durchführung derfreien Beschleunigung jedoch in einem Wartungs-modus möglich, der sich ohne Zusatzgeräte an-wählen lässt.

9.5 Eigendiagnose

Die Eigendiagnose des Motormanagements deruntersuchten Fahrzeuge wurde im Rahmen derMessungen hinsichtlich der Möglichkeiten der Feh-lererkennung sowie der zur Verfügung stehendenSystemparameter untersucht, die die Aussagequa-lität der bestehenden Abgasuntersuchung verbes-sern können.

Die an den Fahrzeugen simulierten Fehler führtenbei der Messung im jeweiligen Typprüfverfahren zueinem Anstieg der Emissionen einzelner Abgas-komponenten. So wurde, abhängig von der Art derFehlersimulation, z. B. ein Anstieg der Partikel-emissionen bei gleichzeitig niedrigeren Stickoxid-emissionen ermittelt, oder ein Anstieg der Stick-oxidemissionen war verbunden mit gleich bleiben-

den oder niedrigeren Partikelemissionen. Bei denFahrzeugen 1, 2 und 5 wurden die simulierten Feh-ler vom System erkannt, abgespeichert und konn-ten mit den Herstellertools ausgelesen werden. Beiden Fahrzeugen 3 und 4 wurde, wie bereits erläu-tert, die Fehlersimulation nicht durch das Abziehender Sensorkabel erreicht, sondern eine Verstim-mung der Signale durch feste Widerstände er-zeugt. Diese Fehler wurden in dem betrachtetenBereich der Simulation nicht vom System erkannt,da offensichtlich die Schwellwerte noch nicht er-reicht wurden. Wie die Ergebnisse im Einzelnen inKapitel 8 zeigen, wurden die Abgaswerte im Zulas-sungstest teilweise deutlich durch die Fehler er-höht.

Durch eine Einbindung bestimmter Funktioneneiner künftigen, noch genau zu definierenden ge-normten OBD für Fahrzeuge mit Kompressions-zündungsmotor könnte die Aussage der bestehen-den Abgasuntersuchung deutlich erweitert werden.So wäre die Nutzung des Drehzahlsignals und derMotortemperatur wünschenswert. Durch eine Be-wertung von Steuergeräteparametern, die über dieDiagnoseschnittstelle bereitgestellt werden, könntees möglich sein, Defekte zu erkennen und genauerzu lokalisieren. Die Nutzung der Daten eines ge-normten OBD-Systems würde die Erkennung vonDepositeffekten und unzureichender Konditionie-rung erleichtern.

Auf der Basis der im Rahmen dieses Vorhabensdurchgeführten Untersuchungen soll am Beispieldes VW Passat mit PD-Motor aufgezeigt werden,wie eine Nutzung von Funktionen einer künftigengenormten OBD bei der Abgasuntersuchung vonFahrzeugen mit Kompressionszündungsmotoraussehen könnte. Durch den Abgleich der gemes-senen Abgastrübung mit den aus der OBD gewon-nenen Daten könnte die Aussagekraft der AU deut-lich erhöht werden. So könnte man mit Hilfe derOBD-Daten abschätzen, ob eine erhöhte Abgastrü-bung bei der freien Beschleunigung aufgrund einerunzureichenden Fahrzeugkonditionierung oder auf-grund eines Defekts am Fahrzeug aufgetreten ist.

1. Ansatz

In Messwertblock 8 (Tabelle 7.2) werden Grenzenfür die Einspritzmenge übertragen. Dabei wird dieBegrenzungsmenge aufgrund der Rauchgastrü-bung und der Drehmomentbegrenzung bereitge-stellt. In Block 1 kann die Motordrehzahl und dieaktuelle Einspritzmenge ausgelesen werden. Denk-

49

bar wäre nun, bei einer freien Beschleunigungdiese Parameter aufzuzeichnen und die jeweiligkorrespondierenden Grenzwerte mit dem Istwert zuvergleichen, also die aktuelle Einspritzmenge mitder Begrenzungsmenge für die Rauchgrenze.

Folgende Bewertungen sind denkbar:

a) Liegt die aktuelle Einspritzmenge unter der Be-grenzungsmenge und unterschreitet die Trü-bung gleichzeitig einen entsprechenden Grenz-wert, ist das Fahrzeug in Ordnung.

b) Ist die Einspritzmenge unterhalb der Begren-zungsmenge, aber die Abgastrübung zu hoch,muss entweder von Depositeffekten ausgegan-gen werden und das Fahrzeug erneut konditio-niert werden, oder es handelt sich um einen De-fekt im Abgassystem. Um das Abgassystem alsdefekt deklarieren zu können, muss die Kondi-tionierung definiert werden, oder, wie bereitsgehandhabt, die Zeitspanne, in der die Abgas-untersuchung abgeschlossen werden muss.

c) Übersteigt die Einspritzmenge die Begren-zungsmenge, muss von einem Software- oderSteuergerätefehler ausgegangen werden.

d) Sind sowohl die Trübung als auch die Einspritz-menge über den Grenzwerten, so liegt eingrößerer Defekt im Fahrzeug vor und es sollteunbedingt in Stand gesetzt werden.

Zu diesen Bewertungskriterien kommt noch dieBewertung der Fehlfunktionsanzeige, MIL, und derInhalt des Fehlerspeichers, wie bei der G-Kat-AUan OBD-Fahrzeugen.

2. Ansatz

Wie bereits erwähnt, können über Messwertblock 1die aktuelle Einspritzmenge, aktuell angesaugteLuftmasse (Messwertblock 3) und die Drehzahl ab-gefragt werden. Wird noch aus Messwertblock 20das errechnete Drehmoment mit erfasst, kann mitHilfe des Motorkennfeldes geprüft werden, ob diemaximale Einspritzmenge für den erfassten Dreh-momentverlauf erreicht wurde beziehungsweisewieder die Rauchgrenze nicht überschritten wird(im AU-Gerät berechnet). Diese Parameter werdenwiederum während einer freien Beschleunigung zu-sammen mit der Abgastrübung gemessen und do-kumentiert.

Dabei ergibt sich allerdings eine Schwierigkeit:Durch die Korrekturfaktoren der Motorsteuerung

kann die Ist-Einspritzmenge wesentlich geringersein als die im Kennfeld errechnete. Diese aktuellenKorrekturfaktoren sind allerdings nicht bekannt, dasie beispielsweise vom Umgebungsdruck, derKraftstofftemperatur, Kühlmitteltemperatur und an-derem abhängen.

Die Bewertung erfolgt wie für den ersten Ansatz,wobei die Rauchgrenze aus dem Motorkennfeld er-rechnet wird.

3. Ansatz

Als dritter Ansatz wäre auch denkbar, dem Fahr-zeughersteller freizustellen, welche Parameter beieiner freien Beschleunigung erfasst werden sollen,die anzeigen, ob sein Einspritz- und Abgassystemnoch in Ordnung ist. Diese Parameter müssendann zusammen mit dem Trübungsgrenzwert undanderen Solldaten mit angegeben werden.

Auch hier erfolgt die Bewertung ähnlich der im ers-ten Ansatz, wobei die herstellerspezifischen Krite-rien erfüllt sein müssen.

Es liegt auf der Hand, dass jeder genannte Ansatzseine Vor- und Nachteile hat. Aus der Sicht derÜberwachungsorganisationen geben sich für jedenAnsatz die folgenden Vorteile:

1. Ansatz

- Alle notwendigen Daten werden durch dieSchnittstelle übertragen, wodurch die Solldatenverringert werden.

- Messung ist nahezu betriebspunktunabhängig,da die Rauchgrenze über ein Kennfeld für denganzen Motorbetriebsbereich festgelegt ist.

