RASTU - Ajoneuvojen energiankulutus ja päästöt kaupunkiliikenteessä Rastu päätösseminaari Innopoli 1, Otaniemi 4.11.2009 Kimmo Erkkilä
SISÄLTÖ Taustat ja menetelmät Uusien ajoneuvojen energiatehokkuus ja päästöt Päästöjen pysyvyys Ajo-opastimen vaikutuksia Voidaanko valinnoilla vaikuttaa? Yhteenveto 2
TAUSTAT JA MENETELMÄT (1) Säännölliset kaupunkibussien todellista ajoa kuvaavat päästö- ja energiankulutusmittaukset aloitettiin VTT:llä raskaan kaluston alustadynamometrin valmistuttua vuonna 2002 (RakeBus-projekti) Alussa kehitettiin menetelmät ja mitattiin ajoneuvokalustoa referenssitietokannan muodostamiseksi VTT:n standardiksi kaupunkibussimittauksissa muodostui myös muualla Euroopassa tunnettu Braunschweig-ajosykli Rastu-projekti (2006-2008) jatkoi aikaisemmassa RakeBusprojektissa aloitettua työtä 3
TAUSTAT JA MENETELMÄT (2) 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 Ajonopeus km/h 70 60 50 40 30 20 10 Braunschweig Braunschweig kaupunkibussisykli ajoaika 1740 s ajomatka 10.873 km keskinopeus 22.5 km/h maksiminopeus 58.2 km/h tyhjäkäynnin osuus 25 % 0 0 500 1000 1500 Aika s 4
UUSIEN AJONEUVOJEN ENERGIATEHOKKUUS JA PÄÄSTÖT Rastu-projektin aikana markkinoille saatiin myös EEV-dieselautoja, kun aikaisemmin EEV-luokkaan päästiin vain maakaasuautoilla Euro 4/5/EEV päästönormien myötä raskaisiin ajoneuvoihin tuli uusia päästöjenvähennystekniikoita, joiden vaikutuksia ei ennalta tunnettu. Selvitettävänä mm.: Päästöt todellisissa ajosuoritteissa Polttoaineenkulutus Päästöjen pysyvyys 5
KAUPUNKIBUSSIEN MITTAUSTULOKSIA NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle NOx g/km 15 12 9 6 3 Euro 4 Euro 1 Euro 2 Euro 3 ESC ETC Diesel Euro 2 average Diesel Euro 3 average Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 Diesel EEV CNG Euro3 average CNG EEV Light weight Euro 3 calibration Euro limits (by factor 1.8) EEV Euro 5 0 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 Euro 6 (proposal) PM g/km 6
KAUPUNKIBUSSIEN MITTAUSTULOKSIA NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle 15 12 Euro 4 EGR Euro 1 Euro 2 Diesel Euro 2 average Diesel Euro 3 average Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 Diesel EEV CNG Euro3 average CNG EEV Light weight Euro 3 calibration Euro limits (by factor 1.8) EEV SCR EEV SCRT NOx g/km 9 6 Euro 4 EEV EGR EEV CNG LB 3 Euro 3 ESC ETC EEV CNG STOIC. EEV Euro 5 0 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 Euro 6 (proposal) PM g/km 7
KAUPUNKIBUSSIEN MITTAUSTULOKSIA Dieselkaupunkinbussien kehitys Euro 2 - EEV Polttoaineenkulutus Braunschweig-syklissä (½-kuorma) 18 Dieselkaupunkinbussien kehitys Euro 2 - EEV NOx-päästöt Braunschweig-syklissä (½-kuorma) 55 16 14 EURO 1 EURO 2 Polttoaineenkulutus l/100km 50 45 40 35 30 EURO 1 EURO 2 EURO 3 EURO 4 EEV NOx-päästöt g/km 12 10 8 6 4 2 0 0.50 0.45 EURO 1 EURO 3 EURO 4 Dieselkaupunkinbussien kehitys Euro 2 - EEV PM-päästöt Braunschweig-syklissä (½-kuorma) EEV 25 20 PM-päästöt g/km 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 EURO 2 EURO 3 Euro 2 Euro 3, kulutusvaikutus -7% Euro 3 Euro 4, kulutusvaikutus +1% 0.15 0.10 0.05 0.00 EURO 4 EEV Euro 3 EEV, kulutusvaikutus -5% 8
