DE4005803C2 - Verfahren und Anordnung zur Erfassung und Bewertung von Abgasemissionen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung und Bewertung der Emissionen eines Abgasemittenten, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Stand der Technik

Es sind unterschiedliche Arten der Abgabenerhebung (Besteuerung) bei Kraftfahrzeugen bekannt. Die Grundelemente in der Bundesrepublik Deutschland sind die Mineralölsteuer, durch die der Treibstoff belastet wird (einschließlich Umsatzsteuer), sowie im Pkw-Bereich die Kraftfahrzeug-Be­ steuerung nach der Hubraumgröße des Motors. Eine Besteuerung des Gewichtes eines Kraftfahrzeuges ist ebenfalls eine gängige Maßnahme. Im Regelfall erfolgt die Besteuerung heute in Anlehnung an die technische Beschreibung der Fahrzeug­ zulassung. Verschleiß- und wartungsbedingte negative Abweichungen bleiben über längere Zeiträume unberück­ sichtigt.

Die Besteuerung von anderen Abgas-Emittenten (z. B. Hausbrand, Kraftwerke, Industrieanlagen) erfolgt im wesentlichen durch eine geringe Mineralölsteuer oder vergleichbare Maßnahmen, die jedoch genau, wie beim Kraftfahrzeug, die eingesetzte Primärenergie, nicht jedoch die tatsächlich verursachte Abgas-Emission, als Bezugsmaßstab ansetzen.

Durch Zivilisationseinflüsse bedingte Änderungen der Atmosphäre machen es notwendig, auf die Betriebsgewohnheiten und technische Entwicklung zur Minderung der Belastung der Umwelt durch Abgase (insbesondere Verkehrsabgase) Einfluß zu nehmen.

Ein erster Ansatz in dieser Richtung war die zeitlich beschränkte Freistellung von Kat-Fahrzeugen von der Kraftfahrzeug-Steuer, sowie deren anschließende Besteuerung zu ermäßigten Sätzen.

Sowohl langjährige Erfahrungen aus den USA als auch Kurzzeitbeobachtungen in Europa zeigen, daß der gewünschte Effekt nur bedingt erreicht wird (defekte Katalysatoren, veränderte Betriebseinstellungen nach Zulassung bzw. zwischen vorgeschriebenen Untersuchungen).

Alle bisherigen Maßnahmen können den tatsächlichen Schad­ stoffausstoß nur bedingt begrenzen, da sie wegen Fehlens der Bezugsgröße keinerlei Anreize für eine schadstoffarme Fahrweise bieten.

Bei allen bisherigen Steuersystemen fehlt eine Bewertung des Nutzungsgrades und der Nutzungsart des Fahrzeugs, so daß z. B. die nicht vertretbare Nutzung eines Mehrpersonentrans­ portsystems (PKW, Kombi, Kleinbusse, etc.) durch Einzel­ personen in Bezug auf gefahrene Personen- bzw. Tonnen­ kilometer in keiner Weise volkswirtschaftlich relevant wird.

Aus der DE 38 00 219 A1 ist ein Verfahren und eine Meßvor­ richtung zur Volumenbestimmung von Abgasströmen, insbesondere von Autoabgasströmen, bekannt, bei dem eine Meßapparatur mit einem Einlaß zum Einleiten des zu unter­ suchenden und einem Auslaß zum Ausleiten des untersuchten Abgases verwendet wird. Es wird der Durchfluß und die Temperatur des strömenden Abgases erfaßt und diese Daten werden einem Auswertegerät und einem Auswerterechner zugeführt. Das Abgas wird außerdem in einem Analysegerät auf Schadstoffkonzentrationen untersucht. Die aus der Schadstoffkonzentration ermittelten Daten werden ebenfalls dem Auswerterechner eingegeben. Der Auswerterechner ermittelt anhand dieser Daten die jeweiligen Schadstoff­ emissionen. Eine weitere Bewertung der Schadstoffemissionen und Weiterverwendung dieser Werte erfolgt nicht. Auch ist kein Hinweis auf die Verwendung der ermittelten Schadstoff­ werte für eine diesen Werten entsprechende Abgabe, beispielsweise in Form von abzuführenden Steuern, enthalten.

