RASKAAN KALUSTON ENERGIANKÄYTÖN TUTKIMUS HDENERGIA HANKE 2003 2005 RASTU-HANKE 2006 2008 Nils-Olof Nylund www.rastu.fi 1 SUOMI ON KUMIPYÖRIEN VARASSA Suomalainen yhteiskunta ja talouselämä ovat riippuvaisia raskailla ajoneuvoilla tapahtuvista henkilöja tavarakuljetuksista. Liikennepolttoaineiden kulutus oli suomessa 4,0 milj. tonnia vuonna 2005, josta bensiinin osuus oli 1,9 milj. tonnia ja dieselpolttoaineen osuus 2,1 milj. tonnia. Raskaan kaluston osuus dieselpolttoaineen kulutuksesta on arviolta 80 %, eli noin 1,7 milj. tonnia tai 2.000 milj. litraa. Polttoaineiden hinnannousu näyttäisi jatkuvan. Raskaan kaluston osalta jokainen saavutettava polttoaineen säästön prosenttiyksikkö merkitsee nykyisillä polttoaineen hinnoilla noin 20 M :n säästöä vuositasolla (verollinen polttoaineen hinta). 2 1
ÖLJYN PITKÄAIKAINEN HINTAKEHITYS Lähde: WTRG Economics 2006 3 Martti Tommola/Kabus 4 2
MITÄ TUTKIMUKSESSA TARVITAAN? Yhteistoimintaverkko Riittävä rahoitus Hyvät menetelmät ja välineet Hyviä ideoita Innostunut porukka Tarve/tilaus tehtävälle työlle 5 LAAJAT TUTKIMUSHANKKEET Raskaan kaluston energiankäytön tehostaminen ajoneuvo- ja käyttöteknisin ratkaisuin HDENERGIA 2003-2005 Vuosibudjetti n. 600.000 /a, eli yhteensä n. 1.800.000 13 tutkimuksellista alaprojektia, 6 tutkijaosapuolta, 20 rahoittajaa Ajoneuvotekniikka & järjestelmätutkimus Uusi vuodet 2006 2008 kattava hanke Raskas ajoneuvokalusto: Turvallisuus, ympäristövaikutukset ja uusi tekniikka RASTU Vuosibudjetti n. 800.000 /a, eli yhteensä n. 2.400.000 9 tutkimuksellista alaprojektia, 7 tutkijaosapuolta, 22 rahoittajaa Uutena elementtinä turvallisuus www.rastu.fi 6 3
HDENERGIA: MITÄ SAATIIN AIKAISEKSI? Yhteistoiminta rahoittajien, tutkimuslaitosten ja liikennöitsijöiden kesken selvää synergiahyötyä jatkuva prosessi energiatehokkuuden parantamiseksi kriittistä massaa: antaa mahdollisuuden myös viestinnälle ja tulosten jalkauttamiselle vahva kytkentä Kuorma- ja pakettiautoliikenteen energiansäästöohjelmaan (ESS) ja sen tavoitteisiin Menetelmät ja metodiikka kaupunkibussit, pitkän matkan bussit ja kuorma-autot laboratoriossa maantiemittaukset (CAN -väylä mittaukset, rullauskokeet, perävaunumittaukset) olennaisten polttoaineenkulutukseen vaikuttavien seikkojen tunnistaminen (paino, ilmanvastus, voimalinja, voiteluaineet, renkaat jne.) riittävä tarkkuus kulutusmittauksiin 7 MITÄ SAATIIN AIKAISEKSI? Säästöpotentiaalien kvantifiointi, esim.: ajoneuvon paino ja aerodynamiikka jopa 30 % kuljettajan opastus teknisin apuvälinein 5-15 % autojen merkkikohtaiset erot 5 15 % renkaat 5-15 % yhdistelmän ilmanohjaimen vaikutus 4 8 % perävaunun tyyppi 3 5 % voiteluaineet 1 2 % Innovaatioplatformi hybridibussi, etenee Kabus Oy:n yrityshankkeena ajo-opastin kuorman tunnistus liukkauden tunnistus 8 4
www.rastu.fi 9 RASTUN ALAPROJEKTIT 1. Euro 4/5 ajoneuvojen suorituskyky (VTT) 2. Euro 4/5 ajoneuvojen poltto- ja voiteluaineet (VTT) 3. Ajoneuvotekninen kehitystyö (TKK, VTT) 4. Ajoneuvojen IT-sovellukset (VTT, OY) 5. Linja-autojen liikennöinnin optimointi (VTT) 6. Kuorma-autoalan energiatehokkuuden hallinta ja kannustinjärjestelmät (TTY) 7. Energiansäästötoimenpiteiden tehokkuuden arviointi (VTT, TTY) 8. Menetelmäkehitys (VTT) 9. Pakokaasututkimus (VTT) 10. Koordinaatio ja viestintä (TEC, Motiva, VTT) 10 5