2. Ansatz

- Betriebszustand wird genauer erfasst.- Messung ist nahezu betriebspunktunabhängig,

wie bei Ansatz 1.

3. Ansatz

- Funktionsumfang der Prüfausrüstung mussgrößer gewählt werden (evtl. mehr Einsatzmög-lichkeiten).

Die Vorteile eines Verfahrens sind teilweise dieNachteile des anderen Verfahrens. Darüber hinauszeigt sich noch, dass bei Ansatz 2 und 3 die Soll-

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datenmenge erheblich vergrößert wird. Prinzipielllässt sich Folgendes festhalten:

Für die Abgastrübung ist die Einspritzmenge maß-geblich verantwortlich, genauer, das Verhältnis ausangesaugter Luft zu Kraftstoffmenge. Deswegenmuss es das Ziel aller sein, dieses Verhältnis genauzu überwachen und die Einspritzung möglichstpräzis zu halten, über die Fahrzeuglebensdauer.

Zusätzliche Daten, die den Betriebspunkt kenn-zeichnen, bei dem gemessen wurde, machen dieMessung nachvollziehbarer und sollten bei allenAnsätzen mit berücksichtigt und erfasst werden.

Ferner sollte in diesem Zusammenhang zu einemspäteren Zeitpunkt ein Fahrzeug mit Katalysator-überwachung und OBD (momentan noch nicht ver-fügbar) analysiert werden. Es ist durchaus denkbar,dass im Rahmen der Abgasuntersuchung weitereParameter über die OBD-Schnittstelle ausgelesenwerden müssen.

Berechnung der Rauchgrenze

Nachfolgend soll der rechnerische Weg aufgezeigtwerden, wie aus gemessenen Motordaten auf diemaximale Einspritzmenge geschlossen werdenkann, bei der die Rauchgrenze erreicht wird.

Es gilt für das Luft-Kraftstoffverhältnis die folgendebekannte Beziehung:

λ LuftverhältnismL Luftmasse [mg/H]mB Eingespritzte Kraftstoffmenge [mg/H]LSt Luftbedarf für stöchiometrische Verbrennung

[kg/kg]

Für Dieselkraftstoff kann der Luftbedarf mit ca.14,5 kg/kg angenommen werden. Die beiden Mas-sen sind jeweils in mg umzurechnen und auf einenSaughub zu normieren, falls die Motorsteuerungdies nicht schon durchführt.

Wird nun davon ausgegangen, dass die Rauch-grenze für Dieselmotoren im Allgemeinen bei λ = 1,3 bis 1,4 liegt kann aus obiger Beziehung dieEinspritzmenge zur Rauchbegrenzung errechnetwerden:

Mit den oben genannten Werten (λ = 1,3 LSt = 14,5)ergibt sich dann die Zahlenwertgleichung:

Die Luftmasse wird, wie bereits erwähnt, über dieDiagnoseschnittstelle ausgelesen. Nachteil dieserMethode ist jedoch der, dass sie einem Motor mitRauchgrenze unter λ = 1,3 nicht gerecht wird. Die-ser Motor würde die AU nicht bestehen.

Kann die Luftmasse nicht gemessen werden, mussaus dem Saugrohrdruck und weiteren Größen dieLuftmasse errechnet werden. Dazu kann die nach-folgende Beziehung angewandt werden:

VH Hubvolumen des Motors [m3]

T Temperatur Außenluft

TZ Temperatur im Zylinder (näherungsweiseSaugrohrtemperatur)

pZ Druck im Zylinder (näherungsweise Saugrohr-druck)

p Umgebungsdruck

ρLZ Luftdichte im Zylinder [mg/m3] (näherungswei-se Luftdichte im Saugrohr)

ZyI Zylinderzahl

Da in obiger Gleichung viele Größen nicht messbarsind, muss mit den Näherungswerten gerechnetwerden. Hier wird unter Umständen zu Gunstendes Motors gerechnet, da zum Beispiel die Tempe-ratur im Zylinder höher anzunehmen ist, als imSaugrohr.

Prinzipiell sind noch weitere Rechenansätze denk-bar, die hier nicht aufgeführt sind. Deutlich wird je-doch, dass durch das aufgeführte Vorgehen dieFunktionsweise des Steuergerätes im Fahrzeugnachvollzogen werden kann und damit eine aussa-gefähige Befundung bei der AU möglich ist.

Weitere Denkansätze

Wie bereits beschrieben, stellt die Bewertung derBeschleunigungszeit bei der Abgasuntersuchungmit freier Beschleunigung ein wesentliches Pro-blem dar. Andererseits muss jedoch sichergestelltwerden, dass die Messungen möglichst vergleich-

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bar und reproduzierbar sind. Dies ist nur dannmöglich, wenn der Messfehler bekannt und klein ist beziehungsweise einen konstanten Wert an-nimmt.

Durch die Ist-Werte, die von der Fahrzeugeigendia-gnose bereitgestellt werden, könnte dieses Pro-blem gelöst werden.

Wie bereits dargestellt, überträgt die Motorsteue-rung unter anderem die Fahrerwunschmenge, Ein-spritzmenge, Pedalwert, Motormoment. Aus die-sen Größen kann im Zusammenspiel mit vorzuge-benden Schwellwerten sichergestellt werden, dasseine gewisse Motorbelastung erreicht wurde, fürdie der festgelegte Trübungsgrenzwert gilt. Aneinem Beispiel (VW Passat 1,9 l TDI) soll dieser An-satz klar gemacht werden.

Es wurden einige Abgasuntersuchungen durchge-führt, bei denen jeweils 4 Steuergeräteparametermit Hilfe eines Diagnosegerätes mitgeschriebenwurden. Das AU-Gerät wurde im Messmodus Abetrieben, wodurch keine Filterung des Messwer-tes vorgenommen wird.

Die gemessenen k-Spitzenwerte wurden sodann inRelation zu den erfassten Steuergeräteparameterngebracht, zusammen mit den Beschleunigungszei-ten. Das Ergebnis ist in Tabelle 9.1 dargestellt.

Zusätzlich erfolgte noch eine grafische Auswertungder Messwerte, die ebenfalls für einen Steuergerä-teparameter dargestellt wird. Aus der Tabelle 9.1 wird erkennbar, dass zwischen den ausgewähl-ten Steuergeräteparametern, dem Trübungswertund der Beschleunigungszeit ein Zusammenhangbesteht. Wird die tB-Zeit verlängert, verringert sich der k-Wert, wie bereits ausführlich dargestellt.Gleichzeitig werden die vorgesteuerte Einspritz-menge, Motormoment und Ladedruck deutlich ge-ringer. Daraus lässt sich ableiten, dass für einenordnungsgemäße Freie Beschleunigung zum Bei-spiel eine Mindesteinspritzmenge erreicht werdenmuss. Diese typspezifische Mindestanforderungensind in der Tabelle unter der Spalte Grenzwerte zufinden.

Eine der Ausnahmen bildet die angesaugte Luft-masse. Sicherlich ist auch hier der oben beschrie-bene Umstand durchaus erkennbar, allerdings sinddie Messwertschwankungen ebenfalls recht groß,so dass kein abgesicherter Grenzwert angegebenwerden kann.

Die grafische Auswertung bestätigt noch einmaldas Ergebnis der numerischen Auswertung

(Bild 9.1). Bei Messung zwei wurde die Beschleuni-gungszeit mit ca. 2 Sekunden gewählt, mit der ent-sprechenden Auswirkung auf die Abgastrübung.Zu beachten ist dabei die Skalierung der Abgas-trübung: Messung zwei hat als höchsten Skalen-wert 0,67 [1/m], wohingegen die beiden anderenMessungen bei 1,6 [1/m] als höchsten Skalenwertliegen.