KAUPUNKIBUSSIEN MITTAUSTULOKSIA EEV-dieselkaupunkinbussien polttoaineenkulutus Braunschweig-syklissä (½-kuorma) 50 EURO 3 EEV Kevytrakenteiset Polttoaineenkulutus l/100km 45 40 35 30-8% Kabus hybridi -16% 25 20 Volvo Euro 3 (n=5) Scania Euro 3 (n=14) Scania EEV, EGR (n=3) Iveco EEV, SCRT (n=2) Volvo EEV, SCR (n=2) Kabus ML Euro 3 Kabus ML Euro 4 VDL Ambassador 200 SCR ja SCRT tekniikoilla varustetuissa autoissa lisäksi ureankulutus tyypillisesti 4-6% polttoaineenkulutuksesta 9
KAUPUNKIBUSSIEN MITTAUSTULOKSIA PÄÄSTÖJEN PYSYVYYS 20.0 Euro 3 diesel MY-02, follow-up measurements 2002-2007 CO*10 THC*10 NOx THC*10, NOx, PM*100 g/km 18.0 16.0 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 PM -20% PM*100 CO2/100 2.0 0.0 2002 w /o cat 12600km 2002 29750km 2003 132348km 2004 272235km 2005 412665km 2006 560256km 2007 692092km Katalysaattorin hiipuminen näkyy hiilivety- ja hiilimonoksidipäästöissä, mutta myös partikkelipäästöissä. 10
KAUPUNKIBUSSIEN MITTAUSTULOKSIA PÄÄSTÖJEN PYSYVYYS PM-päästöt ajokilometrien suhteen 0.30 0.25 Partikkelipäästöt g/km 0.20 0.15 0.10 Volvo Euro 2 Scania Euro 3 0.05 0.00 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000 Ajomäärä km Sekä Volvo Euro 2 että Scania Euro 3 ovat pysyneet yleensä 0.15 g/km tasolla, joitain poikkeuksia lukuunottamatta 11
KAUPUNKIBUSSIEN MITTAUSTULOKSIA PÄÄSTÖJEN PYSYVYYS PM-päästöt ajokilometrien suhteen 0.30 0.25 Partikkelipäästöt g/km 0.20 0.15 0.10 Volvo Euro 2 Scania Euro 3 Scania EGR Euro 4 Scania EGR EEV 0.05 0.00 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000 Ajomäärä km Enemmän ajettujen EGR-autojen partikkelipäästöt ovat olleet samalla tasolla kuin referenssinä toimivat Euro 2 ja Euro 3 -autot 12
KAUPUNKIBUSSIEN MITTAUSTULOKSIA PÄÄSTÖJEN PYSYVYYS PM-päästöt ajokilometrien suhteen 0.30 0.25 Partikkelipäästöt g/km 0.20 0.15 0.10 Volvo Euro 2 Scania Euro 3 Volvo SCR EEV Iveco SCRT EEV MAN CNG EEV 0.05 0.00 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000 Ajomäärä km SCR- ja SCRT-tekniikoilla varustettujen autojen partikkelipäästöt ovat pysyneet hyvällä tasolla, mutta kilometrejä on kertynyt vielä vaatimattomasti. CNG-autojen partikkelipäästöt ovat myös erittäin pienet, kuten oletuskin. 13
KAUPUNKIBUSSIEN AJO-OPASTIN 14
KAUPUNKIBUSSIEN AJO-OPASTIN Tavoitteet edellä ollessa lasketaan tavoitenopeutta ja jäljessä ollessa ajetaan maksimissaan nopeusrajoituksien mukaan Ylimääräinen käytettävissä oleva aika käytetään polttoaineenkulutuksen laskemiseen opastin pitää huolen aikataulussa pysymisestä erityisesti edellä aikataulusta ajamista rajoitetaan voimakkaasti 15
KAUPUNKIBUSSIEN AJO-OPASTIN Bussipysäkkivälin ajotapahtuman vaiheet 50 45 40 1. Liikkeellelähtö 3. Vakionopeus 4. Jarrutus 35 Ajonopeus km/h 30 25 20 15 10 5 2. Kiihdytys 0 Matka m 16
KAUPUNKIBUSSIEN AJO-OPASTIN PÄÄTELAITE AUTOSSA 17