ESIMERKKEJÄ OSAHANKKEISTA JA TULOKSISTA Menetelmäkehitys Bussien päästöt Kuorma-autojen polttoaineenkulutus Voiteluainetutkimus Rengastutkimus 11 ALUSTADYNAMOMETRIMITTAUSTEN MENETELMÄKEHITYS - DYNAMOMETRI 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 6
ALUSTADYNAMOMETRIMITTAUSTEN MENETELMÄKEHITYS - AJOPROFIILIT Todellisen ajotapahtuman jäljittelemiseksi dynamometrilla tarvitaan käyttötarkoitusta kuvaava ajoprofiili Muodostettu todellista ajoa kuvaavia testisyklejä kaupunkilinja-autoille Helsingin keskustassa ja väylillä kuorma-autoille jakeluajossa raskaille ajoneuvoyhdistelmille moottoritie- ja maantieajossa pikavuorolinja-autoille moottoritie- ja maantieajossa Tien kaltevuusmuutokset mukana ajo-ohjelmissa, pois lukien kaupunkibussisykleissä 13 ALUSTADYNAMOMETRIMITTAUSTEN MENETELMÄKEHITYS - AJOPROFIILIT 350 300 250 Freeway cycle, original onroad data, 420 hp / 50 t Engine power Driving 2.00 speed Road gradient 1.50 1.00 Engine power kw Driving speed km/h 200 150 100 50 0 0.50 0.00-0.50-1.00-1.50-2.00 Road gradient % -50-2.50 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Time s 14 7
MITTAUSLAITTEISTO VTT on jo mitannut yli 80 bussia ja yli 70 kuorma-autoa! Mittaustarkkuus: polttoaineen kulutus +1 % pakokaasupäästöt +15 % 15 BUSSIEN PÄÄSTÖTULOKSIA NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle 20 15 Diesel Euro 1 Diesel Euro 2 Diesel Euro 3 Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 Diesel + CRT Euro 2 & 3 CNG Euro2 CNG Euro3 CNG EEV Euro limits (by factor 1.8) Euro 3 calibration NOx g/km 10 5 Euro 4 Euro 5 / EEV Calibration curve of typical Euro 3 engine Euro 3 Euro 2 Euro 1 0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 PM g/km vain kaksi v. 2006 Euro 4/5 busseista vastasivat todellisilta päästöiltään likimain Euro -luokkaansa 16 8
AJONEUVOJEN ILMOITTAMINEN Aikaisemmin VTT on ilmoittanut tulokset koodattuina Varsinkin polttoaineenkulutusarvojen ilmoittaminen voi vaikuttaa autojen kauppaan merkkikohtaiset erot ovat suurimmillaan jopa 15 % Viranomaiset ja liikenteen tilaajat ovat kiinnostuneita autojen todellisesta päästöistä bussiliikenteen pisteytysjärjestelmä pääkaupunkiseudulla PLL:n bussihanke oli ensimmäinen hanke jossa ilmoitettiin merkkikohtaiset tulokset jatkossa tullaan ilmoittamaan tulokset merkeillä 17 Ensimmäinen raportti jossa julkistettiin merkit ja mallit 18 9
KUORMA-AUTOMITTAUKSET Vuosina 2004 2005 mitattiin 16 uutta Euro 3 tason autoa neljä painoluokkaa: 18, 26, 42 ja 60 t Ensimmäiset Euro 4 autot mitattiin 2005 kaksi 42 t autoa Vuonna 2006 mitattiin yhteensä kuusi Euro 4/5 autoa yksi Euro 5 auto 42 t luokassa viisi Euro 4 autoa 60 t luokassa, ajettiin myös 26 t versiona Seuraavassa esitetään kaikkien Euro 4/5 autojen tulokset suhteessa Euro 3 keskiarvoihin 19 POLTTOAINEEN KULUTUS 42 t 40 Maantiesykli Highway Fuel consumption on highway and freeway cycles. Semi-trailers (max. 42t) Freeway Euro3 Average MAN TGA 18.433 Euro4 Scania R 420 Euro4 Iveco Stralis 500hp Euro5 35 Fuel consumption l/100 km 30 25 20 15 0-Load 1/2-Load 2/2-Load 0-Load 1/2-Load 2/2-Load 20 10