Es ist auch deutlich, dass bei Messung 2 die Spit-ze im k-Wert bei der Beschleunigungsphase weg-fällt. Gleichzeitig ist der Ladedruck wesentlich ge-ringer als bei richtiger Durchführung der Abgasun-tersuchung.

9.6 Neue Messverfahren

Die im Rahmen der Untersuchung vorgestelltenMesssysteme für die Partikelmessung und die Er-fassung der gasförmigen Schadstoffe befindensich zur Zeit noch im Entwicklungsstadium. Bei

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Tab. 9.1: Kombination von Daten aus dem Eigendiagnosesys-tem und der Abgastrübung bei der freien Beschleuni-gung

Motormoment [Nm] k-Wert tB -Zeit Möglicher Grenzwert

200 0,95 1,24 Motormoment > 175 Nm

125 0,20 3,35

181 1,00 1,27

Einspritzmenge [mg/H]

26,3 0,84 1,32 Einspritzmenge > 22 mg/H

17,5 0,23 3,95

24,9 0,94 1,21

Fahrerwunschmenge[mg/H]

29,9 0,98 1,27 Fahrerwunschmenge > 25 mg/H

18,6 0,38 1,53

28,8 0,88 1,28

Luftmasse (Ist)[mg/H]

681 0,78 1,3 keine Grenzwert-angabe möglich

563 0,28 2,87

622 0,79 1,22

Ladedruck[mbar]

1.795 0,82 1,31 Ladedruck > 1.700 mbar

1.417 0,17 2,13

1.825 0,79 1,27

einem Teil der für die Messungen eingesetztenMessgeräte handelte es sich um Prototypen, dievon den Herstellern in einem frühen Entwicklungs-stadium zur Verfügung gestellt wurden und nichtfür den gesamten Zeitraum der Untersuchung zurVerfügung standen. Dadurch konnte nicht jedesFahrzeug mit allen Prüfverfahren untersucht wer-den.

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Parti-kelmessung und die Erfassung gasförmiger Emis-sionen langfristig interessante und viel verspre-chende Ansätze zur Erkennung emissionsauffälli-ger Fahrzeuge mit Kompressionszündungsmotorbei einer zukünftigen periodischen Abgasuntersu-chung darstellen könnten. Die Ergebnisse diesesVorhabens lassen eine abschließende Bewertungdieser neuen Messverfahren jedoch nicht zu. Esmuss festgestellt werden, dass mit einer Tauglich-keit derartiger Systeme für den Einsatz unter Pra-

xisbedingungen nicht in den nächsten Jahren zurechnen ist. Bei der Partikelmessung trifft diesnoch deutlicher zu als bei der Erfassung der gas-förmigen Abgaskomponenten, die messtechnischeher zu serienreifem Zustand zu entwickeln ist. Sowar bei dem Gerät der Universität Erlangen zur Er-fassung der Partikelemissionen keine Kalibrier-möglichkeit gegeben. Zudem sind die vorgestelltenVerfahren nur in Verbindung mit höheren Lastzu-ständen des Motors sinnvoll einsetzbar.

Grundsätzlich ist zu beachten, dass für neuartigeMessverfahren zunächst keine Anhaltswerte für dieBestimmung von Grenzwerten zu Verfügung ste-hen. Zur Zeit werden im Rahmen der Typprüfungkeine Messwerte erfasst, die zur späteren periodi-schen Überwachung als Grenzwerte herangezogenwerden können. Dies gilt insbesondere für die Par-tikelmessung. Bei den Partikelmesssystemen istzur Zeit keine Kalibrierung möglich, d. h., alle

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Bild 9.1: Gegenüberstellung von Steuergeräteparametern und gemessener Abgastrübung

Messwerte der unterschiedlichen Systeme sindnicht mit einander vergleichbar. Es fehlt derzeit einReferenzsystem.

Das Potenzial der Partikelmessung und der Erfas-sung gasförmiger Emissionen zur Erkennung emis-sionsauffälliger Fahrzeuge mit Kompressionszün-dungsmotor kann nicht erschöpfend im Rahmendieser Untersuchung abgeschätzt werden. Spezielldie Fragen zur Partikelmasse, Partikelanzahl und -größenverteilung können auf der Basis der vorlie-genden Ergebnisse und der unterschiedlichen Aus-werteverfahren nicht eindeutig beantwortet wer-den.

Zur Zeit werden im Rahmen der periodischen Ab-gasuntersuchung für Fahrzeuge mit Fremdzün-dungsmotor Messgeräte zur Erfassung von gasför-migen Emissionen eingesetzt. Diese Geräte müs-sen an die speziellen Anforderung bei Fahrzeugenmit Kompressionszündungsmotor angepasst wer-den. Demgegenüber befinden sich die Messverfah-ren zur Erfassung der Partikelemissionen in einemfrühen Entwicklungsstadium. Daher ist mit praxis-tauglichen Geräten für die Messung gasförmigerEmissionen an Fahrzeugen mit Kompressionszün-dungsmotor im Rahmen der periodischen Überwa-chung früher zu rechnen als mit Geräten zur Erfas-sung von Partikelemissionen.

10 Zusammenfassung

Seit dem 01.12.1993 ist für im Verkehr befindlicheFahrzeuge mit Dieselmotor eine periodische Ab-gasuntersuchung vorgeschrieben. Bei der Abgas-untersuchung für Fahrzeuge mit Dieselmotor er-folgt die Bewertung des Abgasverhaltens durch dieMessung der Abgastrübung bei der freien Be-schleunigung. Dieses Messverfahren ist in derRatsrichtlinie 96/96/EG verankert und basiert aufder Ratsrichtlinie 72/306/EWG und der ECE-Rege-lung Nr. 24 über die Prüfung sichtbarer luftverunrei-nigender Stoffe aus Dieselmotoren zum Antriebvon Fahrzeugen. Die im Rahmen von Phase I und IIdieses Forschungsvorhabens erarbeiteten Er-kenntnisse zeigen, dass insbesondere aufgrunddes starken Einflusses der Fahrzeugkonditionie-rung und der nicht begrenzten Beschleunigungs-zeit auf das Ergebnis der Trübungsmessung eineHochrechnung des Abgasminderungspotenzialsder bestehenden Abgasuntersuchung für Fahrzeu-ge mit Dieselmotor nicht möglich ist. Daher wurdenim Rahmen dieses Forschungsvorhabens Vor-

schläge zur Erhöhung der Aussagekraft der beste-henden Abgasuntersuchung für Fahrzeuge mitKompressionszündungsmotor und zur Anpassungder Untersuchungsmethode an die Anforderungendurch künftige Fahrzeuggenerationen erarbeitet.

Erhöhung der Aussagekraft der bestehenden Ab-gasuntersuchung

Während des Betriebs von Fahrzeugen mit Kom-pressionszündungsmotor lagern sich in der Schall-dämpferanlage Rußpartikel ab. Bei der Durch-führung der freien Beschleunigung an einem unzu-reichend konditionierten Fahrzeug können sichderartige Rußpartikel lösen und zu einer Erhöhungder gemessenen Abgastrübung führen. Dieser De-posit-Effekt kann dazu führen, dass Fahrzeugeohne technischen Defekt bei der Abgasuntersu-chung beanstandet werden (Error of Commission).

