AVL EMISSION TESTING HANDBOOK - 2016 AVL Emission Test Systems AVL Emission Test System Kurt Engeljehringer TABLE OF CONTENTS 1. 前書き Introduction 5 2. 排出ガス規制とテクニカルレギュレーション(技術要件) Emission Standard and Technical Regulations 6 3. 車両やエンジンの分類 Vehicle/Engine Classification 11 4. 各種エンジン・燃料・推進システムの特色 Engine, Fuel and Propulsion System Characterization 12 5. 開発と排出ガス試験ライフサイクル Development and Emission Testing Life Cycle 19 6. 排出ガス試験方法 Emission Testing Methods 35 7. 排出ガスの認証方法 Emission Certification Methods 63 8. 燃料蒸散ガス試験方法 Evaporative Emission (EVAP) 71 9. 用語集 Glossary 78 1. Introduction Emission Testing Handbook - 2016 3 PUBLICATION INFORMATION Company AVL LIST GmbH Hans-List Platz 1, 8020 Graz, Austria AVL Emission Test Systems GmbH (AVL ETS) Graf-Landsberg-Strasse 1C, 41460 Neuss, Germany Author: Engeljehringer Kurt Department: Emission Test Systems Document ID: AVL Emission Testing Handbook 2016 V1.0 PA3088E Version: 1.1 Release date: 1.4.2016 Copyright Notice: The contents of this document may not be reproduced in any form or communicated to any third party without prior written agreement of AVL List GmbH. Copyright © 2016, AVL List GmbH. Liability Notice: While every effort is made to ensure its correctness, AVL List GmbH assumes no responsibility for errors or omissions, which may occur in this document. 1. Introduction Emission Testing Handbook - 2016 4 1. INTRODUCTION 弊社AVLの “Emission Testing Handbook” をご覧いただき、ありがとうございます。 当ハンドブックの目的は、エンジン、パワートレイン、車両開発でよく使用される様々な排出ガス試験・測定方法の概要をご理解いただく ことです。R&D向けとしては、あらゆる技術的な方法を適用できますが、エンジン・車両の型式認証には承認された試験のみ適用できます。 排出ガス規制は大きく分けて、2つから成り立っています。 1つ目は排出ガス成分の最大排出量を規制するもので、 2つ目は、エンジンや 車両の試験がどのように実施され、排出ガスがどのように計測されるかについてです。 前者の参考資料として、例えば、AVL社有料サービス“AVL Emission Report”もしくは、Delphi社の “Worldwide Emission Standards Booklets” がインターネット上から利用できます。そして、当ハンドブックは後者、排出ガスをどのように試験・測定するかを対象としてい ます。 規制や法令の全てを網羅することはできませんが、概要をよりよくご理解いただくための指針となれば幸いです。 提供させていただきますハンドブックの内容をプレゼン資料・書類・テストベッドコンフィグレーションにお使い下さい。 その際、参照先 として“AVL Emission Testing Handbook”と明示してご利用下さいますよう、お願いいたします。 (法規の解釈について読み手による差異が発生する場合がありますので、詳細については各法規文書の原文をご確認下さい。また、当ハン ドブック日本語文章は、弊社オーストリア本社が発行している英語資料を基に、日本国内のお客様や関係者の皆様向けに翻訳を行った資料に なります。) 規制について、概要と各国の規制の間の違いを分かりやすく説明するために、排出ガス規制に特有でない一般的な用語や説明を使用してい ます。これらの用語は排出ガス規制に特有の用語とは少し異なる意味合いで用いている場合がありますのでご注意下さい。 “Emission Testing Handbook”電子版資料(英語原文)は次のアドレスからご利用下さい:www.avl.com/emission-testing-handbook “Emission Testing Handbook”電子版資料(日本語訳文)は次のアドレスからご利用下さい:www.avl.co.jp/service/its/Emission/ 1. Introduction Emission Testing Handbook - 2016 5 2. STANDARDS AND TECHNICAL REGULATIONS 排出ガス基準は4つの柱(排出ガス規制値、試験サイクル、試験法、計算式)で成り立っています。 1 排出ガス規制値は、テールパイプ排出ガスの最大許容値を規定しています。 2 試験サイクルは、排出ガス試験時にエンジン/車両がどのように運転されるかを示しています。 3 試験法は試験実行方法および試験と計測システムの要件を示しています。 4 計算式は、最終結果の計算法を記述しています。 1 および 2 は、環境保護に重要でパワートレインエンジアリングへの要求項目です。 3 および 4 は、テストベッドの計画と操作に対する技術要求を定義していて、当ハンドブックの焦点です。 近年の排出ガス基準における”Split-level approach” 過去の排出ガス規制では1冊の”本”で4つの項目を網羅していました。一方、最新の規制では2冊の本に分かれます。1冊目 が環境とエンジニアリングにおける要求に焦点を当てているのに対し、2冊目は試験法とその要件を記述しています。 どの試験と測定システムを適用すべきか、どの要求項目を満足すべきかを示しています。 • ヨーロッパでは、これを“split-level approach”と呼びます。排出ガス規制値(1)が明確にされ、技術要件(2, 3, 4) が UN-ECE Global Technical Regulations (GTR)によって適用されます。 • アメリカではエンジンアプリケーション毎に異なった“standard setting parts”により排出ガス規制値(1)と試験サイクル (2)が定義され、 “technical regulations”により試験・計測手順とそれらの要件(3, 4)が説明されています。 2. Emission Standard and Technical Regulations Emission Testing Handbook - 2016 6 TECHNICAL REGULATIONS Light Duty Vehicles Heavy Duty Vehicles GTR-4 Engine Testbed Vehicle Chassis Dyno Non-Road Vehicles and Equipment GTR-11 / ISO 8178 / IMO CFR-1065 GTR-2 GTR-15 CFR-1066 RDE Vehicle RDE and OCE GTR-10 NTE Legend: Applied regulations for the emission standards of 2. Emission Standard and Technical Regulations EU, UN-ECE US Will be harmonized in future Emission Testing Handbook - 2016 7 UN-ECE GLOBAL TECHNICAL REGULATIONS GTR’s: Global Technical Regulations: GTR-01: GTR-02: GTR-03: GTR-04: GTR-05: GTR-06: GTR-07: GTR-08: GTR-09: GTR-10: GTR-11: GTR-15: Door locks and door retention components Measurement procedure for two-wheeled motorcycles with regard to the emission of gaseous pollutants, CO2 emissions and fuel consumption Motorcycle brake systems Test procedure for compression-ignition (C.I.) engines and positive-ignition (P.I.) engines fuelled with natural gas (NG) or liquefied petroleum gas (LPG) with regard to the emission of pollutants Technical requirements for on-board diagnostic systems (OBD) for road vehicles Safety glazing materials for motor vehicles Head restraints Electronic stability control systems Pedestrian safety Off-cycle emissions (OCE) Engine emissions from agricultural and forestry tractors and from non- road mobile machinery Global technical regulation on Worldwide Harmonized Light vehicles Test Procedure. This GTR is often called WLTP (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures), since the project and the informal working group has this title. However, the final and official document is the GTR-15. (GTR-15は多くの場合WLTP(Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure)と呼ばれます。しかしながら 最終的な正式文書は”GTR-15”です。) 2. Emission Standard and Technical Regulations Emission Testing Handbook - 2016 8 US STANDARDS AND TECHNICAL REGULATIONS Applications: Standard Setting Parts: (40 CFR 86 SubPt. B – Light-duty vehicles) 40 CFR 1037 – Heavy-duty motor vehicles Technical Regulations: CFR-1066 Vehicle testing on Chassis Dyno CFR-1066はCFR-1065の項 目の多くを参照しています。 40 CFR 1036 – Heavy-duty highway engines 40 CFR 1039 – Nonroad CI engines 40 CFR 1048 – Large Non-Road SI engines (>19 kW) 40 CFR 1054 – Small Non-Road SI engines (<19 kW) 40 CFR 1051 – Recreational engines and vehicles CFR-1065 Engine testing on Engine Testbed 以前のCFR-86やEU、UN-ECE要件 と比較すると、測定システムへの要 求に大きな変更があり、また、検証 や性能検証の項目に大きな違いがあ ります。 