POLTTOAINEEN KULUTUS 60 t 65 60 55 Highway Fuel consumption on highway and freeway cycles. Full trailers (max. 60t) Freeway Euro3 Average Scania R 470 Euro4 MAN TGA 26.430 Euro4 Iveco Stralis 420 Euro4 Volvo FH480 Euro4 MB Actros 1844 Euro4 Fuel consumption l/100 km 50 45 40 35 30 25 20 15 0-Load 1/2-Load 2/2-Load 0-Load 1/2-Load 2/2-Load 21 POLTTOAINE- JA UREAKUSTANNUS 60 t 45 40 Highway Costs (Fuel 0.74 /litre, Urea 0.55 /litre) on highway and freeway cycles. Full trailers (max. 60t) Freeway Euro 3 average Scania R 470 Euro4 MAN TGA 26.430 Euro4 Iveco Stralis 420 Euro4 Volvo FH 480 Euro4 MB Actros 1844 Euro4 Costs /100 km 35 30 25 20 15 0-Load 1/2-Load 2/2-Load 0-Load 1/2-Load 2/2-Load 22 11
PÄÄSTÖT 42 t 12 Semi-trailers 42t PM- and NOx-emissions on highway and motorway cycles NOx-emission (g/kwh at driven wheel) 10 8 6 4 2 Euro 3 average Scania R 420 Euro4 MAN TGA 18.433 Euro4 Iveco 500 HP Euro5 Highway Motorway 0 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 PM-emission (g/kwh at driven wheel) 23 PÄÄSTÖT 60 t NOx-emission (g/kwh at driven wheel) 12 10 8 6 4 2 Full trailers (max. 60t) PM- and NOx-emissions on highway and motorway cycles Euro3 Average Scania R 470 Euro4 MAN TGA 26.430 Euro4 Iveco Stralis 420 Euro4 Volvo FH480 Euro4 MB Actros 1844 Euro4 Freeway Highway 0 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 PM-emission (g/kwh at driven wheel) 24 12
Voiteluaineiden vaikutus raskaiden ajoneuvojen polttoaineen kulutukseen Kari Kulmala Neste Oil Oyj / Komponentit / Perusöljyt Polttoaineen ominaiskulutustulokset Volvon linja-auton ja Scanian kuorma-auton moottoreilla (0-taso = yleisin kaupallinen 15W-40-luokan raskaan kaluston moottoriöljy) Ominaiskulutusero 15W-40 ref. öljyyn verrattuna, %. 1,00 0,50 0,00-0,50-1,00-1,50-2,00-2,50-3,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 15W-40* 15W-40 10W-40* 10W-40* 10W-40 10W-40 10W-40 Volvo DH285A Euro 2 Scania DC1103 Euro 3 * = Koeformulaatio ** = Markkinoilta vanhentuneena poistunut tuote 10W-40* 10W-30 5W-30 5W-30 0W-30 26 13
RASTU Alatehtävä 3, Rengasmittaukset Kesällä 2006 tutkittiin kuorma-auton renkaiden vaikutusta polttoaineen kulutukseen ja rullausvastukseen. Kokeita tehtiin sekä maantiellä että alustadynamometrillä. Koelaitteisto 27 Alatehtävä 3, Rengasmittaukset Tutkittavia renkaita oli kolmeen eri tarkoitukseen soveltuvia Vetoakselin renkaat Perävaunun renkaat Etuakselin renkaat Renkaita oli useaa eri merkkiä ja mallia Vetoakselin renkaat: 6 eri mallia Perävaunun renkaat: 5 eri mallia Etuakselin renkaat: 5 eri mallia 28 14
Alatehtävä 3, Rengasmittaukset Perävaunun renkaat 29 Alatehtävä 3, Rengasmittaukset Perävaunun renkaat Ero polttoaineen kulutuksessa samantyyppisten renkaiden välillä jopa 3.5 % Suurin ero talvipintaisen ja kesäpintaisen renkaan välillä (jopa 9 %) Polttoaineen kulutus (l/100km) 42 40 38 36 34 32 30 Peräkärryn renkaiden (5 aks.)vaikutus polttoaineen kulutukseen moottoritiesyklissä Nokia NTR-843 Bridgestone R168 Hankook TH10 Noktop 72 Reference level Windsor Workshop 2002 30 15
JA MATKA JATKUU! 31 16