Neben der Fahrzeugkonditionierung hat die Be-schleunigungszeit bei der freien Beschleunigungeinen entscheidenden Einfluss auf die gemesseneAbgastrübung. Bei der freien Beschleunigung wirdder Motor gegen seine Massenträgheit von derLeerlaufdrehzahl auf die Abregeldrehzahl be-schleunigt. Entscheidend für die Aussagefähigkeitdieser Messung ist eine schnelle und stoßfreie Be-schleunigung, so dass die größtmögliche Einspritz-menge innerhalb kürzester Zeit erreicht wird. Beieiner langsamen Beschleunigung wird nicht dievolle Einspritzmenge erreicht, die aufgebrachteMotorlast ist geringer und es wird eine niedrigereAbgastrübung gemessen. Das kann dazu führen,dass defekte Fahrzeuge bei langsamer Beschleuni-gung als in Ordnung bewertet werden (Error ofOmission).

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurdenan 20 Fahrzeugen umfangreiche Untersuchungenangestellt, um Möglichkeiten aufzuzeigen, wie dieAussagequalität der Abgasuntersuchung für Fahr-zeuge mit Kompressionszündungsmotor erhöhtwerden kann. Dabei wurden folgende Vorschlägeerarbeitet:

1. eine allgemein gültige Festlegung der Konditio-nierungsverfahren, d. h. mindestens 8 freie Be-schleunigungen bei sonst betriebswarmemMotor.

2. eine Begrenzung der Beschleunigungszeit aufmax. 1,5 sec., wobei in besonderen Fällengrößere Werte zulässig sind, wenn dies der Her-steller technisch begründet.

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Durch diese Maßnahmen kann die Aussagekraftder bestehenden Abgasuntersuchung für Fahrzeu-ge mit Kompressionszündungsmotor verbessertwerden. Die Voraussetzungen zur Umsetzung die-ser Vorschläge sind technisch bereits vorhanden,es sind lediglich Programmänderungen in den be-stehenden AU-Geräten erforderlich, die eine auto-matische Bewertung der Beschleunigungszeitensicherstellen.

Das Thema Konditionierung ist gemeinsam mitHerstellervertretern zu behandeln. Vor dem Hinter-grund einer verbesserten Fahrzeugkonditionierungund einer dadurch verringerten Gefahr für einenError of Commission ist die Möglichkeit einer Ab-senkung der Grenzwerte für moderne Fahrzeug-konzepte zu diskutieren. Teilweise sind die Herstel-lerangaben schon jetzt deutlich niedriger als die inder Richtlinie 96/96/EG angegebenen generellenGrenzwerte von 2,5 bzw. 3,5 m-1.

Anpassung der Abgasuntersuchung an künftigeFahrzeuggenerationen

Neue Fahrzeugkonzepte mit deutlich abgesenktenAbgasemissionen sowohl im Pkw-Bereich als auchim Bereich der schweren Nutzfahrzeuge stellen inZukunft erhöhte Anforderungen an das Prüfverfah-ren und die eingesetzte Messtechnik einer periodi-schen Abgasuntersuchung für Fahrzeuge mit Kom-pressionszündungsmotor. Im Rahmen dieses For-schungsvorhabens sollten daher verschiedene An-sätze für eine Weiterentwicklung der Abgasunter-suchung aufgezeigt werden. Dies schließt die Si-mulation des Fahrwiderstandes, die Messung derrelevanten Abgaswerte und die Möglichkeiteneines künftigen On-Board-Diagnose-Systems fürFahrzeuge mit Kompressionszündungsmotor ein.

Nach einer eingehenden theoretischen Studie zudiesem Thema wurden in Abstimmung mit den Mit-gliedern des forschungsbegleitenden Ausschussesfolgende Prüfverfahren für weitergehende Untersu-chungen ausgewählt:

• Konstantfahrt bei Teillast, Beschleunigung aufVolllast, Volllast auf einem Fahrleistungsprüf-stand; dabei Messung der Abgastrübung, derPartikel und der gasförmigen Emissionen mitseparater Ergebnisbetrachtung.

• Freie Beschleunigung; dabei Messung der Ab-gastrübung mit Hilfe von einem Teilstrom-Opa-zimeter (Modus A, Modus B und Integral) undmit Hilfe eines Vollstrom-Opazimeters.

• On-Board-Diagnose bzw. herstellerspezifischesEigendiagnosesystem mit den im Moment ver-fügbaren Funktionen.

Die ausgewählten Prüfverfahren wurden in prakti-schen Versuchen im Hinblick auf ihre Wirksamkeitund Praxistauglichkeit untersucht. Dabei wurde derSchwerpunkt auf die Untersuchung der Kategorieder Pkw und leichten Nutzfahrzeuge gelegt. ImZuge der durchgeführten Messungen wurden wei-tere Messgeräte mit in die Untersuchung einbezo-gen, soweit dies praktisch ohne Mehraufwand dar-stellbar war, damit die Aussagebreite erweitert wer-den konnte.

Bei einem Teil der eingesetzten Messgeräte han-delte es sich um Prototypen in einem frühen Ent-wicklungsstadium, die nicht für den gesamten Zeit-raum der Messungen zur Verfügung standen. Dasgilt insbesondere für die Geräte zur Bestimmungder Partikelanzahl und -größenverteilung sowie dergasförmigen Bestandteile im Dieselabgas. So warfür ein Gerät zur Erfassung der Partikelemissionenkeine Kalibriermöglichkeit gegeben. Ein Gerät zurBestimmung gasförmiger Schadstoffemissionenvon Kompressionszündungsmotoren und dasLaser-Streulicht-Messgerät zur Bestimmung vonPartikelanzahl und -größenverteilung wurden imVerlauf des Vorhabens zur Verfügung gestellt,nachdem die Messungen an einem Teil der Fahr-zeuge bereits abgeschlossen waren. Bei einem Teilder dann mit diesen Geräten durchgeführten Mes-sungen traten unplausible Ergebnisse auf (z. B. ne-gative Stickoxidemissionen) die im Rahmen diesesBerichtes nicht wiedergegeben werden. Daherwurden diese Geräte überarbeitet und standen imVerlauf des Vorhabens nicht mehr zur Verfügung.

Es wurden Messungen an 4 Personenkraftwagenund einem Nutzfahrzeug durchgeführt. Da nochkeine Dieselfahrzeuge mit einem genormten OBD-System am Markt vorhanden waren, wurde aufFahrzeuge zurückgegriffen, die mit einem herstel-lerspezifischen Eigendiagnosesystem ausgerüstetwaren. An diesen 5 Fahrzeugen wurden insgesamt12 abgasrelevante Fehler simuliert.

Bei der Erkennung von hoch emittierenden Fahr-zeugen ist nicht der absolut niedrige Messwert imi.O.-Zustand das Kriterium, sondern die Differenzzwischen dem Fehlerfall und einem Fahrzeug, dasin Ordnung ist. Betrachtet man die Ergebnisse ausden unterschiedlichen Belastungsmethoden unddem Einsatz der teilweise sehr aufwändigen Ab-gasanalytik, kann Folgendes festgestellt werden:

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1. Teillastmessungen sowie Volllastmessungender Abgasemissionen zeigen zwar teilweiseKorrelationen zu den simulierten Fehlerzustän-den, sind jedoch nicht so aussagekräftig, wie inAnbetracht der Kosten, die mit diesen Belas-tungsmethoden verbunden sind, zu erwartenwäre. Jede extern aufzubringende Last ist,außer der bei der Durchführung im Fahrversuch,mit hohen Kosten für Rollenprüfstände verbun-den. Dabei ist nicht nur der Prüfstand an sich zubetrachten, sondern auch die erforderliche ge-bäudetechnische Ausstattung der Prüfstellenführt zu einer zusätzlichen Investition in erhebli-chem Umfang. Daher ist die Anschaffung einerderartigen Messtechnik nur für Stellen miteinem großen Prüfaufkommen rentabel.

