RASTU Uusimpien raskaiden ajoneuvojen todellinen suorituskyky. Liikenteen ympäristöhaasteet seminaari Kimmo Erkkilä

Transkriptio

1 RASTU Uusimpien raskaiden ajoneuvojen todellinen suorituskyky Liikenteen ympäristöhaasteet seminaari Kimmo Erkkilä

2 SISÄLTÖ Pakokaasumääräysten lainsäädäntö Raskaiden ajoneuvojen päästöjen vähennystekniikat Kaupunkibussien päästötutkimus VTT:llä RakeBus Rastu Mittausmenetelmät Mitatut autot Tulokset Kuorma-autot Yhteenveto 2

3 EU lainsäädäntö 3

4 RASKAIDEN AJONEUVOMOOTTORIEN PÄÄSTÖRAJAT Päästö-taso Alkaen Testisykli CO (g/kwh) THC (g/kwh) NMHC (g/kwh) NO x (g/kwh) PM (g/kwh) EURO R * EURO R * EURO R * EURO ESC+ELR ETC EURO ESC+ELR ETC EURO ESC+ELR ETC EEV ESC+ELR ETC * Savutuksen määritys eroavalla mittaustavalla (72/306/EEC / ECER24) Lisätietoa pakokaasusäännöksistä: Dieselmoottoreille typen oksidit (NOx) ja partikkelit (PM) haastavimpia Smoke (m -1 )

5 PÄÄSTÖRAJOITUSTEN KEHITYS NOx and PM emission limits for heavy-duty engines ETC and ESC 10 8 Euro 1 Euro 2 6 Euro 1 (ESC) g/kwh 4 Euro 4 Euro 3 ESC ETC Euro 2 (ESC) Euro 3 (ESC) Euro 4 Euro 5 Euro 3 EEV Euro 6 (proposal) 2 EEV 0 Euro Euro 6 (proposal) Euro emission level 5

6 PÄÄSTÖMÄÄRÄYSTEN TÄYTTÄMINEN Euro 4 -määräykset astuivat voimaan kaikille uusina myydyille kuorma- ja linja-autoille Uudet päästömääräykset pakottavat moottorinvalmistajat käyttämään joko tehokasta pakokaasujen takaisinkierrätystä (EGR) tai ureakatalysaattoria (SCR) Lisäksi joissain tapauksissa (esim. EEV autoissa) käytetään myös partikkelisuodattimia /katalysaattoreita (DPF, CRT, POC, PDPF..) Maakaasuautoissa käytetään kevyen kaluston bensamoottorien tapaan katalysaattoreita (kolmitoimi tai hapettava) 6

7 PÄÄSTÖMÄÄRÄYSTEN TÄYTTÄMINEN Valmistajien tekniikkavalinnat Euro 4 päästötasoon mentäessä SCR (Selective Catalytic Reduction) Volvo Mercedes-Benz Iveco muut.. EGR (Exhaust Gas Recirculation) Scania MAN (+ PM-KAT) 7

8 SCANIAN EURO4 -TEKNIIKKA Jäähdytetty EGR Korkeapaineinen polttoaineen ruiskutus SCANIA HPI >> XPI (2006) Turbocompound (joissain malleissa) 8

9

10 PARTIKKELISUODATTIMET JA -KATALYSAATTORIT Keraaminen partikkelisuodatin (wall flow filter) MAN PM-Kat partikkelikatalysaattori 10

11 KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖJEN EVALUOINTI RAKEBUS -TOIMINTA Projektin päätilaajat YTV ja HKL Tehtäviä mm.: Selvittää kaupunkibussien todelliset päästöt (ajomatkan suhteen) Tekniikoiden vertailu Euro päästötasojen vertailu Polttoaineen vaikutus (diesel, maakaasu) Päästöjen pysyvyys (seuranta-autot) Toiminta aloitettiin raskaan kaluston alustadynamometrin valmistuttua vuonna 2002 (Erillinen RakeBus-projekti) Vuonna 2005 RAKEBUS-projekti sulautettiin uuteen RASTUhankkeeseen Tähän mennessä mitattu noin 90 bussia (ml. seurantamittaukset), sisältäen Euro 1 EEV -autoja 11

12 MITTAUSMENETETELMÄT - ALUSTADYNAMOMETRI Kokonaisien ajoneuvojen mittaamista varten VTT:llä on käytössään raskaiden ajoneuvojen alustadynamometri Alustadynamometrilla voidaan jäljitellä ajoneuvon todellista ajoa liikenteessä ottaen huomioon ajoneuvon ajovastukset ja käyttötarkoitusta vastaava ajoprofiili Mittauksissa tulee näin ollen huomioitua mm.: ilmanvastus ja rullausvastus (ajovastukset) ajoneuvon massa moottorin todellinen kuormitusprofiili vaihteiston ja akseliston vaikutukset apulaitteiden toiminta jne. 12