40 CFR 1033 – Locomotives 40 CFR 1045 – Marine SI engines and vessels 40 CFR 1042 – Marine CI engines and vessels 40 CFR 1043 – Marine engines and vessels (Marpol) 2. Emission Standard and Technical Regulations Emission Testing Handbook - 2016 9 www.avl.com/emission-legislation-world/index.html AVL EMISSION LEGISLATION WORLD ‣ ‣ ‣ ‣ AVL Emission Report AVL Emission Mobile Studies and Forecasts Legislation Consulting Advertisement Emission Testing Handbook - 2016 10 3. VEHICLE/ENGINE CLASSIFICATION Light Duty Vehicles Mopeds, Motorcycles (MC), 2- and 3-Wheeler Passenger Cars (PC) Light Duty Commercial Vehicles (LCV) Heavy Duty On-Road Vehicle Engines Medium and Heavy Duty Commercial Vehicles, such as Trucks and Buses Non-Road Engines SI = Spark Ignition CI = Compression Ignition 3. Vehicle/Engine Classification Nonroad CI Marine Spark Ignition Nonroad SI < 19 kW Marine Compression Ignition Nonroad SI > 19 kW Marine Vessels Recreational Vehicles Aircraft Engines Locomotives Power Plants Emission Testing Handbook - 2016 11 4. ENGINE, FUEL AND PROPULSION SYSTEM 排出ガス規制では、いくつかの基準に従って車両やエンジンを区別します。これらの基準によって相応する排出ガス試験が選択されます。例えば、 SIエン ジンかCIエンジンで規制値が異なり、ハイブリッドは試験法が異なります。bi-fuel車両はより多くの試験が必要になり、燃料蒸発ガス試験(エバポ試験)は ガソリン燃料車両でのみ実施されます。 Type of Ignition: Propulsion System: Fuel System: Fuel Type: SI – Spark Ignition Conventional Mono-Fuel CI – Compression Ignition Hybrid - NOVC Bi-Fuel Hybrid - OVC Dual-Fuel E-Vehicles NOVC OVC Not Off Vehicle Charging Off Vehicle Charging (plug-in) Flex-Fuel 適正な燃料品質は、全ての低排出基準における前提条件です。 Gasoline (E5) Bio-Ethanol E10 – E85 Diesel (B5) Bio-Diesel B10 – B?? NG LPG Hydrogen PtG PtL others 4. Engine, Fuel and Propulsion System Characterization Fossil fuels: 化石燃料は限られた資源です。 薬剤や樹脂材料などにも必要とさ れます。 Bio-Fuels: エタノールとバイオディーゼルは、バイオマスから製造可能で環 境的に持続可能な燃料です。 PtG, PtL: “Power to Gas” および “Power to Liquid” –代替エネルギー源 (太陽光、風力など)を利用し、(産業プロセスからの)水と二酸化 炭素から燃料を製造する人工的な光合成の方式です。 Emission Testing Handbook - 2016 12 POWER TO GAS/LIQUID = CO2 NEUTRAL FUEL 全体のCO2削減目標に到達するために、それぞれの輸送手段での大幅な削減が必要となります。第一歩として、全てのエネルギーが再生可能なエネルギー源(水力、 太陽、風力など)から得られるべきです。下の図は再生可能エネルギー源の使用可能性について説明しています。現存する車両だけではなく、更にエネルギー変換や 輸送、保管の要因についても考慮する必要があります。 Primary energy Energy “transformation” Primary energy from renewable sources H2 Electrolysis PtG: Power to Gas Distribution & infrastructure Vehicle energy storage and powertrain Environment impact Electricity distribution and charging stations Battery Battery e-vehicles Zero Emissions Hydrogen distribution and fuel stations Hydrogen tank Fuel cell e-vehicles Zero Emissions O2 to air + Water + CO2 Electrolysis Methanation FischerTropsch Synthesis PtL: Power to Liquid Final energy Methanol- & Ether Synthesis H2 CH4 CxHy Gasoline OME “Diesel” Legend: 4. Engine, Fuel and Propulsion System Characterization Existing CNG infrastructure, but Gas tank more capacity needed Infrastructure already fully exists not existing Liquid fuel tank partly existing Conventional gas-vehicle Conventional gasoline or diesel vehicle. CO2 neutral + low pollutant Emissions CO2 neutral + low pollutant Emissions 可能性1: 電気を直接使用もしくは水と電気 から発生する水素を使用。これには 新たなインフラ整備と対応した自動 車が必要 。 可能性2: 水素と工場から廃棄された(由来 の)CO2の混合によるガス燃料 (PtG)または液体燃料(PtL)。 PtG:ガス燃料自動車およびインフ ラは小規模では既に整っています。 PtL: インフラは既に整っています。 更に既存の自動車、飛行機、船に使 用される可能性もあり。 already existing Emission Testing Handbook - 2016 13 ENGINE, FUEL AND PROPULSION SYSTEM CO2 (温室効果ガス)削減には車両のパワートレインのエネルギー効率向上が必要です。ハイブリッド車は燃焼エンジンの利点と電気モーターの利点を併せ持ってい ます。さらに、使用される燃料のタイプもCO2排出削減の役割を果たします(バイオ燃料など)。一方、バイオ燃料などからのCO2排出は世界中でCO2-neutral(カーボ ンニュートラル)であり、ある国にとっては燃料輸入から脱却できる可能性があります。その一方で、食料供給や価格には悪影響となるかもしれません。 これにより、各車両推進機構と燃料の多様化が起こります。それゆえ、排出ガス法規と規制は、車両を使用燃料の種類と推進機構の種類に区分します。 • Mono-fuel vehicles • Bi-, flex- and dual-fuel vehicles • Hybrid vehicles • Electric vehicles Fuel- and Propulsion- Systems: Mono-Fuel Vehicles Vehicle Mono-Fuel Vehicle Mono-Fuel-Gas Vehicle Engine Energy Storage Combustion Engine Gas Combustion Engine 4. Engine, Fuel and Propulsion System Characterization Energy Supply Energy Source Liquid Fuel Tank Fuel Station Crude Oil Gas Tank Gas Station Gas Liquid Fuel Tank < 15l Fuel Station Crude Oil Notes 1種類の液体燃料で走行する車両。 Mono-Fuel-Gas 車両は LPG, NG, バイ オメタンまたは水素が主燃料。非常時 や始動のために小さい液体燃料タンク (15L以下)を搭載している場合もあり。 Emission Testing Handbook - 2016 14 ENGINE, FUEL AND PROPULSION SYSTEM Fuel- and Propulsion- Systems: Bi-, Flex- and Dual-fuel vehicles Vehicle Bi-Fuel Vehicle Bi-Fuel-Gas Vehicle Engine Energy Storage Combustion Engine Combustion Engine Gas Flex-Fuel Vehicle Dual-Fuel-Gas Vehicle Dual-Fuel Vehicle Combustion Engine Gas 4. Engine, Fuel and Propulsion System Characterization Energy Source Liquid Fuel Tank Fuel Station Crude Oil Liquid Fuel Tank Fuel Station BioFuel Liquid Fuel Tank Fuel Station Crude Oil Gas Tank Gas Station Gas Fuel Station Crude Oil Fuel Station BioFuel Liquid Fuel Tank Fuel Station Crude Oil Gas Tank Gas Station Gas Liquid Fuel Tank Fuel Station Crude Oil Liquid Fuel Tank Fuel Station Crude Oil Liquid Fuel Tank Combustion Engine Combustion Engine Energy Supply Notes 2つの個別のタンクに2種類の燃料を 搭載する車両。 走行時は1種類の燃料を使用。 2つの個別のタンクに2種類の燃料を 搭載する車両。 液体燃料(15L以上のタンク)もしくは LPG、NG、バイオメタン、水素のいず れかで走行。 1種類のタンクを搭載し2種類以上の 混合燃料を使用し走行。例:ガソリン とエタノール、ディーゼルとバイオ ディーゼルなどの混合燃料。 別タンクからの気体・液体燃料を同時 に燃焼させることが可能(主にガスお よびディーゼル)。 別タンクからの2種類の液体燃料を同 時に燃焼させることが可能 RCCI (Reactivity Controlled Compression Ignition)。 Emission Testing Handbook - 2016 15 ENGINE, FUEL AND PROPULSION SYSTEM Fuel- and Propulsion- Systems: Hybrid and Electric Vehicles Vehicle NOVC-Hybrid (Not Off-Vehicle Charging) OVC Hybrid (Off-Vehicle Charging) Electric Vehicle with Range Extender Engine Energy Storage Combustion Engine Liquid Fuel Tank Electric Motor Battery Combustion Engine Liquid Fuel Tank Electric Motor Battery Electric Motor Fuel Cell Vehicle Electric Motor Pure Electric Vehicles Electric Motor 4. Engine, Fuel and Propulsion System Characterization Battery Energy Supply Energy Source Fuel Station Crude Oil Fuel Station Crude Oil Power Grid Power Station Power Grid Power Station Fuel Station Crude Oil Power Grid Power Station E E Range Extender Battery E H2 Station Fuel Cell Battery E Power Grid H2 Hydrogen Power Station Notes 1個の燃焼エンジン、1個以上の電気 モーターと2個のエネルギー貯蔵部を 搭載する車両。電池は外部から充電不 可。 1個の燃焼エンジン、1個またはそれ以 上の電気モーターと2個のエネルギー貯 蔵部を搭載する車両。 電池は外部から充電可(plug-in)。 電気モーターと電池を搭載する車両。 加えて、走行距離延長のため燃焼エン ジンを発電装置として搭載する車両。 電気モーターと水素を電力に変換する 燃料電池を搭載する車両。 電気モーターと電池を搭載する車両 Battery Electrical Vehicle (BEV)とも 呼ばれる。 Emission Testing Handbook - 2016 16 HYBRID AND ELECTRIC VEHICLES ハイブリッド車については様々な名称があります。