2. Der Einsatz neuer Messgeräte zur Erfassungvon gasförmigen Abgaskomponenten ist imHinblick auf die Aussagequalität durchausdenkbar. Die Messgeräte werden wahrschein-lich in relativ kurzer Zeit praxistauglich verfüg-bar. Diese Messsysteme setzen für einen sinn-vollen Einsatz eine konstante externe Belastungdes Motors voraus, da die Stickoxide, die fürdie Bewertung der Abgasemissionen von Fahr-zeugen mit Kompressionszündungsmotor be-sonders interessant sind, nur unter Motorlastentstehen. Damit ist, wie bereits unter 1. ausge-führt, eine hohe gerätetechnische Investition er-forderlich.

3. Das Potenzial der Partikelmessung zur Erken-nung emissionsauffälliger Fahrzeuge mit Kom-pressionszündungsmotor kann nicht erschöp-fend im Rahmen dieser Untersuchung abge-schätzt werden. Es muss jedoch festgestelltwerden, dass mit einer Tauglichkeit derartigerSysteme für den Einsatz unter Praxisbedingun-gen nicht in den nächsten Jahren zu rechnenist. Bei den Partikelmesssystemen ist zur Zeitkeine Kalibrierung möglich, d. h., alle Messwer-te der unterschiedlichen Systeme sind nichtmiteinander vergleichbar. Es fehlt derzeit einReferenzsystem. Zudem sind die vorgestelltenVerfahren nur in Verbindung mit höheren Last-zuständen des Motors sinnvoll einsetzbar, washohe gerätetechnische Investitionen erforder-lich macht. Die Durchführbarkeit der freien Be-schleunigung bei modernen Motorkonzeptenmit elektronisch geregelter Einspritzung kanndurch die Anwahl eines Wartungsmodus sicher-gestellt werden, der die Beschleunigung ohneLast zulässt.

4. Das Verfahren der freien Beschleunigung hatsich im Rahmen der durchgeführten Messungenals zuverlässiges Verfahren erwiesen, wenn dieProbleme der Konditionierung und Beschleuni-gungszeit gelöst sind. Sowohl bei den zu erwar-tenden neuen Fahrzeugen als auch bei den teil-weise im Rahmen der Untersuchung vermesse-nen Fahrzeugen bewegen sich die Trübungs-werte insgesamt auf einem sehr niedrigen Niveau.

5. Mit Hilfe der herstellerspezifischen Eigendiag-nose konnten nicht alle simulierten Defekte er-kannt werden. Ein interessantes Ergebnis dieserUntersuchung ist, dass die simulierten Defekteentweder zu einer erhöhten Abgastrübung beider freien Beschleunigung oder zu einer Feh-lererkennung durch das herstellerspezifische Ei-gendiagnosesystem geführt haben. Symptoma-tisch ist dabei der Vergleich der Ergebnisse derFahrzeuge 1, 2, und 5 mit denen der Fahrzeuge3 und 4. Bei den Fahrzeugen 1, 2, 5 wurden teil-weise keine erhöhten Trübungswerte gemes-sen, jedoch wurde durch das herstellerspezifi-sche Eigendiagnosesystem in jedem Fall derFehler erkannt. Bei den Fahrzeugen 3 und 4wurden die Fehler nicht vom Diagnosesystem,jedoch durch die Trübungsmessung bei der frei-en Beschleunigung deutlich erkannt.

Aufgrund der unterschiedlichen Auswirkungen dersimulierten Fehler auf das Abgasverhalten konntenmit keinem untersuchten Prüfverfahren alle Defekteaufgrund eines signifikanten Anstiegs der jeweili-gen Messgröße erkannt werden. Defekte, die miteinem Anstieg der Partikelemissionen verbundenwaren, waren nur mit Prüfverfahren zu erkennen,deren Messgröße sich auf die Partikel beziehen(Abgastrübung, Filterschwärzung, Partikelmasseoder -anzahl). Mit Hilfe dieser Prüfverfahren warenjedoch nicht die Fehler zu erkennen, die einen An-stieg der Stickoxidemissionen hervorriefen. Die Artder Motorbelastung beeinflusst zwar die Größe desdurch einen Fehler verursachten Anstieges einerMessgröße, ändert jedoch nichts an diesergrundsätzlichen Problematik. Um alle simuliertenabgasrelevanten Defekte identifizieren zu können,war eine Kombination verschiedener Prüfverfahrennötig. Nur bei einer Messung der Abgastrübung beider freien Beschleunigung oder bei einer Beschleu-nigung von Teillast auf Volllast auf einem Rollen-prüfstand in Verbindung mit dem Auslesen derDaten der Eigendiagnose ließen sich alle simulier-ten Fehler erkennen.

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Die Kombination der Trübungsmessung bei einerfreien Beschleunigung mit den Funktionen einerkünftigen genormten Diesel-OBD scheint eine aus-sagefähige Lösung darzustellen, die allen diskutier-ten Problemen gerecht werden könnte. Da einenach der Richtlinie 98/69/EG zugelassene OBD fürFahrzeuge mit Kompressionszündungsmotor nochnicht in Serienfahrzeugen im Einsatz ist, können dievorstehend dargestellten Ansätze nur möglicheKombinationen darstellen, die mit den, in naher Zu-kunft, zu erwartenden OBD-Lösungen abgeglichenwerden müssen. Da nicht unbedingt mit gänzlichneuen Ansätzen bezüglich der Diagnose an Diesel-motoren zu rechnen ist (verfügbare Istwerte, InhaltFehlerspeicher), sondern im Wesentlichen die Ab-gasnachbehandlung bei den OBD-Dieselfahrzeu-gen zusätzlich in die Diagnose einbezogen wird, istdieser Ausblick durchaus realistisch.

Die Einbeziehung der Informationen eines genorm-ten OBD-Systems in die Abgasuntersuchung fürFahrzeuge mit Kompressionszündungsmotor lässtsich durch eine Anbindung eines Scantools undeine Anpassung der Software mit den bereits vor-handenen Abgasmessgeräten verwirklichen. Mitder Einführung der AU für Fahrzeuge mit G-Kat undOBD werden die erforderlichen Auslesegeräte beieinem großen Teil der Kombi-Geräte ab dem Jahr2002 im Feld vorhanden sein. Durch flankierendeMaßnahmen, wie eine einheitliche Fahrzeugkondi-tionierung und eine Beschränkung der Beschleuni-gungszeit, kann so das Ziel der Verbesserung dervorhandenen Diesel-Abgasuntersuchung unterrealistischen Rahmenbedingungen erreicht wer-den. Bei einigen wenigen schweren Nutzfahrzeu-gen lässt die elektronisch geregelte Einspritzungeine Beschleunigung ohne Last im normalen Be-trieb nicht zu. Bei diesen Fahrzeugtypen ist dieDurchführung der freien Beschleunigung jedoch ineinem Wartungsmodus möglich, der sich ohne Zu-satzgeräte anwählen lässt.

Die Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens zeigen, dass es im Hinblick auf die Anpassung der Abgasuntersuchung an künftige Fahrzeugge-nerationen noch erheblichen Forschungsbedarfgibt. Es konnten verschiedene Ansätze vorgestelltwerden. Die Kombination einer künftigen genorm-ten OBD für Fahrzeuge mit Kompressionszün-dungsmotor mit der Messung der Abgastrübungkönnte eine sinnvolle Überprüfung des Abgasver-haltens von im Verkehr befindlichen Fahrzeugendarstellen. Aufgrund der geringen Anzahl von un-

tersuchten Fahrzeugen und der Tatsache, dass zurZeit keine Dieselfahrzeuge mit einem nach derRichtlinie 98/69/EG zugelassenen OBD-System er-hältlich sind, sollten für die Erarbeitung eines dis-kussionsfähigen Vorschlags zur Einbindung derDiesel-OBD in die AU weitere Untersuchungen er-folgen.