13 MITTAUSMENETETELMÄT - ALUSTADYNAMOMETRI VTT on mitannut jo yli 100 bussia ja n. 70 kuorma-autoa! Mittaustarkkuus: polttoaineen kulutus +1 % pakokaasupäästöt +15 % 13

14 MITTAUSMENETELMÄT - AJOSYKLIT Braunschweig kaupunkibussisykli ajoaika 1740 s ajomatka km keskinopeus 22.5 km/h maksiminopeus 58.2 km/h tyhjäkäynnin osuus 25 % 70 Braunschweig Bus Cycle Speed (km/h) Time (s) 14

15 KAUPUNKIBUSSIN MOOTTORIN KUORMITUS VS. TYYPITYSSYKLI -ESIMERKKI 1000 Braunschweig ETC 800 Torque Nm Engine Speed rpm 15

16 KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA Mitatut kaupunkibussit (sis. seurantamittaukset) Diesel-autot: Euro 1 2 kpl Euro 2 26 kpl Euro 3 28 kpl Euro 4 8 kpl Euro 5 2 kpl EEV 1 kpl Yht. 67 kpl Maakaasuautot: Euro 2 CNG autot 2 kpl Euro 3 CNG autot 7 kpl EEV CNG autot 12 kpl Yht. 21kpl 16

17 KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle Euro 2 (ESC) Diesel Euro 1 Diesel Euro 2 Diesel Euro 3 Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 Diesel + CRT Euro 2 & 3 Diesel CRT EEV CNG Euro2 CNG Euro3 CNG EEV Euro limits (by factor 1.8) Euro 3 calibration NOx g/km 10 5 Euro 4 Euro 5 Euro 3 ESC ETC 0 EEV Euro 1 (ESC) PM g/km Kattava päästötietokanta antaa refererenssin uusille tuloksille 17

18 KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle Euro 1 Euro 2 Diesel Euro 2 average Diesel Euro 3 average Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 Diesel CRT EEV CNG Euro3 average CNG EEV Euro 3 calibration Euro limits (by factor 1.8) 9 NOx g/km 6 Euro 4 Euro 3 ESC ETC 3 0 EEV Euro PM g/km Kuvassa esitetty uusimmat autot yksilöinä ja vanhempi kalusto keskiarvoina 18

19 KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle Euro 1 Euro 2 Diesel Euro 2 average Diesel Euro 3 average Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 Diesel CRT EEV CNG Euro3 average CNG EEV Euro 3 calibration Euro limits (by factor 1.8) 9 NOx g/km 6 Euro 4 Euro 3 ESC ETC 3 0 EEV Euro PM g/km Suurin osa mitatuista Euro 4 busseista (5/8) vastannut todellisilta päästöiltään Euro 3 -tasoa 19

20 KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle Euro 1 Euro 2 Diesel Euro 2 average Diesel Euro 3 average Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 Diesel CRT EEV CNG Euro3 average CNG EEV Euro 3 calibration Euro limits (by factor 1.8) 9 NOx g/km 6 Euro 4 Euro 3 ESC ETC 3 0 EEV Euro PM g/km Yksi Euro 4 SCR bussi paljastaa dieseltekniikan potentiaalin myös todellisessa ajosyklissä 20

21 KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle Euro 1 Euro 2 Diesel Euro 2 average Diesel Euro 3 average Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 Diesel CRT EEV CNG Euro3 average CNG EEV Euro 3 calibration Euro limits (by factor 1.8) 9 NOx g/km 6 Euro 4 Euro 3 ESC ETC 3 0 EEV Euro PM g/km Ensimmäinen tähän mennessä mittattu EEV-dieselbussi (varustettu SCR:llä + CRT:llä) ylsi laihaseosmaakaasuautojen tasolle 21

22 KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle Euro 2 (ESC) Diesel Euro 1 Diesel Euro 2 Diesel Euro 3 Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 Diesel + CRT Euro 2 & 3 Diesel CRT EEV CNG Euro2 CNG Euro3 CNG EEV Euro limits (by factor 1.8) Euro 3 calibration NOx g/km 10 5 Euro 4 Euro 5 Euro 3 ESC ETC EEV PM g/km Euro 1 (ESC) Maakaasuautoilla aina erittäin matalat partikkelipäästöt, typen oksidit tekniikasta riippuen. 22

23 KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT NO x vs. CO 2 NOx and CO2 emissions over the Braunschweig city bus -cycle 20 CNG Euro3 NOx g/km Light weight buses 1100 g/km Target for 2-axle city buses with load of 3000 kg CNG EEV Diesel Euro 3 Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 Diesel EEV + CRT Light weight buses 3-axle CO2 g/km (for diesels by fuel consumption) Maakaasuautojen CO2 määritelty pakokaasuista => epävarmuus 15%. Dieselien tulokset tarkempia (epäv. 1%) 23