例えば、プラグインハイブリッドは EU 規定でoff-vehicle charging (OVC) ハイブリッドと呼ばれ、 US規定は グリッド接続の電気自動車と呼ばれます。 Hybrid and Electric Vehicles Definition - Functional Matrix Hybrid Related Nomenclature Technology Name Micro-Hybrid Mild-Hybrid Full-Hybrid + 48V Hybrids Plug-In Hybrid Range Extender Pure Electric Vehicle EU Related Emission Regulation Naming US Related Emission Regulation Naming Electrification Functionality Matrix Engine StartStop E-Boost Systems Regener- E-Motor ative moves Braking vehicle External Pure Battery Electric Charging Driving These vehicles are not tested as hybrid vehicles for emission regulations. Testing is like any conventional vehicle with a combustion engine. (排出ガス規制ではハイブリッド車として試験されません。通常の燃焼 エンジン搭載車両と同様に試験されます。) NOVC Hybrid Not off vehicle charging Hybrid electric vehicle OVC Hybrid Off vehicle charging Plug-In Hybrid, Grid connected electric vehicle BEV, Battery Electrical Vehicle Grid connected electric vehicle 4. Engine, Fuel and Propulsion System Characterization Emission Testing Handbook - 2016 Electric Driving Only 17 AVL EVAPORATIVE EMISSION The most comprehensive AVL EVAPORATIVE emission testing product line supports the easy and reliable determination of hydrocarbon evaporation from fuel tanks of gasoline-driven vehicles. Advertisement Emission Testing Handbook - 2016 18 5. DEVELOPMENT AND EMISSION TESTING LIFE CYCLE Examples based on EU passenger car regulations 5. Development and Emission Testing Life Cycle Emission Testing Handbook - 2016 19 DEVELOPMENT AND EMISSION LIFE CYCLE “vehicle life cycle”(車両ライフサイクル)は車両の開発と試験から始まります。型式認証を得た後に製造開始となります。個々の車両は数年間使用されます。その間、 排出抑制措置(下記、認証機関と製造メーカーによる抜取検査等)により持続可能で環境に優しい運転を保証します。車両が廃車になると通常リサイクルされます。 1. Development 2. Type Approval 3. Production 4. In Use § 1. Development (製品開発): 車両コンセプトの定義と開発は大きな挑戦です。また、市場および顧客需要、厳 しい環境規定要求と安全規定要求を満たすことが必要なコストのかかるプロセス です。 2. Type Approval (型式認証): 車両販売のために、認証機関から発行される許可証です。様々な試験を経て認証 されることが必要です 。 3. Production conformity (製造適合): プロトタイプ車両が要求を満たすだけではなく、製造された車両も要求を満たす 必要があります。 4. In-Use compliance (インユース コンプライアンス): 認証機関と製造メーカーがインユースの車両を対象に市場抜取検査を実施します。 最新の車両は自己診断システムを装備しており、定期的な検査が必要です。 5. Development and Emission Testing Life Cycle Emission Testing Handbook - 2016 20 DEVELOPMENT Development Authority Development (製品開発) : Requirements 製品開発は主に下記により決定されます。 • 市場と顧客需要。例えば、価格、運転性能、運転の楽しみ、燃料消費など • 安全性・環境性に関する様々な法規と規制 Technical service 市場要求と法規要求はいずれも厳しくなっています。市場はより幅広く様々なモデルを要求する 一方で、法規は試験性能やより低い規制値、実運転中の排出ガスを模擬したラボ試験にも拡大される など、厳しくなる一方です。 Manufacturer これらの動きにより、パワートレイン開発には、より効率の高い新しい開発手法やツールが求めら れます。それにより、最新のシミュレーションを用いた手法やハードウェアインザループ(HIL) 開発の利用が増えるでしょう。しかし、各要求の各要求の達成やシミュレーション開発の検証などに、 従来のラボ試験や実走行試験の必要性が高まると考えられます。 Export, import and dealer Car owner Requirements 5. Development and Emission Testing Life Cycle Emission Testing Handbook - 2016 21 DEVELOPMENT PROCESS パワートレイン開発のプロセスは“V” 字になっており、図左側のハイレベルなコンセプト研究とシミュレーションから開始されます。次はパワートレイン要素技術の選 定と、それらの設計と試験へと続きます。パワートレイン組み立て後、車両に組み込まれます。これらのプロセスにおいて、様々なテスト環境下で、試験および適合が行 われます。 On the Road Office MIL and SIL Testlab Test Track Hardware in the Loop EVAP-Shed Chamber Battery Testbed Chassis Dyno E-Motor Testbed Powertrain Testbed Transmission Testbed Working Environment 5. Development and Emission Testing Life Cycle Engine Testbed Development Process Working Environment Emission Testing Handbook - 2016 22 TYPE APPROVAL Development Type Approval Type Approval (型式認証) : 製造メーカーは、車両を販売するために各国の車両認証機関から型式認証を得なければいけません。 必要書類が全て準備されて、試験結果がレビューされます。 これらは量産先行(プリプロダクション)の車両について実施されます。 Authority Technical service Manufacturer Export, import and dealer EU または UN-ECE 規制に準ずるヨーロッパ、その他主な国々: 型式認証試験はテクニカルサービス機関によって実施、もしくは、立会いが行われます。テクニカ ルサービス機関は、いわゆる“certification tests(認証試験)”によって実施された試験および結 果の正当性を認証します。製造メーカーはテクニカルサービス機関を選ぶとともに、費用を支払い ます。 TÜV, DEKRAなどの機関を利用しないで、認可されたプロセスに基づいて試験を実施するこ とも可能です。 USA 型式認証: アメリカは上述のような“technical services organization(テクニカルサービス機関)”コンセプ トを採用していません。このため、US規制文書はEU規制文書に比べ、より詳細な技術的内容が記 述されています。製造メーカーは“自己認証”を行って EPA または CARBにデータを提示し、1年間 の型式認証を発行、毎年の更新が必須となります。規定を満たしていない車両に対しては、厳しい 罰則が課せられます。 Car owner 5. Development and Emission Testing Life Cycle Emission Testing Handbook - 2016 23 TYPE APPROVAL: EMISSION Environment 型式認証: 車両は多くの規定・規制を満たさなければなりません。環境、照明、信号、予防安 全性・衝突安全性などが関わってきます。例えば、ヨーロッパには約80の EU指令 および70のUN-ECE規制が存在します。 Light & Signal Active Safety Passive Safety others Emission Type Approval Test Types Type-I Average emission after a cold start Type-Ia Real driving emission (RDE) Type-II CO Idle test Type-III Crankcase emission Type-IV Evaporative emission Type-V Durability test Type-VI -7°C low temperature emission test (like Type-I testing but at -7°C) OBD On Board Diagnostic CO2 + FC EC + E-Range CO2 + fuel consumption, energy consumption and electric range for E-vehicles Reg-24 Smoke opacity for compression ignition engines 5. Development and Emission Testing Life Cycle 排出ガス関連の型式認証: EUの型式認証には、排出ガス関連の試験がいくつかあります。US法規との大きな 違いは、試験サイクル(FTP-75 vs WLTC)の違いと、いくつかの試験サイクル(ア グレッシブな運転・エアコン使用時の運転)が追加されることです。さらに、排出 ガス規制値が大きく異なります。 EU法規が主に焦点を当てているのは、低NOx排 出と低PN排出で、低CO2排出とのバランスが必要です。US基準の焦点は、EUと比 較してCO2目標値が未だ高い中、スモッグの原因となる成分 (HC種とNOx)の排出 を限りなく0に近くすることです。規制値については個々の車両とフリート平均の 規制値に沿って制限されています。少数生産の車両に関してはフリート平均が満た されていれば、高い排出量も認められています。 リアルドライビングエミッション(RDE): 新たな取り組みには、実際の道路上で運転している条件下での測定をラボ試験の拡 張として含み、排出ガス規制値も新たに設定されます。この動きは、USで先にヘ ビーデューティーで適用され、後にEUが続きました。 EUでは乗用車に適応され (2017予定)、韓国と中国でも適応される予定です。 試験の種類選択: 性能試験はエンジンの種類(CI, SI)、燃料システム(mono-, bi-, flex-fuel) および 燃料の種類(ガソリン、ディーゼル、バイオなど)により異なります。 Emission Testing Handbook - 2016 24 TYPE APPROVAL: TEST TYPES/FUELS Emission Test Types Fuel System = Fuel Type = SI – Vehicle CI-Vehicle including Hybrids including Hybrids Mono-Fuel Bi-Fuel Gasoline LPG NG Hydrogen Flex-Fuel Gasoline Gasoline Gasoline Gasoline NG LPG NG Hydrogen Ethanol H2NG MonoFuel Diesel both fuels both fuels both fuels both fuels both fuels both fuels Type-Ia Real Driving Emission both fuels both fuels both fuels both fuels both fuels both fuels Type-II CO Idle Test both fuels both fuels Gasoline both fuels NG Gasoline Gasoline Gasoline Gasoline NG Gasoline Gasoline Gasoline Gasoline Gasoline Gasoline Gasoline Gasoline NG both fuels Gasoline Gasoline Gasoline both fuels Type-V Type-VI OBD CO2 + FC Energy + Range Reg-24 Durability Test -7°C low temperature On Board Diagnostic CO2 and FC E-energy cons. and Electric Range both fuels both fuels both fuels both fuels both fuels both fuels Smoke Opacity Bio-Diesel Type-IV Diesel Average Emission Crankcase emission Evaporative Emission H2 Fuel cell FlexFuel Type-I Type-III Pure Electric 注記: ガソリンはE5/E10, ディーゼルはB5/B7, 天然ガスはバイオメタンを含みます。 