11 Messgeräte zur Bestimmungvon Abgaskomponenten/Par-tikel im Abgas von Dieselmo-toren

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Messgerät: Series 5100 (1)

Hersteller: Rupprecht & Patashnick Co., Inc.25 Corporate CircleAlbany; NY 12203 USATel. 518/452-0065

Messverfahren: Automatisiertes gravimetrisches Mess-verfahren. Partikel werden auf einem Filter ge-sammelt und danach erhitzt. Im Pro-benraum wird der CO2-Gehalt gemes-sen. Über den Anstieg des CO2-Ge-halts wird der Massenverlust der Filter-probe bestimmt.

Messergebnis: Partikelmassenkonzentration (mg/m3)Bestimmung der flüchtigen Anteile inder Probe (∆M; T)

Bemerkungen: Hoher Zeitbedarf.Analyse und Probennahme könnenparallel durchgeführt werden.In verdünntem und unverdünntemAbgas einsetzbar.

Messgerät: TEOM Series 1105 (2)

Hersteller: Rupprecht & Patashnick Co., Inc.25 Corporate CircleAlbany; NY 12203 USATel. 518/452-0065

Messverfahren: Ein Filter ist mit einer oszillierendenRöhre verbunden. Mit zunehmenderFilterbeladung nimmt die Eigenfre-quenz dieses Systems ab. Mit der Fre-quenzänderung werden Partikelmasse,die Massenzunahme und die Gesamt-masse berechnet.

Messergebnis: Partikelmassenkonzentration (mg/m3)

Bemerkungen: Verdünntes Abgas erforderlich.Beheizte Abgasführung erforderlich.Verdünntes oder unverdünntes Abgasmöglich.

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Messgerät: WIZARD-DQ (3)

Hersteller: WIZARD Zahoransky KGSchwarzwaldstr. 379674 TodtnauTel. 07671/9233

Messverfahren: Opto-elektronisches Partikelanalyse-system basierend auf dem Disper-sionsquotienten- bzw. Multi-Wellenlän-gen-Extinktionsverfahren.Es werden drei Laserdioden mit unter-schiedlicher Wellenlänge verwendet(Opazimeter). Durch die unterschiedli-che Abschwächung der drei Lichtwel-len lassen sich die wichtigsten Aerosol-parameter ermitteln.

Messergebnis: Mittlerer Partikeldurchmesser (nm)GrößenverteilungPartikelvolumenkonzentration(mm3/m3)

Bemerkungen: Hoher Geräteaufwand.Vergleichbarkeit mit anderen Messme-thoden und die Gültigkeit der verwen-deten Beziehungen muss noch über-prüft werden.

Messgerät: LI2SA, Laser Induced IncandescenceSoot Analyser (4)

Hersteller: ESYTEC Energie- und Systemtechnik GmbH Am Weichselgarten 691058 Erlangen Tel. 09131/693952

Messverfahren: Die Teilchen werden mit einem gepuls-tem Laser aufgeheizt. Der Temperatur-verlust der Teilchen ist abhängig vonihrer Größe. Dieser Temperaturverlustwird über der Zeit gemessen und da-raus ergeben sich direkt die Primärteil-chengröße und die Volumenkonzentra-tion.

Messergebnis: Primärteilchengröße (nm)Rußmassenkonzentration (mg/m3)

Bemerkungen: Verdampfung, Wärmeleitung und Wär-mestrahlung werden durch berechneteAbkühlkurven berücksichtigt. Kein Verdünnungstunnel oder Absau-gung erforderlich. Keine Kalibrierung erforderlich. Bislang keine Aussage über die Grö-ßenverteilung der Teilchen möglich, System wird noch weiterentwickelt.

Megaton: Scanning Mobility Particle Sizer(SMPS) System (5)

Hersteller: Firma TSI

Messverfahren: Elektrisch aufgeladene Partikel bewe-gen sich unterschiedlich schnell durchdie Luft. Über den Luftwiderstand lässtsich mit guter Näherung auf die Größeschließen.

Messergebnis: Anzahlverteilung über dem Mobilitäts-durchmesser

Bemerkungen: Aufwändiges Messverfahren für denPrüfstandsbetrieb. Zur Bestimmungder Masse der Teilchen wird das Abgasdurch mehrere Messkaskaden (Impaktor) umgeleitet (Messung Fraun-hofer Institut Hannover/Auto MotorSport).

Messgerät: LQ1-DC (6)

Hersteller: Matter Engineering AG Bremgarterstr. 62CH 5610 Wohlen Tel. +41 56 618 6639

Messverfahren: Durch eine elektrische Entladung wer-den gleich polige Ionen produziert, diesich an der Oberfläche der Partikel anlagern. Diese Anlagerung ist abhän-gig von der Größe der Partikel. Die Par-tikel werden in einem elektrisch isolier-ten Filter gesammelt. Die gemesseneelektrische Stromstärke ist dann einMaß für die so genannte „Fuchs Ober-fläche“.

Messergebnis: „Fuchs-Oberfläche“ (cm2/m3)

Bemerkungen: Keine Aussage über die Zusammen-setzung der Partikel möglich.Messgerät sollte mit anderen Prüf-geräten zusammen verwendet werden.

Messgerät: SENSORS DIM 2000 (7)

Hersteller: SENSORS TESTSYSTEME GMBH D-40882 Ratingen

Messverfahren: Ein Teilstrom der Abgasemissionenwird mit Hilfe eines beheizten Proben-nahmesystems entnommen. Sauer-stoff und Stickoxide werden mit Hilfeelektrochemischer Sensoren gemes-sen. Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe werden mitHilfe des NDIR-Verfahrens erfasst.

Messergebnis: O2, CO, CO2, HC, Nox in % Vol. bzw.ppm Vol.

Bemerkungen: Zur Zeit nur als Prototyp verfügbar.

12 Literatur

[1.1] ARGE BASt: Abschlussbericht: AU-Erfolgs-kontrolle Diesel Phase I

[1.2] ARGE BASt: Abschlussbericht: AU-Erfolgs-kontrolle Diesel Phase II

[2.1] ALBUS, C., BRÜHL, G.: Die Abgasuntersu-chung in Deutschland – erste Ergebnisse,CAR 1995, Essen, 1995

[3.1] Europäische Union: Richtlinie 98/69/EG deseuropäischen Parlaments und des Ratesüber Maßnahmen gegen die Verunreinigungder Luft durch Emissionen von Kraftfahrzeu-gen. Änderung der Richtlinie 70/220/EWG

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Messgerät: z. Zeit nur Vorhabensskizze (10)

Hersteller: Fraunhofer Institut Freiburg Hr. Seibert Tel. 0761/8857125

Messverfahren: Messdaten sollen im Fahrbetrieb auf-genommen werden. Für die Bestim-mung der Motorkenngrößen sind ent-sprechende Verfahren vorhanden.Die Abgaswerte sollen mit Sensorenerfasst werden, die aus heutigen Sen-soren für den mobilen Einsatz weiter-entwickelt werden.

Messergebnis: Analog zur bisherigen AU

Bemerkungen: Wenig konkret bezüglich der Mess-geräte.Umsetzung problematisch bezüglichder Anbringung der Messgeräte für unterschiedliche Fahrzeuge.Problematisch bezüglich der Fahrpro-be.

Messgerät: AccuScan, Remote Vehicle EmissionsTesting System (8)

Hersteller: ESP, Environmental Systems Products,Inc. 11 Kripes Road East Granby, CT 06026-9720 USA Tel. 800 446 4708/860 653 0081

Messverfahren: Während des normalen Betriebes aufder Straße werden die Fahrzeuge un-tersucht.Die Abgaskomponenten werden durchdie Absorption von infrarotem und ul-traviolettem Licht bestimmt.Zusätzlich werden mit Sensoren dieGeschwindigkeit und die Beschleuni-gung des Fahrzeuges erfasst.Mit einer Videokamera wird das Kenn-zeichen erfasst.