Aus der DE 35 23 497 A1 ist bereits ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens bekannt, bei dem in dem Schadstoffstrom ein Element angeordnet ist, das mindestens einen in Abhängigkeit von der einwirkenden Schad­ stoffmenge bleibend veränderlichen Kennwert aufweist. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne wird das Element entnommen und die Kennwertänderung mittels einer Auswerte­ einrichtung erfaßt, die daraus ein Maß für die bis zum Meß­ zeitpunkt ausgestoßene Schadstoffmenge errechnet, wobei dieses Maß unmittelbar ein Geldbetrag für eine schadstoff­ ausstoßabhängige Umweltsteuer sein kann.

Dieses bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß einzig und allein die über einen festgelegten Zeitraum abgegebene Schadstoffmenge als Kriterium für die Berechnung der zu zahlenden Gebühren dient. Das ist zwar sehr einfach, aber nicht zufriedenstellend, weil es außer der Schadstoffmenge auch andere Kriterien gibt, die bei der Gebührenberechnung berücksichtigt werden sollten.

Aufgabe der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, bei denen für die Berechnung der zu zahlenden Gebühren neben dem Schadstoffausstoß mehrere andere Kriterien zugrundegelegt werden, die eine gerechtere Gebührenverteilung ermöglichen und insbesondere bei Kraftfahrzeugen einen Anreiz für eine schadstoffarme Fahr- bzw. Betriebsweise geben sollen.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich der Anordnung durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruches 10 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen angegeben.

Beschreibung der Erfindung

Beschrieben wird ein Verfahren zur umwelt- und gerätebezogenen Schadgas­ bewertung in Verbindung mit einem Abrechnungssystem, das es interessant macht, Betriebs- vorzugsweise Verkehrsgewohnheiten und Geräte- vorzugsweise Fahrzeugentwicklungen so zu beeinflussen, daß eine ständige Ausstoßverringerung wirtschaftlich interessant wird.

Die vom Verursacher (im Regelfall Kfz) erzeugte Abgasmenge wird gemessen und einem Analysator zugeführt. Ein Diskriminator prüft, ob Abweichungen zu vorgegebenen Daten vorliegen. Eine steuernde Eingabeeinheit wird, auf die Umweltparameter abgestimmt, verkehrsrelevant eingestellt und beeinflußt den Verarbeitungsmodus einer Auswerteeinheit gemeinsam mit dem Diskriminator. Die zu berücksichtigenden Bezugsgrößen sind nicht Bestandteil des Verfahrens und unterliegen umweltpolitischen Notwendigkeiten. Der Nutzungsgrad des Fahrzeuges wird durch automatische oder einzustellende Daten berücksichtigt. Die tatsächlichen, abgaberelevanten Werte werden innerhalb und außerhalb des Fahrzeuges angezeigt, und werden somit überprüfbar. Gleichzeitg erfolgt eine gewichtete Abbuchung von einem gespeicherten Abgabeguthaben. Die endgültige Durchführung wird in Abhängigkeit von den zu schaffenden politischen Rahmenbedingungen festzulegen sein.

In der nachfolgenden Beschreibung ist eine Anordnung zum vorgeschlagenen Verfahren beispielhaft erläutert und in den Figuren der Zeichnung skizziert. Es zeigen:

Fig. 1: Ein Blockschemabild des nachfolgend beschriebenen Anordnungs­ beispieles

Fig. 2: Ein Blockschemabild zur Erläuterung des Abrechnungsvorganges

Die Auswerteeinheit (101), vorzugsweise ein Mikroprozessor mit Peripherie und Speicher, zieht sämtliche zu Analyse und Bewertung der Abgasemissionen notwendigen Daten (111 bis 119) ein, verarbeitet und bewertet diese, steuert die Anzeigeeinheiten (131, 132) an und führt einen Dialog mit der Abrechnungseinheit (121) zum Zwecke der automatischen Abbuchung von zu erbringenden Abgaben.

Die Abgasmenge (111) wird beispielsweise sensorisch bestimmt mittels eines differentiellen Hitzdrahtanemometers, einer Zählturbine oder eines anderen physikalischen Prinzips zur Mengenbestimmung. Das Mengensignal wird beispielsweise über einen Proportionalzähler in der Auswerteeinheit (101) in Zählimpulse umgesetzt.

Die Analytik der Abgaszusammensetzung (112) erfolgt vorzugsweise durch den Einsatz eines optischen Absorptionsspektrometers unter Verwendung von auf die interessierenden Absorptionsbanden abgestimmten Laser-, Empfängerdioden- Anordnungen oder durch Zählrohre etc.. Ersatzweise sind massenspektroskopische Sensoren, Gasadsorptionszähler oder andere Analysemethoden einsetzbar. Eine Abweichung von der für die Umwelt am wenigsten belastenden Abgaszusammensetzung wirkt multiplikativ oder exponentiell auf die Zählimpulsrate.