KAUPUNKIBUSSIEN AJO-OPASTIN TULOKSIA Mittausdataa ajalta kesäkuu 2008 - syyskuu 2009 Ajoja noin 12 900 Opastettuja ajoja 500 Seuraavissa tuloksissa tarkasteltu polttoaineenkulutusta ja ylinopeuksien ajamista ennen ja jälkeen opastuksen 18
KAUPUNKIBUSSIEN AJO-OPASTIN REFERENSSITASOT 1) Vuorokauden ajan vaikutus eri viikonpäivinä: liikennetilanteet ja matkustajamäärät 2) Tarkasteluajan trendi: ajo-olosuhteet, ajoneuvon ominaisuudet Analyysit Pekka Rahkola 19
KAUPUNKIBUSSIEN AJO-OPASTIN POLTTOAINEENKULUTUS Polttoaineenkulutus suhteessa referenssiin (%) kuljettaja ajojen lkm ennen opastusta ajojen lkm opastuksen kanssa muutos (%-yks) 1 14 4.0 10-2.9-6.9 2 32-4.1 105-3.3 0.9 3 20-14.0 90-9.8 4.2 4 59 0.4 13-1.9-2.4 5 55 1.8 21-6.9-8.8 6 281 0.4 46-2.6-3.1 7 122 3.9 54 0.8-3.1 8 69 2.7 69-0.5-3.2 9 70-9.1 88-9.2 0.0 Eniten ajaneilla kuljettajilla opastuksen vaikutus polttoaineenkulutukseen -4.5 % 20
KAUPUNKIBUSSIEN AJO-OPASTIN YLINOPEUDET Keskimääräiset ylinopeuskertymät vuoron aikana kolmelle eri kuljettajajoukoille Tarkasteluaika kesäkuusta 2008 syyskuuhun 2009 400 350 300 koko joukko suurimmat 10 % opastetut kesto (s) 250 200 150 100 50 0 0 5 5 10 10 15 15 20 20 25 25 30 30 Analyysit Pekka Rahkola ylinopeus (km/h) 21
KAUPUNKIBUSSIEN AJO-OPASTIN JOHTOPÄÄTÖKSET Opastuksella onnistuttiin vaikuttamaan kuljettajan ajamiseen halutulla tavalla Kuljettajan viihtyvyys paranee opastin poistaa kuljettajalta vastuun aikataulussa pysymisestä, ts. ei jatkuvaa tarvetta arvioida aikataulun toteutumista ei houkutetta (~velvoitetta) ylinopeuden ajamiselle Polttoaineenkulutus laski keskimäärin 4,5 % Ylinopeudet yli 5km/h ylinopeudet laskivat n. 60% yli 10 km/h ylinopeudet laskivat n. 80% Yli 15 km/h ylinopeudet käytännössä hävisivät 22
VOITELUAINEET 0.40 0.20 Moottoriöljyjen vaikutus polttoaineenkulutukseen Cummins Euro 4 SCR-moottorissa 0.00-0.20 0W-30 5W-30 10W-30 10W-30 15W-30 5W-40 5W-40 10W-40 10W40 10W-40 10W-40 10W-40 % -0.40-0.60-0.80-1.00-1.20 polttoaineenkulutus (l/100 km) 36,5 36 35,5 35 34,5 34 Automaattivaihteistoöljyn vaikutus polttoaineenkulutukseen Allison vaihteistossa -3% 33,5 original 23 Neste ATF-X
VOIDAANKO VALINNOILLA VAIKUTTAA? 50 Valintojen vaikutus polttoaineenkulutukseen Polttoaineenkulutus l/100km 45 40 35 30 25 20 45.5-4.7 % 43.4-4.1 % 41.6 Euro 3 EEV Energiatehok. EEV -4.5 % 39.7-2.5 % 38.7-2.0 % 37.9-16 % Valintojen merkitys yhteensä -30 % 31.9 Ajo-opastin Renkaat Voiteluöljyt Kevytrak. Hybridi -30% Ajosuoritteella 80 tkm/a, ja lähtötasolla 45,5 l/100km: 5%:n säästö tarkoittaa 1800 l/v, tai 9100 l/5v 30%:n säästö tarkoittaa 11000 l/v, tai 55000 l/5v 24
YHTEENVETO Uudet autotyypit ovat sekä puhtaampia että energiatehokkaampia Todellisista ajotilanteista sekä hyviä että huonoja tuloksia Päästötason säilyttäminen auton elinkaaren yli on selvästikin haasteellista Ajo-opastimella voidaan vähentää energiankulutusta ja samanaikaisesti lisätä palvelutasoa ja turvallisuutta Valinnoilla voidaan vaikuttaa! 25