Messergebnis: Konzentration von CO, CO2, HC, undNOX in der AbgasfahneBeschleunigung und Geschwindigkeitdes FahrzeugesKennzeichen des Fahrzeuges

Bemerkungen: Mobiler Einsatz möglich (Überwa-chung).Bei jedem Wetter einsetzbar.Nur unter bestimmten Bedingungen(eine Fahrbahn, Wind) einsetzbar.Vergleichbarkeit der Ergebnisseschwierig.

Messgerät: Rußpartikel-Sensor (9)

Hersteller: LOGISTIKZENTRUM Karl-Scharfenberg-Str. 55-57 38229 Salzgitter Tel. 05341/875 420

Messverfahren: Im Abgasstrom werden eine Hoch-spannungs- und eine Messelektrodeangebracht. Dadurch wird ein starkes,statisches elektrisches Feld erzeugt.Beim Durchströmen werden die Parti-kel elektrisch geladen. Die geladenenPartikel transportieren elektrische Energie aus dem Kondensator ab. Dadie Hochspannung konstant ist, ent-steht ein Ladestrom, der das Defizitwieder ausgleicht. Daraus ergibt sichein Spannungsabfall am Eingangswi-derstand, der das Messsignal liefert.

Messergebnis: Rußemission (V)

Bemerkungen: Einsatz im Fahrzeug zur Überwachungund Steuerung von Abgasnachbe-handlungssystemen gedacht (OBD).Befindet sich zur Zeit noch im Entwick-lungsstadium.

Messgerät: Microsysteme zur Gaskomponenten-messung (11)

Hersteller: IMSAS Institute for Microsensors, -Actuatorsand -Systems Tel. 0421/218 4698

Messverfahren: Bisher nur eine experimentelle elek-tromagnetische Membranpumpe ent-wickelt.

Messergebnis: -

Bemerkungen: Nicht für Analyse von Abgas aus Fahr-zeugen konzipiert.Noch im Entwicklungsstadium.

[3.2] Europäische Union: Ratsrichtlinie 1999/96/EC. Änderung der Richtlinie 88/77/EWG

[6.1] Europäische Union: Ratsrichtlinie 96/96/EG

[6.2] LAT, University Thessaloniki, Greece; INRETS, France; TNO, The Netherlands;TÜV Rheinland, Germany; TRL, UK: The Inspection of In-Use Cars in Order to AttainMinimum Emissions of Pollutants and Optimum Energy Efficiency. Project fundedby the European Commission, DG for Environment (XI), Transport (VII) and Energy(XVII), May 1998

[6.3] VOSS et al.: Periodic Inspection of ExhaustEmissions from Low Pollutive Otto EngineVehicles and Diesel Engine Vehicles. SAEPaper 871084, 1987b

[6.4] TNO Automotive: Manual for the databaseconcerning the Dutch in-use compliancetests, September 1999

[6.5] TÜV Rheinland: The Inspection of In-UseCars in Order to Attain Minimum Emissionsof Pollutants and Optimum Energy Efficiency, Detailed Report 4 – TechnicalSpecifications for Transient Short Tests. Project funded by the European Commis-sion, DG for Environment (XI), Transport (VII)and Energy (XVII), Cologne, March 1998

[6.6] TNO: The Inspection of In-Use Cars in Orderto Attain Minimum Emissions of Pollutantsand Optimum Energy Efficiency, DetailedReport 7 – Cost-effectiveness of I/M. Projectfunded by the European Commission, DGfor Environment (XI), Transport (VII) andEnergy (XVII), Delft, April 1998

[7.1] MELTON, L. A.: Soot diagnostics based onlaser heating, Appl. Opt. 23, 2201-2208(1984)

[7.2] WILL, S., SCHRAML, S. and LEIPERTZ, A.:Two-dimensional soot-particle sizing bytime-resolved laser-induced incandescence,Opt. Lett. 20, 2342-2344 (1995)

[7.3] WILL, S., SCHRAML, S. and LEIPERTZ, A.:Comprehensive Two-Dimensional Soot Diagnostics, Based on Laser-Induced Incan-descence, in: Twenty-Sixth Symposium (International) on Combustion (The Combus-tion Institute, Pittsburgh, Pa. (1996), pp.2277-2284

[7.4] WILL, S., SCHRAML, S., BADER, K. and LEIPERTZ, A.: Performance Characteristicsof Soot Primary Particle Sizes Measure-ments by Time-Resolved Laser-Induced Incandescence, Appl. Opt. 37, 5647-5658(1998)

[7.5] WILL, S., SCHRAML, S. and LEIPERTZ, A.:Comprehensive Two-Dimensional Soot Diagnostics, Based on Laser-Induced Incandescence, in: Twenty-Sixth Symposi-um (International) on Combustion (The Combustion Institute, Pittsburgh, Pa. (1996),pp. 2277-2284

[7.6] HOFELDT, D. L.: Real-Time Soot Concentra-tion Measurement Technique for Engine Ex-haust Streams, SAE-Paper 930079 (Society of Automotive Engineers, Warren-dale, Pa. (1993)

[7.7] SCHRAML, S., WILL, S., and LEIPERTZ, A.:Simultaneous Measurement of Soot MassConcentration and Primary Particle Size inthe Exhaust of a DI Diesel Engine by Time-Resolved Laser-Induced Incandescence(TIRE-LII), SAE-Paper 1999-01-0146 (Society of Automotive Engineers, Warren-dale, Pa. (1999)

[7.8] SCHRAML, S., WILL, S., and LEIPERTZ, A.:Performance Characteristics of TIRE-LIISoot Diagnostics in Exhaust Gases of DieselEngines, SAE-Paper 2000-01-2002 (Societyof Automotive Engineers, Warrendale, Pa.(2000)

[7.9] SCHRAML, S., HEIMGÄRTNER, C., WILL, S., HEMM, A. and LEIPERTZ, A.: Application of a New Soot Sensor for Exhaust Emission Control Based on TimeResolved Laser Induced Incandescence(TIRE-LII), SAE-Paper 2000-01-2864 (Society of Automotive Engineers, Warren-dale, Pa. (2000)

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Schriftenreihe

Berichte der Bundesanstaltfür Straßenwesen

Unterreihe „Fahrzeugtechnik“

F 1: Einfluß der Korrosion auf die passive Si-cherheit von Pkw E. Faerber, G.-D. Wobben88 Seiten, 1993 € 12,50

F 2: Kriterien für die Prüfung von Motorrad-helmen W. König, H. Werner, E. Schuller, G. Beier, W. Spann80 Seiten, 1993 € 13,50

F 3: Sicherheit von MotorradhelmenH. Zellmer52 Seiten, 1993 € 11,00

F 4: Weiterentwicklung der Abgassonderunter-suchungTeil 1: Vergleich der Ergebnisse aus Abgasuntersu-chung und TypprüfverfahrenA. Richter, G. MichelmannTeil 2: Praxiserprobung des vorgesehenen Prüver-fahrens für Fahrzeuge mit KatalysatorChr. Albus80 Seiten, 1993 € 13,50

F 5: Nutzen durch fahrzeugseitigen Fußgänger-schutzR. Bamberg, H. Zellmer56 Seiten, 1994 € 11,00

F 6: Sicherheit von Fahrradanhängern zum Perso-nentransportG.-D. Wobben, H. Zahn64 Seiten, 1994 € 12,50