5. Development and Emission Testing Life Cycle Emission Testing Handbook - 2016 25 AVL iGENERATION SERIES II – THE SMARTER WAY OF EMISSION TESTING The AVL iGENERATION Series II takes emission testing to the next level and sets new standards for intelligent and intuitive emission measurement systems. Advertisement Emission Testing Handbook - 2016 26 TYPE APPROVAL: EMISSION TEST SYSTEMS Emission Test Types Laboratory test and measurement systems required Automation System CVS Emission Bench Particulate Sampler Particle Counter Chassis Dyno Road Load Unit Climatic Chamber Type-I Average Emission Type-Ia Real Driving Emission Type-II CO Idle Test Type-III Crankcase Emission Chassis Dyno Type-IV Evaporative Emission Chassis Dyno Type-V Durability Test Chassis Dyno Type-VI -7°C Low Temperature Chassis Dyno OBD On Board Diagnostic Chassis Dyno CO2 + FC Energy + Range CO2 and FC E-energy cons. and Electric Range Chassis Dyno Reg-24 Smoke Opacity Engine dyno EVAP PEMS Other Instruments SHED, etc Workshop analyzer Pressure or bag (Chassis Dyno) Opacitymeter 注記:より詳細な情報や排出ガス試験システムの規制要件については当ハンドブック次項に記載されています。 5. Development and Emission Testing Life Cycle Emission Testing Handbook - 2016 27 AVL M.O.V.E iS IN-VEHICLE TEST SYSTEM The perfectly tailored and leading solution for EU6d Real Driving Emissions (RDE) testing. Advertisement Emission Testing Handbook - 2016 28 PRODUCTION AND DISTRIBUTION Development Type Approval Authority Production Random Checks Technical service COP Manufacturer EOL COP (Conformity of Production): 型式認証は量産製造前の車両に対する要求ですが、COPは量産製造中の車両 に対して排出ガスコンプライアンスを遵守させるためのものです。 COP試験 自体は、Type-I 認証試験に類似しています。試験は製造メーカーによって 実施され、該当認証機関に基準を満たしていることを報告しなければなりま せん。試験する車両台数は、製造メーカーと認証機関の間での取り決めによ ります。認証機関が製造過程において、ランダムに抜取検査を実施すること もあります。 Fleet Average Values (like CO2 in Europe): この排出ガス規制値はフリート平均であり、個々の車両モデルによるもので はありません。(例:EUのCO2もしくはUSの燃費など)フリート平均は 個々の車両モデルの値と年間販売台数によって異なります。EUでは、フリー ト平均がCO2目標値を超過すると、製造メーカーが課徴金を支払うシステム になっています。 Export, import and dealer EOL (End of Line): これは製造メーカーの社内品質試験により判断されます。排出ガス規制によ る要求ではありません。 Car owner Exporting and Importing: 一般的に、輸入されるエンジンおよび車両が有効な型式認証を保持している かの確認作業は各国税関の責任です。EU加盟国においては、 他のEU国で発 行された型式認証を受け入れなければなりません。 5. Development and Emission Testing Life Cycle Emission Testing Handbook - 2016 29 AVL M.O.V.E IN-VEHICLE TEST SYSTEM The comprehensive, robust and fully certified portable emission measurement system with special focus on Heavy Duty In-Use Testing Legislation. Advertisement Emission Testing Handbook - 2016 30 IN USE Development Type Approval Production Authority In Use Random Checks Member States Surveillance Technical service Member States Surveillance: EU全加盟国に対してインユース試験の実施を義務づけ るかどうか、 EUでは協議中です。 COP Durability Requirements Manufacturer EOL In-Service Conformity Durability: この要求は、排出ガス規制を満たさなければならない耐 用年数もしくは距離を示しています(例:EUでは 100,000km または5年) 。この要求は、型式認証試験 において実証されなければなりません。 In-Service Conformity or Compliance: 市場で使用されている車両のランダム排出ガス試験であ り、ラボ試験と実走行条件の両方で行われます。 Export, import and dealer I/M Car owner In-Use Emission Control: 型式認証とCOPは、車両の製造過程および工場出荷時点 で、排出ガス規制をクリアしていることを証明します。 エミッションライフサイクルの最終段階は、適切なイン ユース排出ガスを証明することです。 OBD I/M (Inspections and Maintenance): 全車両を対象とした、定期的(例:年1回)に実施される 短時間の簡易的な試験です。 OBD (On Board Diagnosis): エンジンコントロールユニット(ECU)は連続的にエン ジン性能を監視し、エラー信号を表示します。 5. Development and Emission Testing Life Cycle Emission Testing Handbook - 2016 31 OVERVIEW Development Authority Type Approval Requirements Production In Use Random Checks Random Checks Member States Surveillance Technical service COP Durability Requirements Manufacturer EOL In-Service Conformity Export, import and dealer I/M Car owner Requirements OBD EOL = End of Line, COP = Conformity of Production, I/M = Inspection and Maintenance, OBD = On Board Diagnostic 5. Development and Emission Testing Life Cycle Emission Testing Handbook - 2016 32 TEST ENVIRONMENT Test environment used during development, type approval, production and in-use testing 開発や型式承認、量産製造、インユース評価に使用される試験環境 Test Environment Office Simulation MIL, SIL Testlab Hardware in the Loop Battery Testbed E-Motor Testbed Transmission Testbed Engine Testbed Powertrain Testbed EVAPShed Chamber Chassis Dyno Test Track On the Road I/M Tester Light Duty Application Development Type Approval Production In-Use Heavy Duty- and Non-Road Applications Development Type Approval Production In-Use 5. Development and Emission Testing Life Cycle Emission Testing Handbook - 2016 33 AVL PARTICULATE FILTER WEIGHING MANAGEMENT The AVL Filter Weighing Chamber, combined with the AVL Filter Weighing Robot, both controlled by means of AVL ParticleScale is the best and most efficient solution for automated PM weighing with highest accuracy (e.g. LEVIII/ TIER3). Advertisement Emission Testing Handbook - 2016 34 6. EMISSION TESTING METHODS 6. Emission Testing Methods Emission Testing Handbook - 2016 35 EMISSION TESTING METHODS テストベッドの種類と排出ガス試験システムのコンフィグレーションは、エンジンアプリケーションや各国またはグローバルの法規要件、ユーザーグループ、優先 したい内容によって変わります。下の図は様々な排出ガス試験システムとテストベッドコングレーションの概要を示しています。この図はそれらの相違点および類似 点の理解に活用できます。 Engine / Vehicle Application OEM‘s Engineering suppliers Technical services User Groups Testbed Type Tier suppliers Authorities Academia 6. Emission Testing Methods Emission Testing Handbook - 2016 36 TESTBED TYPES Testbed Unit Under Test (UUT) and Load Unit Engine only - Dyno Engine plus transmission - Dyno Unit Under Test (UUT): シャシダイナモテストベッドにおけるUUT(供試 体)は完成車両であるのに対し、エンジンテスト ベッドにおけるUUTは、エンジン単体となります。 実路走行試験においては、運転者、交通状況、天 気、条件などの他要素があるため、UUTは車両だ けではありません。 Engine plus powertrain – Wheel Dynos UUT Tested Load Unit Vehicle – Wheel Dynos Load Unit: ロードユニット(動力計)とコントロールシステ ムは実際のエンジンや車両の走行における負荷 (速度、トルク、ダイナミクス)を模擬します。 これによりダイナモ上のエンジンが、実路上を走 行している状態を模擬することができます。 Vehicle – Chassis Dyno Vehicle - Street 6. Emission Testing Methods Emission Testing Handbook - 2016 37 TESTBED TYPES Testbed Engine only - Dyno エンジンを試験します。 • 定常運転 • トランジェント(過渡)運転 エンジン排出ガス型式認証試験として認められて いるアプリケーション: • オンロードヘビーデューティー車用 エンジン • ノンロードエンジン UUT Tested Load Unit Powertrain (Driveline) - Dyno Engine plus transmission エンジンおよびトランスミッションを試験します。 場合によっては、シャフト、アクスル、ディファ レンシャルギアが含まれることもあります。 Engine plus powertrain これらテストベッドタイプは型式認証試験として 認められていません。 6. Emission Testing Methods Emission Testing Handbook - 2016 38 TESTBED TYPES Testbed Vehicle Wheel Dynos 車両全体を試験します。ダイナモは車輪に接続さ れます。この手法は、パワートレインテストベッ ドやシャシダイナモテストベッドでの性能を模擬 することが可能です。 UUT Tested Load Unit Shaft Connection Light Duty Passenger Car この方法は以下の用途に適しています: • ハイブリッド車両の開発。 • ノンロード車両の開発。シャシダイナモ上で試 験できない高負荷運転を必要とするアプリケー ション(例:ぬかるんだ農地でのトラクター) 。 トラクターにおいては、車両後端部のドライブ シャフト運転時の負荷を、5軸目のダイナモに 接続して模擬することができます。 これらテストベッドは型式認証試験として認めら れていません。 Non-Road Vehicle 6. Emission Testing Methods Heavy-Duty Vehicle Emission Testing Handbook - 2016 39 TESTBED TYPES Testbed Vehicle Chassis Dynos 車両全体がダイナモローラー上に設置されます。 • 2-WD • 4-WD • 2輪車 • バス トラック 走行抵抗(Road-Load)係数は、路上でのコース トダウン試験により測定されます。走行抵抗係数 は車両重量を加速・減速させるための負荷、空気 抵抗、回転抵抗が含まれます。 UUT Tested Load Unit Light Duty Passenger Car Chassis Dyno Motorcycle and 3-Wheeler 6. Emission Testing Methods シャシダイナモは、世界中のライトデューティー の排出ガス型式認証に必須の試験設備です。 • 2- 3 車輪 • 乗用車 • 小型商用車 Truck and Bus Emission Testing Handbook - 2016 40 TESTBED TYPES Testbed Road testing (Real Driving Emission, RDE) 車両を道路上で運転します。 車両にポータブル排出ガス測定システム(PEMS) を搭載し走行中に計測を実施 : • ライトデューティー: CO2, CO, NOx, PN • ヘビーデューティー: CO2, CO, NOx, THC, PM UUT Tested 排出ガス測定方法:直接排出ガスのモーダル計測 Load Unit Light Duty – Passenger car 以下のアプリケーションでは必須: • ライトデューティー: EU • ヘビーデューティー: EU, USA • ノンロード: 協議中 RDE試験はUSのEPAで、インユース車両の評価に 使用される予定です。その場合、CH4の計測が有 益であると考えられます。 EUではヘビーデューティー向けにはPMからPNに 変更が検討されています。 Heavy Duty Vehicle 6. Emission Testing Methods Non-Road Vehicle Emission Testing Handbook - 2016 41 TESTBED SYSTEMS Testbed Blower Sensors Safety and exhaust gas ventilation systems • 安全装置と有害/爆発性ガス検知器は、火気検知センサーと自動消火システムと同様に適切に設置される必要があります。 • テストベッドでエンジンを運転する際は、有害排出ガスの漏れ防止対策を行わなければいけません。テストベッド用の独立した ブロワー、複数のテストベッド用集中排気システム、またはCVS システムを設置する方法があります。 UUT Tested Load Unit Exhaust Flow Blower Test bed systems, devices, sensors, ... テストベッドとエンジンを監視するための数々のセンサーや装置があります。 • • • • • • 回転数、トルク、温度、圧力などのセンサー 燃料消費量、吸入空気量、オイル消費量、尿素消費量などの測定デバイス 吸入空気、燃料、冷却水、圧縮空気などの供給デバイス エンジンのための、吸入空気(温度、湿度、圧力)、ブーストエア、燃料、潤滑油、冷却水のコンディショニング テストベッド内の環境調整(換気・調整)。 例えば、100kW出力のエンジンは、テストベッドで約100kW熱を発生する。 排ガス分析計用校正ガスと操作ガス • 排出ガス由来の有害ガス用安全装置、防火装置など 6. Emission Testing Methods Emission Testing Handbook - 2016 42 TESTBED SYSTEMS Testbed Blower Testbed systems, devices, sensors, ... Sensors Air Conditioning Intake Air Flow Cable Boom with I/O’s Urea Consumption for SCR Systems Indicating Sensors UUT Tested Load Unit Exhaust Flow Fuel Conditioning Back-Pressure Adjustment Fuel Consumption Blower Exhaust Flow Coolant Conditioning Testbed Automation: Boost Air Conditioning Blow-By Lube Oil Conditioning 6. Emission Testing Methods Engine Control Dyno Control Safety Testbed and Engine Monitoring • Control Unit (ECU) Interface • Building Interface • • • • Emission Testing Handbook - 2016 43 MSSPLUS - AVL MICRO SOOT SENSOR The new generation of soot emission measurement standard has arrived. Advertisement Emission Testing Handbook - 2016 44 TESTBED SYSTEMS Testbed Blower Exhaust Transfer Lines: Sensors エンジン排気をCVSシステムに接続する際、排気移送管には最大長さなど、いくつかの制約があります。 エンジン試験(ヘビーデューティー、ノンロード): • 導電性であること • 粒子損失を最小限にする • 可能な限り短く • 最長4m。断熱されていれば追加で+6m UUT Tested Load Unit Exhaust Flow 車両試験(ライトデューティー車両) • 導電性であること • 粒子損失を最小限にする • 可能な限り短く • 断熱されていなければ最長3.6m • 断熱されていれば最長6.1m アルコール燃料車両については、各国の規制による特別 な規定が存在する可能性があります。 Blower 粒子数(PN)測定時、テールパイプと移送管を接続する際 にエラストマー材質の継ぎ手を使用しないことを推奨し ます。 6. Emission Testing Methods Emission Testing Handbook - 2016 45 TESTBED SYSTEMS Testbed Sensors UUT Tested Load Unit Blower Temperature, Pressure and Humidity: Heavy-Duty and Non-Road Engine Testing 吸入空気の条件のみが規定され、テストベッド室内の条件は規定されていません。 • 算出された係数“F”は 0.96 ≤ F ≤ 1.06であること。 • “F”の算出式はエンジン毎に異なります。Ta は温度(K)、Ps は乾燥大気圧( kPa )。そのため、湿度と標高が計算 に影響します。高地などの環境においては、エンジン吸気部の絶対圧力を高くするなどの追加の対策が必要となります。 Exhaust Flow • ディーゼルエンジン、無過給 99 T F a p s 298 0, 7 • ディーゼルエンジン、過給 99 F ps 1, 2 • ガスエンジン 99 F ps 0, 7 T a 298 T a 298 1, 5 Blower 0, 6 Temperature, Pressure and Humidity: Heavy-Duty and Non-Road Off-Cycle Emission 製造メーカーは、オフサイクルエミッション(OCE) 遵守が必須です。 OCEは、エンジンテストベッドでのランダムな定常試験と ポータブル排出ガス測定システム(PEMS)による実運転の試験を含みます。 • 絶対空気圧(下限)は82.5kPaまで。標高1700mに相当します。 • エンジン冷却水温度は70°Cから100°Cの範囲内 • 周囲温度は T ≤ -0.4514 * (101.3 – Pb) + 311 T = 温度(K), Pb = 乾燥絶対大気圧(kPa) 6. Emission Testing Methods Emission Testing Handbook - 2016 46 TESTBED SYSTEMS Testbed Blower Temperature, Pressure and Humidity: Chassis Dyno - Passenger Cars Sensors UUT Tested Load Unit 吸入空気の条件のみが規定されています。 • ソークエリアとテストベッド室(旧規制): • 20°C – 30°C 相対的に安定 • 車両冷却ファン出口で測定 • ソークエリアとテストベッド室(GTR-15 (WLTP)要件) • 23°C 設定温度(296K)に対する制御が必要 • 23°C +/-5°C ソークエリア5分間の移動平均 • 23°C +/-3°C エンジンスタート時 • 23°C +/-5°C エミッション試験中 • 車両冷却ファン出口で測定 • 吸入空気湿度 • 5.5 - 12.2g-H2O/kg-乾燥空気、車両冷却ファン出口で測定 Exhaust Flow Blower Temperature, Pressure and Humidity: Real Driving Emissions (Passenger Cars) • 大気温度 • 0°C – 30°C 通常の試験条件 -7°C – 35°C 拡張試験条件 • 最高標高 • < 700m 通常の試験条件 < 1350m 拡張試験条件 • 湿度 • 湿度は試験時の条件そのまま • NOx計測結果への湿度補正係数は適用しません(シャシダイナモ上では適用します)。 • コールドスタートエミッションも記録されますが、計算結果には含みません。 • 冷却液温度が343K (70 °C) に初めて到達するまで、もしくは最初のエンジンスタートから5分後、いずれか早いほう。 6. Emission Testing Methods Emission Testing Handbook - 2016 47 EMISSION MEASUREMENT METHODS Undiluted Measurement: Undiluted Analytics (Pre-, Mid, Post-Cat) Testbed • 排出ガス: 排出ガス分析計は排出ガス成分CO2, CO, THC, CH4, NOx, O2など、 場合によっては NH3, NO2, N2Oなども含む濃度測定に使用します。 更に、FTIRのような多成分分析計は、R&Dにおける計測や、認証目的のNH3やN2O計測 に使用することができます。 Sensors Smoke CO2 EGR UUT Tested Load Unit Exhaust Flow CO2 EGR Blower Raw Bench Raw FTIR Smoke PEMS • スモーク: 粒子、スモーク、オパシティーは、スモークメーター、オパシメーター、マイクロスー トセンサーなど、様々な装置で計測されます。 排出ガス認証においては Particulate Mass (PM)、 EUではParticle Number (PN) が要求されます。また、オパシメーターも 要求される場合があります。 Blower • RDE (Real Driving Emissions): PEMS (Portable Emission Measurement Systems) は、直接排出ガスを計測します。 PM/PN計測には、小型の分流希釈装置がPEMSへ統合され使用されます。 Exhaust flow determination is mandatory for undiluted measurement: • 未希釈計測から排出ガス重量を算出するためには、エンジンの総排出ガス流量を計測、または決定することが必須です。 • 計算前には、データが同一の時系列に並ぶように、各信号の応答時間の違いに応じて調整しなければなりません。 6. Emission Testing Methods Emission Testing Handbook - 2016 48 EMISSION MEASUREMENT METHODS Testbed Exhaust Flow Rate Determination: Sensors UUT Tested Load Unit 排出ガス試験において 、エンジンの総排出ガス流量(質量流量もしくは体積流量 )測定が必須です。CVSシステムを使用する際 は別ですが、未希釈、もしくは分流希釈による測定においては総排出ガス流量を測定することが必須です。 Exhaust Flow 6. Emission Testing Methods Exhaust Flow determination method Note Direct exhaust flow meter 望ましい手法と考えられるが、限られた技術的 制約条件においてのみ利用可能。 Intake air + fuel consumption エンジンテストベッドでの標準的方法。 Lambda + fuel consumption or Lambda + intake air 吸入空気量もしくは燃料消費量が測定できない 場合に使用可能。 ECU data from OBD-II or CAN-Bus インサービスのRDE試験に使用され、運転前の 確認や校正のために求められる。 CVS flow and dilution air flow rate シャシダイナモテストベッドにて標準的な方法 start/stop付きエンジンおよびハイブリッド車 に推奨。 CO2 tracer method with CVS flow rate and dilution ratio calculated by undiluted and diluted CO2 concentration CVSシャシテストベッドでの標準的な方法 Start/stop付きエンジンおよびハイブリッド車 には非推奨。 Emission Testing Handbook - 2016 49 AVL CVS i60 SII & AVL PSS i60 SII– MOST COMPACT FULL-FLOW DILUTION WITH INNOVATIVE PARTICULATE SAMPLING SYSTEM Optimized for ultra-low emission testing of all modern engine technologies like HEV/PHEV, gas and alternative fuels - fully compliant to e.g. EPA 40 CFR 1065/1066 and GTR-15. Advertisement Emission Testing Handbook - 2016 50 EMISSION MEASUREMENT METHODS Testbed Full Flow Dilution (CVS) Blower Sensors UUT Tested Load Unit Exhaust Flow Mixing Chamber CVS Bags CVS H-Exchg CVS Flow Blower Full Flow Dilution System – CVS (Constant Volume Sampler): CVSは総排出ガス流量を測定する必要が無いため、排出ガス測定がシンプルになります。排出ガスの凝縮水発生を防ぐとともに、排出ガスが大気中に放出される 際の現象を模擬します。 CVSシステムは以下で構成されます: • ブロワー、流量計測、一般的には臨界流ベンチュリ(CFV)を用いた流量制御装置 • 希釈空気混合チャンバーと希釈空気用フィルター • 希釈排出ガスと希釈空気をサンプリングするバッグサンプリング装置 • オプションで、熱交換器 (熱交換器の取付は任意(以前は必須)。現在は、日本のライトデューティー排出ガス規制でのみ必須、日本がGTR-15を採用すると変更される) 6. Emission Testing Methods Emission Testing Handbook - 2016 51 APCPLUS - AVL PARTICLE COUNTER The next generation of AVL particle number instrumentation for automotive research, development and certification. Advertisement Emission Testing Handbook - 2016 52 EMISSION MEASUREMENT METHODS Testbed Full Flow Dilution (CVS) Blower Sensors PN UUT Tested Load Unit Exhaust Flow Mixing Dilution Chamber Tunnel PN PM Counter Sampler CVS Bags CVS H-Exchg CVS Flow Blower Particulate Mass (PM) and Particle Number (PN) measurement: 粒子形成は、エンジン内部または車両の排気系内部で完了するわけではありません。排出ガスが大気中に放出され希釈されても継続して進行します。 従って、計測前に、計測に適切な粒子形成が行われるようにするため、CVSには“希釈トンネル”を搭載しています。 • 粒子サンプラーは、希釈排出ガスの粒子状物質(PM)を捕集するために使用します。 • 粒子カウンタは、希釈排出ガスの粒子数(PN)を測定するため使用します 。 • 以前は、 PMあるいはPN測定はCIエンジン(ディーゼルエンジン)にのみ要求されていました。昨今ほとんどのライトデューティー排出ガス規制は、 SIエン ジン(ガソリンエンジンなど)に対して計測を要求しています。特にガソリン直噴エンジン(GDI)では高い粒子数排出が検出される可能性があります 。 6. Emission Testing Methods Emission Testing Handbook - 2016 53 AVL AMA i60 SII – HIGH-END EXHAUST MEASUREMENT SYSTEM Sophisticated, high-end exhaust measurement system focusing on emission testing for certification, R&D purposes and end-of-line testing covering all combustion engines and fuel types. Advertisement Emission Testing Handbook - 2016 54 EMISSION MEASUREMENT METHODS Testbed Full Flow Dilution (CVS) Blower Sensors UUT Tested Load Unit Exhaust Flow Mixing Dilution Chamber Tunnel CLD FID Tunnel CLD Tunnel FID PN PN PM Counter Sampler CVS Bags CVS H-Exchg CVS Flow Diluted Bench Blower Gaseous Emission Measurement: • 希釈排出ガス用分析計は、CVSバッグにサンプリングされた希釈排出ガスおよび希釈空気を分析します。オプションとして、希釈排出ガスの直接連続分析 (希釈モーダル分析)が可能です。 THC, NOx and NO2 (NO): • CIエンジン(ディーゼルなど)おいては、加熱FIDによって希釈排出ガスの炭化水素濃度を直接・連続的に測定します。ヘビーデューティーエンジンにおいて は、 加熱CLDによって希釈排出ガスのNOx濃度を直接・連続的に測定します。 • NO2測定については、希釈排出ガスから直接測定する必要があります。あるいは、NOx 濃度から NO濃度を引算によって測定する場合は、CVSバッグからNOx を測定する一方、希釈排出ガス中のNOを直接連続的に測定する必要があります。 6. Emission Testing Methods Emission Testing Handbook - 2016 55 AVL SMART SAMPLER The next generation of gravimetric particulate matter measurement with partial flow dilution. Advertisement Emission Testing Handbook - 2016 56 EMISSION MEASUREMENT METHODS Partial Flow Dilution Testbed Blower Sensors PN UUT Tested Load Unit Exhaust Flow BMD PFD-PM PN Counter Diluted Bench Blower Partial Flow Dilution Systems (PFD): 分流希釈システムにおいて、総排出ガス流量から一部少量をサンプリングします。このサンプルを希釈空気で希釈します。2種類の分流希 釈システムがあります: • AVL スマートサンプラーのような分流希釈と粒子測定用粒子サンプルシステムとを装備するシステム • ガスエミッション用のバッグ用小型希釈システム(BMD, Bag Mini Diluter) Exhaust flow determination is mandatory for partial flow diluted measurement (same as for undiluted measurement): 分流希釈システムは、サンプリング流量制御と結果計算で使用するため、排出ガス流量の情報が必要になります。 従って、排出ガス流量情報は: • 早い応答性 • オンライン計測 である必要があります。 6. Emission Testing Methods Emission Testing Handbook - 2016 57 AVL iGEM VEHICLE EMISSION AUTOMATION The most advanced automation system for emissions test automation on chassis dynamometers. Now featuring application solutions for RDE testing, global hybrid testing regulations as well as compliance to EPA 1066 and GTR-15. Advertisement Emission Testing Handbook - 2016 58 EMISSION MEASUREMENT METHODS Undiluted Analytics (Pre-, Mid, Post-Cat) Testbed Special Analytics Blower Sensors Impinger or Photo Acoustic UUT Tested Load Unit Exhaust Flow Raw FTIR Cartridge Sampler Alcohol Aldehyde Blower Sampler Sampler Additional Pollutant Analytics: NH3, Alcohol, Aldehydes アプリケーションによって、あるいは各国によるエミッション基準によっては、追加で必要となるエミッション成分の測定があります: • US規制で求められるアルコール成分には分析用インピンジャーサンプラーを使用します。光音響アナライザーで代用可能です。 • US規制で求められるアルデヒド成分には分析用カートリッジサンプラーを使用します。 これらの測定は、化学ラボ研究員によって手作業でなされることがあります。 • FTIRは多成分ガス分析システムで、 SCR 排出ガス後処理システムにおけるNH3スリップおよびUS の温室効果ガス規制におけるN2O の認証に使用可能です。 GTR-15においては、 FTIRはアルコールとアルデヒド類の代替計測方法として認められています。 6. Emission Testing Methods Emission Testing Handbook - 2016 59 EMISSION MEASUREMENT AUTOMATION Test Facility Management System (example AVL TFMS) HOST System (example AVL Santorin Data base) Office Remote Access Data Post Processing (example AVL Concerto) Emission Application (example AVL iGEM) Testbed Automation Systems (example AVL Puma Open) Emission Measurement Automation オートメーションシステムには試験ワークフロー全体の管理やテストベッド内の種々の装置の調整や制御、全てのデータの記録の役割があります。試験後、データの後 処理計算が行われ、最終結果が計算されます。特に、計算は排出ガス法規に準じて行われなければなりません。 