Die Bewertung von Abgasmenge (111) und Abgaszusammensetzung (112) wird auf der Anzeige (131) öffentlich sichtbar gemacht.

Die Sensorik für Abgasmenge (111) und Abgaszusammensetzung (112) wird vorzugsweise in einem Flansch zusammengefaßt, der hinter dem Auspuffkrümmer montiert für Neufahrzeuge wie zur Nachrüstung bei Altfahrzeugen geeignet ist, und im Bereich hoher Abgastemperaturen zu einem Hochtemperatur Reinigungeffekt führt.

Die Belastung der Umwelt, als Belastungszone (113) klassifiziert wird beispielsweise durch mitgeführte Sensorik bezüglich relevanter Parameter (NOx, CO, CO2, HC, SO2) kontinuierlich gemessen, entsprechend am Fahrbahnrand aufgestellter Tafeln vom Fahrer eingestellt, oder über eine Telemetrieverbindung von außen jedem Fahrzeug vorgegeben. Eine Erhöhung der Umweltbelastung wirkt multiplikativ oder exponentiell auf die Zählimpulsrate in der Auswerteeinheit (101).

Die Klassifizierung der Belastungszone (113) wird auf der Anzeige (131) öffentlich sichtbar gemacht.

Nutzungsart und Nutzungsgrad des Fahrzeuges, als Beladungszustand (114) klassifiziert, ist über Wahlschalter vom Fahrer einzustellen oder wird mittels Sensoren (z. B. Lastsensor, Sitzkontakt) gemessen. Die Bewertung der in Bezug auf die ausgestoßene Abgasmenge (111) und Abgaszusammensetzung (112) erbrachten Personen- bzw. Tonnenkilometer wirkt multiplikativ oder exponentiell auf die Zählimpulsrate, derart, daß eine schlechte Ausnutzung mit höheren Abgaben belegt wird. Sie wird auf der Anzeige (131) öffentlich sichtbar gemacht.

Ein Notfalleinsatz wie beispielsweise Feuerwehr, Notarzt, o. ä. kann als berechtigter Sonderbetrieb (115) vom Fahrer über Wahlschalter eingestellt werden, führt zu einer Minderung der Zählimpulsrate und wird angezeigt (131).

Des weiteren werden in der Auswerteeinheit (101) die in einem Speicher (beispielsweise ROM) fest abgelegten typischen Kennfelddaten des jeweiligen Fahrzeuges (insbesondere bezüglich der Abgasdaten bei unterschiedlichen Betriebszuständen) verglichen mit den bei dem tatsächlichen Betriebszustand (119) (ermittelt beispielsweise durch Sensoren für Drosselklappenstellung, Drehzahl, Einspritzdaten, Temperaturen, Luftdruck) tatsächlich emittierten Abgaswerten. Dabei führt die Bewertung bei geringfügiger aber deutlicher Abweichung zur Erhöhung der Zählimpulsrate. Gravierende Abweichung wird als vorliegender Defekt erkannt, dieser zur Anzeige (131) gebracht sowie die Zählrate stark erhöht. Bei besonders umweltschädigendem Defekt ist die definierte Stillegung des Fahrzeuges durch die Anordnung bei Wahrung der verkehrstechnischen Notwendigkeiten möglich.

Die in der Auswerteeiheit (101) anhand der vorliegenden Eingaben ermittelten Zählimpulse werden in der amtlich zugelassenen Abrechnungseinheit (121) beispielweise einem rückwärts zählenden Speicher definierter Kapazität zugeführt, dessen Inhalt mit jedem Zählimpuls vermindert wird. Geladen wird dieser Speicher vorzugweise durch einen mobilen Zahlungsträger (122) wie Magnetkarte oder Chipkarte, der seinerseits zuvor in einer amtlichen oder konzessionierten Einzahlungsstelle (123), wie Tankstelle, Finanzamt, Autowerkstatt, Supermarkt, Bank, durch Einzahlung eines Geldbetrages als Vorausabgabe in der Art eines Kontos aufgefüllt wurde. Die Zahlung dieser Vorausabgabe, vergleichbar mit einem Steuerblock, und die Übertragung des aufgefüllten Kontos in die Abrechnungseinheit (121) gilt als Voraussetzung für die Betriebserlaubnis des Fahrzeuges und berechtigt zur Emission einer bestimmten Menge Abgases mit einer bestimmten Zusammensetzung. Der Stand des Speichers bzw. des Kontos oder ein gegebenenfalls eingetretener Überzug wird auf der Anzeige (131) dargestellt.