F 7: Kontrastwahrnehmung bei unterschied-licher Lichttransmission von Pkw-ScheibenTeil 1: Kontrastwahrnehmung im nächtlichenStraßenverkehr bei Fahrern mit verminderter Ta-gessehschärfeP. JungeTeil 2: Kontrastwahrnehmung in der Dämmerungbei Fahrern mit verminderter TagessehschärfeM. Chmielarz, B. SieglTeil 3: Wirkung abgedunkelter Heckscheiben - Vergleichsstudie -H. Derkum88 Seiten, 1994 € 14,00

F 8: Anforderungen an den Kinnschutz von In-tegralhelmenD. Otte, G. Schroeder, J. Eidam, B. Kraemer32 Seiten, 1994 € 10,50

F 9: Kraftschlußpotentiale moderner Motor-radreifen unter StraßenbedingungenM. Schmieder, D. Bley, M. Spickermann, V. von Zettelmann40 Seiten, 1994 € 11,00

F 10: Einsatz der Gasentladungslampe in Kfz-ScheinwerfernJ. Damasky52 Seiten, 1995 € 12,50

F 11: Informationsdarstellung im Fahrzeug mitHilfe eines Head-Up-DisplaysH. Mutschler124 Seiten, 1995 € 16,50

F 12: Gefährdung durch Frontschutzbügel anGeländefahrzeugenTeil 1: Gefährdung von Fußgängern und RadfahrernH. Zellmer, M. SchmidTeil 2: Quantifizierung der Gefährdung von Fuß-gängernH. Zellmer44 Seiten, 1995 € 12,00

F 13: Untersuchung rollwiderstandsarmer Pkw-ReifenK. Sander40 Seiten, 1995 € 11,50

F 14: Der Aufprall des Kopfes auf die Front-haube von Pkw beim FußgängerunfallEntwicklung eines PrüfverfahrensK.-P. Glaeser100 Seiten, 1996 € 15,50

F 15: Verkehrssicherheit von FahrrädernTeil 1: Möglichkeiten zur Verbesserung der Ver-kehrssicherheit von FahrrädernC. Heinrich, E. von der Osten-SackenTeil 2: Ergebnisse aus einem Expertengespräch„Verkehrssicherheit von Fahrrädern“F. Nicklisch220 Seiten, 1996 € 22,50

F 16: Messung der tatsächlichen Achslasten vonNutzfahrzeugenR. Sagerer, K. Wartenberg, D. Schmidt52 Seiten, 1996 € 12,50

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F 17: Sicherheitsbewertung von Personenkraft-wagen- Problemanalyse und VerfahrenskonzeptD. Grunow, G. Heuser, H.J. Krüger, Chr. Zange-meister136 Seiten, 1996 € 7,50

F 18: Bremsverhalten von Fahrern von Motorrä-dern mit und ohne ABSJ. Präckel84 Seiten, 1996 € 14,50

F 19: Schwingungsdämpferprüfung an Pkw imRahmen der HauptuntersuchungE. Pullwitt44 Seiten, 1996 € 11,50

F 20: Vergleichsmessungen des Rollwiderstandsauf der Straße und im PrüfstandK. Sander60 Seiten, 1996 € 13,00

F 21: Einflußgrößen auf den Kraftschluß beiNässeM. Fach80 Seiten, 1996 € 14,00

F 22: Schadstoffemissionen und Kraftstoffver-brauch bei kurzzeitiger MotorabschaltungB. Bugsel, Chr. Albus, W. Sievert24 Seiten, 1997 € 10,50

F 23: Unfalldatenschreiber als Informationsquel-le für die Unfallforschung in der Pre-Crash-PhaseF. A. Berg, U. Mayer171 Seiten, 1997 € 19,50

F 24: Beurteilung der Sicherheitsaspekte einesneuartigen ZweiradkonzeptesI. Kalliske, Ch. Albus, E. Faerber44 Seiten, 1998 € 12,00

F 25: Sicherheit des Transportes von Kindern aufFahrrädern und in FahrradanhängernI. Kalliske, D. Wobben, M. Nee39 Seiten, 1998 € 11,50

F 26: Entwicklung eines Testverfahrens für An-triebsschlupf-RegelsystemeT. F. Schweers74 Seiten, 1999 € 11,50

F 27: Betriebslasten an FahrrädernM. Vötter, E. Groß, St. Esser, A. Born, M. Flamm, D. Rieck22 Seiten, 1999 € 10,50

F 28: Überprüfung elektronischer Systeme inKraftfahrzeugenR. Kohlstruck, H. Wallentowitz59 Seiten, 1999 € 13,00

F 29: Verkehrssicherheit runderneuerter ReifenTeil 1: Verkehrssicherheit runderneuerter ReifenK.-P. GlaeserTeil 2: Verkehrssicherheit runderneuerter Lkw-ReifenTh. Aubel54 Seiten, 2000 € 13,00

F 30: Rechnerische Simulation des Fahrverhal-tens von Lkw mit BreitreifenA. Faber44 Seiten, 2000 € 12,50

F 31: Passive Sicherheit von Pkw bei Verkehrs-unfällenD. Otte43 Seiten, 2000 € 12,50

F 32: Die Fahrzeugtechnische Versuchsanlageder BAStEinweihung mit Verleihung des Verkehrssicher-heits-preises 2000 am 4. und 5. Mai 2000 in Ber-gisch Gladbach63 Seiten, 2000 € 14,00

F 33: Sicherheitsbelange aktiver Fahrdynamikre-gelungenW. Gaupp, D. Wobben, M. Horn, M. Seemann116 Seiten, 2000 € 17,00

F 34: Ermittlung von Emissionen im Stationärbe-trieb mit dem Emissions-Mess-FahrzeugK. Sander, B. Bugsel, W. Sievert, Ch. Albus22 Seiten, 2001 € 11,00

F 35: Sicherheitsanalyse der Systeme zum Auto-matischen FahrenH. Wallentowitz, D. Ehmanns, D. Neunzig, M. Weil-kes, B. Steinauer, F. Bölling, A. Richter, W. Gaupp147 Seiten, 2001 € 19,00

F 36: Anforderungen an Rückspiegel von Kraft-rädernA. van de Sand, H. Wallentowitz, Th. Schrüllkamp64 Seiten, 2001 € 14,00

F 37: Abgasuntersuchung - Erfolgskontrolle: Ot-tomotor – G-KatG. Afflerbach, D. Hassel, H. Schmidt, K.-S. Sonn-born, F.-J. Weber32 Seiten, 2001 € 11,50

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F 38: Optimierte Fahrzeugfront hinsichtlich desFußgängerschutzesF. Friesen, H. Wallentowitz, M. Philipps44 Seiten, 2001 € 12,50

F 39: Optimierung des rückwärtigen Signalbildeszur Reduzierung von Auffahrunfällen bei Gefah-renbremsungJ. Gail, M. Lorig, Chr. Gelau, D. Heuzeroth, W. Sievert27 Seiten, 2002 € 9,50

F 40: Prüfverfahren für Spritzschutzsysteme anKraftfahrzeugenChr. Domsch, D. Sandkühler, H. Wallentowitz104 Seiten, 2002 € 16,50

F 41: Abgasuntersuchung: DieselfahrzeugeG. Afflerbach, D. Hassel, H. J. Mäurer, H. Schmidt,F.-J. Weber63 Seiten, 2003 € 14,00

Zu beziehen durch:Wirtschaftsverlag NWVerlag für neue Wissenschaft GmbHPostfach 10 11 10D-27511 BremerhavenTelefon: (04 71) 9 45 44 - 0Telefax: (04 71) 9 45 44 77Email: vertrieb@nw-verlag.deInternet: www.nw-verlag.de

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