6. Emission Testing Methods Emission Testing Handbook - 2016 60 YOUR CONFIGURATION 必要なテストベッド構成の検討に以下の表をご利用下さい Undiluted Analytics (Pre-, Mid, Post-Cat) Test Bed Partial Flow Dilution Full Flow Dilution (CVS) Special Analytics Blower Sensors Smoke CO2 EGR UUT Tested Load Unit Exhaust Flow CO2 EGR Raw Bench 6. Emission Testing Methods Raw FTIR Smoke PEMS BMD PFD-PM Mixing Dilution Chamber Tunnel CLD FID Tunnel CLD Tunnel FID Impinger or Photo Acoustic PN PN PM Counter Sampler CVS Bags CVS H-Exchg CVS Flow Cartridge Sampler Diluted Alcohol Aldehyde Blower Bench Sampler Sampler Emission Testing Handbook - 2016 61 AVL SESAM i60 FT SII – MULTI COMPONENT EXHAUST MEASUREMENT SYSTEM The FTIR system for synchronous emission measurement of all important exhaust gas components within one system, including NH3 for Euro VI and N2O for EPA 40 CFR part 1065. Advertisement Emission Testing Handbook - 2016 62 7. EMISSION CERTIFICATION METHODS 7. Emission Certification Methods Emission Testing Handbook - 2016 63 EMISSION CERTIFICATION METHODS 型式認証: 製造メーカーは、エンジンや自動車を販売するために、各国の認証機関による型式認証を取得する必要があります。いくつかの満たすべき法規・規制があり ます。これらの規制では試験過程や必要な測定、試験法を明確にしています。 認証: 規制を満たしていることを証明するための試験は“認証試験”と呼ばれます。 EU規制においては、テクニカルサービス機関(TÜVなど)が試験実施を監督およ び試験過程、試験結果の正しさを“認証”します。 認証試験のためのテストベッドコンフィグレーション: 各規制には要求項目、技術要件、認可された測定方法が明示されています。各要件は基本的にエンジンアプリケーションと各地域の法規に基づいています。 7. Emission Certification Methods Emission Testing Handbook - 2016 64 LIGHT DUTY VEHICLES – CERTIFICATION Light Duty Vehicles - Emission Certification Testbed Partial Flow Dilution Undiluted Analytics Special Analytics Full Flow Dilution (CVS) Blower Sensors Smoke Load Unit EU Vehicle Chassis Dyno EU – RDE Vehicle on Road US Vehicle Chassis Dyno Raw Bench Raw FTIR Smoke PEMS BMD PFD PM Alternative Alternative Japan 注記: Exh Flow FID PN Tunnel CLD Tunnel H-FID PN PM Bags Mixing device Dil. Tunnel Heat Exch. Venturi Diluted Alcohol Aldehyde Blower Bench Sampler Sampler Vehicle Chassis Dyno 表中US“Alternative”はCFR-1066とCFR-1065基準に関係する項目。 7. Emission Certification Methods Impinger or Cartridge Photo Sampler Acoustic CLD スモーク計測はエンジン、シャシダイナモテストベッドでのUN-ECE R-24による要件です。 Emission Testing Handbook - 2016 65 AVL CUSTOMER SERVICES – EXPERIENCE THE ADDED VALUE. Our comprehensive service portfolio supports you to maintain and even increase the value of your test equipment while keeping the total costs of ownership down to a minimum. Advertisement Emission Testing Handbook - 2016 66 UP-GRADING TESTBEDS FOR EU TESTING Up-Grade Steps Topic Technical requirements added to test and measurement systems Fuel consumption measurement EU-1とEU-2の燃料消費は、燃料流量メーターで計測します。 EU-3からは、燃料消費は試験中に計測した排出ガスの重量におけるカー ボンバランス法で決定されます。 EU-4 to EU-5a Methane (CH4) measurement NMHC規制値が導入されました。CVSバッグのメタン計測のためCH4 アナライザーが追加されました。 EU-5a to EU-5b Particle number (PN) ディーゼル排出ガスの粒子数(PN)計測が、CIエンジンで必要となりました。 Particulate mass (PM) ガソリン排出ガスのPM重量計測が、GDIエンジンで必要となりました。 EU-5b to EU-6b Particle number (PN) ガソリン排出ガスの粒子数(PN)計測が、GDIエンジンで測定必要となりました。 EU-6b to EU-6d GTR-15 Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure(WLTP) 新試験サイクルWLTCは、Class1, Class2, Class3a, Class3b 車両毎に、車両重量とエンジン出力の比と最高速度によって分類されます。 EU-1 to EU-2 EU-2 to EU-3 EU-3 to EU-4 4フェーズの試験モードのため4つのサンプルバッグが必要です。(PM計測は2つのフィルターが必要です。) 国によっては第4フェーズ(Extra Highフェーズ)を除外しています。 車載バッテリー(12V)の充電状態(SOC)計測。 電力計を用いて車載バッテリーの入出力電力を計測し、CO2と燃費結果を補正します。 テストセルとソークエリアの温度要件が、以前の温度幅 (20℃~30℃)から 23℃+/-5℃、エンジンスタート時は+/-3℃に変更となりま した。 走行抵抗決定における大きな変更は、車両重量の決定方法とCO2排出量に応じた試験車両を車両ファミリーから選ぶことです。 その他に、試験方法や車両のコンディショニングについて様々な変更があります。 RDE Real Driving Emissions 7. Emission Certification Methods ラボ試験に加え、路上における排出ガス試験(CO2, CO, NOx, PN)も必須です。 NOx とPNが規制対象です。既に、EUでは2016から試験結果をモニター・報告することが始まっています。今のところ排出量の制限で はありません。 Emission Testing Handbook - 2016 67 HEAVY DUTY VEHICLES – CERTIFICATION Heavy Duty Vehicle Engine – Emission Certification Testbed Undiluted Analytics Partial Flow Dilution Special Analytics Full Flow Dilution (CVS) Blower Sensors Smoke Load Unit EU Engine Engine Dyno Exh Flow Raw Bench Raw FTIR Smoke PEMS Inservice US Engine Engine Dyno Inservice Engine Engine Dyno Alternative 7. Emission Certification Methods Mixing device Dil. Tunnel FID PN Tunnel CLD Tunnel H-FID PN Impinger or Cartridge Photo Sampler Acoustic PM Bags Heat Exch. Venturi Diluted Alcohol Aldehyde Blower Bench Sampler Sampler Inservice Alternative Japan PFD PM Inservice Alternative BMD CLD Emission Testing Handbook - 2016 68 NON-ROAD ENGINES – CERTIFICATION Non-road Engines – Emission Certification Testbed Undiluted Analytics Partial Flow Dilution Special Analytics Full Flow Dilution (CVS) Blower Sensors Smoke Load Unit Exh Flow Raw Bench EU Engine Engine Dyno US Engine Engine Dyno Japan Engine Engine dyno Raw FTIR Smoke PEMS BMD PFD PM Mixing device Dil. Tunnel CLD FID PN Tunnel CLD Tunnel H-FID PN Impinger or Cartridge Photo Sampler Acoustic PM Bags Heat Exch. Venturi Diluted Alcohol Aldehyde Blower Bench Sampler Sampler 注記:エンジンサイズが幅広いため、一般的にCVSシステムは使用されません。 ガーデン用の手持ち式エンジンなどの小型オフロードエンジン(SORE)の試験に、全流希釈は以下の理由で便利です: • 小型エンジンなどの場合、ガスサンプルプロ-ブを排出ガスシステムに設置することが困難。 • これらのエンジンは2ストロークエンジンであり、このような小型排気量エンジンでは排気移送管を装着するとエンジン性能に影響が出る可能性があるため、代わり背圧に影響を与えづらい オープンファンネルシステムの使用が好ましい。 7. Emission Certification Methods Emission Testing Handbook - 2016 69 2- AND 3-WHEELERS – CERTIFICATION 2- and 3-Wheelers – Emission Certification Testbed Undiluted Analytics Partial Flow Dilution Special Analytics Full Flow Dilution (CVS) Blower Sensors Smoke Chassis Dyno Load Unit Raw Bench Raw FTIR Smoke PEMS BMD PFD PM Mixing device Dil. Tunnel FID PN Tunnel CLD Tunnel H-FID PN Impinger or Cartridge Photo Sampler Acoustic PM Bags Heat Exch. Venturi Diluted ImpingerCartridge Blower Bench EU Vehicle Chassis Dyno US Vehicle Chassis Dyno Alternative Alternative Japan 注記: Exh Flow CLD Vehicle Chassis Dyno 表中US“Alternative”はCFR-1066とCFR-1065基準に関係する項目。 7. Emission Certification Methods Emission Testing Handbook - 2016 70 8. EVAPORATIVE EMISSIONS (EVAP) 8. Evaporative Emissions Emission Testing Handbook - 2016 71 AVL PARTICLE MEASUREMENT • • Complete solutions made even better Compact, intelligent, maintenance-friendly Advertisement Emission Testing Handbook - 2016 72 EVAPORATIVE EMISSIONS テールパイプ排出ガスはエンジン運転中のみ発生します。それに対して、燃料蒸発ガスはエンジンを停止しているときも発生します。