Die Anzeige (131) wird vorzugsweise in Form von Farbfeldern (Leuchtfeldern) und/oder Symbolfeldern gut sichtbar im Bereich des oder in Verbindung mit dem Kfz-Kennzeichen ausgeführt. Diese öffentlich sichtbare Anzeige (131) ermöglicht jederzeit eine problemlose Kontrolle aller für die Abgasemissionen und deren Abgabenbelastung wichtigen Informationen und der aus dem Kontostand abzuleitenden Betriebserlaubnis. Lage- und Farbkodierung ermöglichen ein schnelles Erkennen der Information und bei Fehleinstellungen, Zuwiderhandlungen oder überzogenem Konto eine einfache Photodokumentation. Eine Anzeige in Klartext oder digital ist ebenfalls möglich.

Zur Kontrolle (132) durch den Fahrer eignet sich eine Innenanzeige als kombiniertes Anzeigedisplay, das die Außenanzeige (131) wiedergibt sowie zusätzliche ergänzende Informationen über Zustand und Betrieb der Anordnung.

Claims (22)

1. Verfahren zur Erfassung und Bewertung der Emissionen eines Abgasemittenten, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem die Abgasmenge (111) erfaßt sowie die Abgaszusammen­ setzung (112) analysiert und die Ergebnisse einer Auswerte­ einheit (101) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils herrschende Schadstoffbelastung der Umwelt als Belastungszone (113) klassifiziert wird, daß in der Auswerteeinheit (101) eine Bewertung des Schadstoffausstoßes anhand dieser Klassifizierung vorgenommen wird, daß die Bewertung zur Berechnung der Erhebung einer staatlichen Abgabe verwertet wird, und daß die Klassifizierung und/oder das Ergebnis der Bewertung sowie die Klassifizierung der Belastungszone (113) auf einer Anzeige (131) öffentlich sichtbar dargestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig und automatisch auf der Grundlage des Bewertungsergebnisses in einer Abrechnungseinheit (121) der Betrag einer zu zahlenden Abgabe berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag der zu zahlenden Abgabe in der Abrechnungseinheit (121) von einem auf einem Zahlungsträger (122) geführten Konto von einem als Vorausabgabe vorher eingezahlten Betrag automatisch abgebucht wird und daß der Stand des Kontos oder ein etwaiges Defizit auf der Anzeige (131) dargestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine eingezahlte Vorausabgabe zur Emission einer dem Betrag dieser Vorausabgabe zugeordneten Abgasmenge und standardisierten Abgaszusammensetzung in unbelasteter Umwelt bei maximalem Nutzungsgrad berechtigt und daß bei belasteter Umwelt und geringerem Nutzungsgrad die Bewertung zu einer Reduzierung der tatsächlich zulässigen Abgasmenge und damit zu einer Erhöhung der zu zahlenden Abgabe führt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zustandssignal über einen vorliegenden und genehmigten Sonderbetrieb (115) abgabemindernd in die Bewertung einbezogen und diese zusammen mit der Berechtigung zum Sonderbetrieb auf der Anzeige (131) dargestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasemittent ein Kraftfahrzeug ist, bei dem der Beladungszustand (114) und/oder die Passagier­ zahl als Meßgröße für den Nutzungsgrad des Kraftfahrzeuges klassifiziert und zusätzlich der Bewertung in der Auswerte­ einheit (101) zugrundegelegt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß gespeicherte bauartbedingte Fahrzeugparameter (118) betreffende typische Daten mit den aktuellen Abgasdaten (111, 112) unter Berücksichtigung des tatsächlichen Betriebszustandes (119) verglichen werden, daß in der Aus­ werteeinheit (101) eine zusätzliche Bewertung bezüglich des Vorliegens eines Defektes vorgenommen und in die Bewertung des Schadstoffausstoßes einbezogen wird und daß ein etwaiger Defekt auf der Anzeige (131) dargestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertung anhand der Klassifizierung der Belastungszone (113) und/oder des Beladungszustandes (114) und/oder der zusätzlichen Bewertung bezüglich eines Defektes und/oder das Vorliegen eines Sonderbetriebes (115) multiplikativ oder exponentiell berücksichtigt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Anzeige (131) dargestellten Informationen dem Fahrer sichtbar zur Kontrolle (132) angezeigt werden.