24 SÄÄNTELEMÄTTÖMÄT PÄÄSTÖT HIUKKASTEN KOKOJAKAUMAT JA LUKUMÄÄRÄT Braunschweig, 1/2-kuorma 7.0E E+14 EEV CNG 3-toimikat. EEV diesel SCRT Euro 4 diesel EGR 5.0E+14 dn/dlogdp (#/km) 4.0E E E E E Da (µm) 24

25 SÄÄNTELEMÄTTÖMÄT PÄÄSTÖT POLYAROMAATTISET HIILIVEDYT sum PAH [µg/km] PAH emission from Braunschweig test to 3 ringed PAH > 4 ringed PAH EPA/IARC priority PAHs Euro 3 Diesel Euro 3 Diesel + OC Euro 3 Diesel + CRT EEV LB CNG + OC Euro 3 LB CNG + OC EEV LM CNG TW/OC EEV SM CNG Euro 5 Diesel + SCR 25

26 SÄÄNTELEMÄTTÖMÄT PÄÄSTÖT ALDEHYDIT Aldehydes, BSC FA AA mg/km Di Euro III Di Euro III OC CNG EEV TW /OC Di Euro V SCR 26

27 KEHITTYNEIMPIEN DIESEL- JA MAAKAASUAUTOJEN PÄÄSTÖJEN YHTEENVETOKUVA Relative emissions, worst result = 100% Brauschweig cycle PAH car. EEV SCRT Diesel EEV LM CNG +TW/OC NMHC 100 % FA Euro 3 Diesel 50 % PM# Ames 0 % PM NO2 CO2 NOx 27

28 TEKNIIKOIDEN TOIMINTA ERILAISISSA KUORMITUSSYKLEISSÄ 35 Full load ( kg) Euro 3 Diesel EEV CNG Euro 4 SCR NOx g/km Full load ( kg) Euro 3 Diesel EEV CNG Euro 4 SCR 0 NYBUS ADEME ORANGE BR HELS. 1 ECE15 WTVC 0.4 Lähde: IEA AMF Annex XXIX PM g/km NYBUS ADEME ORANGE BR HELS. 1 ECE15 WTVC BR = Braunschweig 28

29 TUTKIMUSRAPORTTEJA INTERNETISSÄ muut/2004/transitbusemission.pdf muut/2007/rakebus2005.pdf muut/2007/rakebus2006.pdf 29

30 KUORMA-AUTOT ETC-sykli kehitetty vastaamaan (sen aikaisten) kuorma-autojen käyttöä => Päästörajoitukset toteutuvat selvästi busseja paremmin Myös kuorma-autojen päästötutkimus alustadynamometrilla aloitettiin VTT:n raskaan kaluston laboratorion valmistuttua 2002 Myös kuorma-autojen mittaukset sulautettiin Rastu-projektiin vuodesta

31 KUORMA-AUTOT NOx-emission (g/kwh at driven wheel) Tractor-trailers (max. 60t) PM- and NOx-emissions on highway and motorway cycles Euro3 Average Euro4 EGR Euro4 EGR+PMKat Euro4 SCR Euro4 SCR Euro4 SCR Freeway Highway PM-emission (g/kwh at driven wheel) Mittauksissa käyneen PMKatilla varustetun auton korkeat partikkelipäästöt selittynevät viallisella hiukkaskatalysaattorilla 31

32 KUORMA-AUTOT 12 Tractor-trailers (max. 26t) PM- and NOx-emissions on delivery-cycle NOx-emission (g/kwh at driven wheel) Euro4 EGR+PMKat Euro4 EGR Euro4 SCR Euro4 SCR Euro4 SCR PM-emission ( g/kwh at driven wheel) Keskikuormituksen keventyessä myös kuorma-autojen tulokset heikkenevät 32

33 YHTEENVETO Uudet Euro 4 ja 5 -päästömääräykset ovat huomattavasti aikaisempaa tiukempia Määräykset mahdollista täyttää erilaisilla menetelmillä, kuten EGR- (+DPF) tai SCR-tekniikoilla Kaupunkibussien todelliset ajosyklit päästöjen hallinnan kannalta huomattavasti moottorien tyypityssyklejä haastavampia Suurin osa uusista Euro 4 -busseista ylsi käytännön ajotilanteissa vain Euro 3 bussien päästötasolle Yksi Euro 4 SCR auto osoitti uuden dieseltekniikan potentiaalin 33

34 YHTEENVETO Maakaasubussien NOx-päästöt ovat riippuvaisia käytetyn tekniikan tasosta, mutta hiukkaspäästöt erittäin alhaisia päästötasosta riippumatta EEV-bussien päästöt alhaisia myös sääntelemättömien päästöjen osalta Kuorma-autojen päästöt todellisessa ajossa vastaavat päästöluokituksia kaupunkibusseja paremmin 34

35 Kiitos mielenkiinnosta! 35