ガソリン蒸気は揮発性の炭化水 素 (VOC volatile organic compounds)で、排出量が低減されないと炭化水素排出が増加するにとどまらず、地上付近におけるオゾン生成、2次的な有機エアロゾルの生 成の大きな原因になります。 対策を講じなければ、燃料タンク内燃料温度が上昇した際、ガソリン蒸気がタンク換気システムから大気中に排出されます。また、燃料配管からの浸透による排出や 燃料システム全体からのリークの場合も同様です。 また燃料補給時、新たな燃料がタンク内の燃料蒸発ガスを含む空気を押し出すことによっても排出されます。 Evaporative emissions 走行中でなくても、タンクの燃料が温まることによって燃料蒸発ガスを排出します。 (例:直射日光の下で 駐車、燃料噴射システムから戻ってくる高温の燃料の影響)。完全に閉じられた燃料システム内においては、 蒸発した燃料によりシステム内部圧力が上昇する可能性があります。これは安全面と燃料補給において問題に なり得ます。従って、燃料タンクシステムは空気を逃がすために一部に開放部が存在しています。対策を講じ ない場合は、燃料蒸気が漏れ、環境汚染を引き起こす可能性があります。 It is a gasoline only issue • ガソリン燃料のみ常温で蒸発する可能性があります。 そのため、ガソリン車両だけが燃料蒸発ガス試験対 象です。 • 周囲の温度でガソリンが蒸散する理由は、製造過程にあります。原油が加熱されて炭化水素が蒸発します。 その炭化水素が冷却・凝縮されて液体燃料になります。ガソリンは常温~200℃の間で蒸発する炭化水素か ら成り立っています。例えば、ディーゼル燃料は、200 ~400°Cの間で蒸発する炭化水素で成り立ってい ます。 8. Evaporative Emissions Emission Testing Handbook - 2016 73 PREVENTING EVAPORATIVE EMISSIONS 揮発性炭化水素(VOC volatile organic compounds) は環境汚染を引き起こすため、世界の先進的な排出ガス基準では厳しく規制されています 。環境影響に加えて、 購入された燃料の一部は出力として使用されない点は、燃料とお金の無駄になります。対策を講じない場合、USでは年間約10億ドルに相当する100万トンの揮発炭化水 素が排出されていると推測されています。 Tailpipe Emission Control: テールパイプ排出ガスは、エンジン運転中に発生します。テールパイプ排出ガスを減らすために、最近 のエンジンには触媒コンバーター, LNT, SCR, DPF, GPFなどの排出ガス後処理システムを装備していま す。 Evaporative Emission Control: 燃料蒸発ガスは、車両運転中や停止中にも発生します。 • 燃料蒸発ガスを削減するために、燃料タンク換気ラインにチャコールフィルター(キャニス ター)を設置します。チャコールフィルターは一時的に蒸発した炭化水素類を溜め込みます。 • キャニスターの容量には限度があるため、適宜、周囲の空気でキャニスターをパージすることで 再生させる必要があります。キャニスターを通るパージエアはエンジン吸入空気システム(ス ロットル下流)によって発生した負圧で作られます。それにより: • キャニスターは再生します。 • 蒸発した炭化水素類は周囲に漏れ出すことなく燃焼します、更に • 蒸発した炭化水素類は無駄になることなく車両走行に使用されます。キャニスターは、30 分間のエンジンアイドル運転で 約300gの燃料ガスを回収します。 8. Evaporative Emissions Emission Testing Handbook - 2016 74 EVAPORATIVE EMISSIONS Fuel supply chain Vehicle refueling 燃料補給トラックとガソ リンスタンドタンクとの 間の燃料/空気のバランス。 排出ガス規定に含まれま せん。 EUなどの地域によっては、補給トラック とガソリンスタンドタンクとの間の燃料/ 空気のバランスを保つことは必須になっ ています。 USではそうでないため、 エ バポガス車両試験などの追加試験があり ます。 Test Requirements ORVR Test Fuel Spit-Back オンボード燃料蒸気 リカバリー (ORVR) 試験は、燃料補給時 にタンクから出る燃 料蒸気を計測。 燃料補給時、燃料ノ ズルからの液体燃料 吹き返しを測定。 Driving 運転時、燃料温度は周囲温度、排出ガス システムの熱、燃料インジェクターから の燃料戻りにより上昇します。 Point Source 環境試験チャンバー 内のシャシダイナモ 上において、車両運 転時の蒸散ガスを潜 在的な箇所からポイ ントソース法で計測。 Parking after driving Long term parking 駐車時やエンジン停止後 冷却までの短時間に燃料 蒸気が発生します。 長時間駐車時の燃料蒸気の発生。チャコー ル)キャニスターに連続的に吸着されます が、エンジンが稼動していないため再生は しません。 Running-Loss Hot Soak Diurnal Bleed Emission SHEDチャンバー内 のシャシダイナモ上 で車両運転時の蒸散 ガスを計測。 シャシダイナモ上で車両運 転後にSHED内において、 蒸散ガスを計測。 SHED内で、駐車時 間24h, 48h, 72hに おける蒸散ガスを計 測。 ブリードエミッショ ンを独立したSHED ボックスを用いてサ ンプリング。 Legislation in place 8. Evaporative Emissions Emission Testing Handbook - 2016 75 PASSENGER CAR – EVAP CERTIFICATION EVAP Certification Requirements Conditioning Canister Canister Chassis Purge air Condition durability Dyno Condition -ing with with -ing gas Fuel Fuel station SHED Chambers Hot street Variable Fuel Heating Running ORVR Spit-Back Point surface SHED Vol./Tem Bleed Condition Pads Loss test test source simulatio Chamber p chamber -ing Chamber Devices devices systems n Chamber EU USA Japan China Brazil Korea 8. Evaporative Emissions Sampling Systems H-FID Analysis Permeability test Ethanol others Analytics Emission Testing Handbook - 2016 76 MOTORCYCLES – EVAP CERTIFICATION EVAP Certification Requirements Conditioning Canister Canister Chassis Purge air Condition durability Dyno Condition -ing with with -ing gas Fuel Fuel station SHED Chambers Sampling Systems Hot street Variable Fuel Heating Running ORVR Spit-Back Point surface SHED Vol./Tem Bleed Condition Pads Loss test test source simulatio Chamber p chamber -ing Chamber Devices devices systems n Chamber Analytics H-FID Analysis EU USA Japan China India Thailand 8. Evaporative Emissions Ethanol others Permeability test (2020) Emission Testing Handbook - 2016 77 GLOSSARY AVL Anstalt für Verbrennungsskraftmaschinen B5, B10 Diesel with 5, 10% Bio-Diesel content Battery Electric Vehicle BEV CARB CFR CFV CH4 CI CO CO2 COP CVS CxHy California Air Resource Board Code of Federal Regulations Critical Flow Venturi Methane Compression Ignition Carbon Monoxide Carbon Dioxide Conformity Of Production Constant Volume Sampler Carbon Hydrogen DPF Diesel Particulate Filter EC ECU EOL EPA ETS EU EVAP E-Vehicle Energy Consumption Engine Control Unit End Of Line (Testing) Environmental Protection Agency Emission Testing Systems (AVL company) European Union EVAPorative emission Electric Vehicle FC Fuel Consumption Flame Ionization Detector (Analyzer) Fourier Transform InfraRed (Analyzer) Federal Test Procedure 75 (Drive Cycle) FID FTIR FTP-75 GTR Hydrogen HydroCarbon Hybrid Electric Vehicle Heated Flame Ionization Detector I/M Inspections and Maintenance Input / Output International Maritime Organization International Standardization Organization Light Commercial Vehicle Low Emission Vehicle Lean NOx Trap Liquid Petrol Gas HC HEV H-FID I/O IMO ISO LCV LEV LNT LPG MC MIL E10, E85, Gasoline with 10, 85% Ethanol content GPF H2 Gasoline Particulate Filter Global Technical Regulation 9. Glossary N2O NG NH3 NO2 NOVC NOx O2 OBD OCE OEM OME ORVR OVC PC PEMS PFD Motor Cycle Module In the Loop Dinitrogen Oxide Natural Gas Ammonia Nitrogen Dioxide Not Off Vehicle Charging Nitrogen Oxides Oxygen On Board Diagnosis Off Cycle Emission Original Equipment Manufacturer OxyMethylene Ether (Fuel) Onboard Refueling Vapor Recovery Off Vehicle Charging PHEV PI PM PN PtG PtL PTS Plug-in electric Hybrid Vehicle Positive Ignition (like SI) Particulate Matter Particle Number Power to Gas (fuel) Power to Liquid (fuel) ParticulaTe Sampler R&D Research and Development Reactivity Controlled Compression Ignition engine burning two fuels Real Driving Emissions RCCI RDE SCR SHED SI SIL SORE TA Tier UN-ECE US UUT WLTC WLTP Selective Catalytic Reaction Sealed Housing for Evaporative emission Determination Spark Ignition (like PI) Software In the Loop Small Off-Road Engine Type Approval Step (used in legislation) United Nation - Economic Commission for Europe United State (of America) Unit Under Test Worldwide Light-duty Test Cycle Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures Passenger Car Portable Emission Measurement System Partial Flow Dilution Emission Testing Handbook - 2016 78
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