10. Anordnung zur Erfassung und Bewertung der Emission eines Abgasemittenten, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Sensor zur Erfassung der Abgasmenge (111), einem Sensor zur Analyse der Abgaszusammensetzung (112) und einem Sensor zur Erfassung und Klassifizierung der Schadstoffbe­ lastung der Umwelt als Belastungszone (113), sowie mit einer Auswerteeinheit (101), die mit Hilfe der von den Sensoren ermittelten Werte (111, 112, 113) und weiterer Bewertungs­ größen (114, 115, 118, 119) eine Bewertung des Schadstoff­ ausstoßes vornimmt, wobei die Klassifizierung und/oder das Ergebnis der Bewertung und die Klassifizierung der Belastungszone (113) auf einer Anzeige (131) öffentlich sichtbar dargestellt werden und die Ergebnisse der Auswerteeinheit (101) einer Abrechnungseinheit (121) zur Berechnung einer Abgabe zugeführt werden.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zur Erfassung der Abgasmenge (111) ein Hitz­ drahtanemometer oder eine Zählturbine ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, daß der die Abgasmenge (111) erfassende Sensor im Abgaskanal an einem Ort mit so hoher Temperatur eingebaut ist, daß ein Hochtemperatur-Reinigungs­ effekt eintritt.

13. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zur Analyse der Abgaszusammensetzung (112) als optisches Absorptionsspektrometer oder als Zählrohr oder als massenspektrometrischer Adsorptionszähler und/oder als Lambdasonde ausgebildet sein kann.

14. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zur stufenweisen Klassifizierung der Belastungszone (113) mit einem Schwellenwertschalter für die Konzentration eines oder mehrerer Schadgase ausgerüstet ist.

15. Anordnung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die Klassifizierung der Belastungszone (113) anzeigende Hinweis­ tafeln und durch einen Wahlschalter, an dem die angezeigte Belastungszone (113) zur Übertragung an die Auswerteeinheit (101) einstellbar ist.

16. Anordnung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Telemetrieverbindung, die die Klassifizierung der Belastungszone (113) und deren Änderungen automatisch an die Auswerteeinheit (101) überträgt.

17. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteeinheit (110) als weitere Bewertungsgröße die Klassifizierung des Beladungszustandes (114) des Kraft­ fahrzeuges über einen Wahlschalter zugeführt wird.

18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Beladungszustand (114) mit einem Sensor ermittelt wird, der mit einem Schwellenwertschalter für das Fahrzeuggewicht und/oder mit Sitzkontakten zur Ermittlung des Belegungszustandes der Sitze ausgerüstet ist und der den Beladungszustand (114) automatisch klassifiziert.

19. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteeinheit (101) als weitere Bewertungsgröße der Zustand eines Sonderbetriebs (115) über einen Wahlschalter zuführbar ist.

20. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige (131) Farbfelder und/oder Symbolfelder aufweist, die gut sichtbar im Bereich des Kraftfahrzeug- Kennzeichens oder in Kombination mit diesem angebracht sind.

21. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (101) einen Speicher aufweist, in dem bauartbedingte Fahrzeugparameter (118) betreffende Daten als Kennfelder in Abhängigkeit vom Betriebszustand gespeichert sind, daß die Auswerteeinheit (101) einen Prozessor aufweist, der den tatsächlichen Betriebszustand (119) aufgrund von Sensordaten der Drosselklappenstellung, der Motordrehzahl, der Einspritzmenge und des Einspritz­ zeitpunkts, der Temperaturen des Motors, der Ansaugluft und des Abgases sowie des Luftdrucks ermittelt und die aktuellen Abgasdaten (111, 112) mit denen des gespeicherten Kennfeldes für den ermittelten Betriebszustand (119) vergleicht, und daß die Auswerteeinheit (101) bei einer Abweichung einen Defekt erkennt und diesen in die Bewertung des Schadstoffausstoßes einbezieht und an die Anzeige (131) und an die Kontrolle (132) zur Darstellung weitergibt.

22. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrechnungseinheit (121) mit Hilfe eines aus einer Magnet- oder Chipkarte bestehenden Zahlungsträgers (122) an einer Einzahlungsstelle (123) von einem Konto aus entsprechend einem eingezahlten Betrag auffüllbar ist.