REFUEL polttoaineen optimointi kylmiin olosuhteisiin Juhani Laurikko, VTT 20.04.2010
20.4.2010 2 TEHTÄVÄN MÄÄRITTELY Valita kylmä(käynnistys)ominaisuuksiltaan paras vaihtoehto eri REFuel-polttoaineformulaatioista Menetelmä: pakokaasukokeita eri käynnistyslämpötiloissa välillä +23 C... -25 C Kokeet toteutettiin kahdessa vaiheessa: peruskokeissa seulottiin potentiaalisimmat vaihtoehdot jatkokokeissa syvennettiin analyysia matalammissa lämpötiloissa ja tutkittiin lohkolämmittimen vaikutusta
20.4.2010 3 KOEPOLTTOAINEET Peruslaatuna normi-e85 EtOH 85% BE95 15% 5 erilaista sekoitetta, joissa bioetanolia 70-85 % bensiiniosuus koostuu useasta eri seoskomponentista ja niiden yhdistelmästä Verrokkina E10 bensiini kesä- ja talvihöyrynpaineet erikseen
VTT:n kylmätestitila henkilöautoille 20.4.2010 4
20.4.2010 5 EU-normitestin ajosykli Bag1 Bag2 Bag3 Nähdään miten tilanne etenee
20.4.2010 6 Vakioanalyysit CVS + AMA2000 CVS laimennus ja keräys AMA2000 kaasuanalysaattorit
20.4.2010 7 Erikoisanalyysit Aldehydit + etanoli FTIR ja DNPH-näytteenotto aldehydimääritystä varten (HPLC) Näytteenotto etanolimääristystä varten
20.4.2010 8 Koeautot Mondeo 2.0 Flexifuel 9-3 1.8t BioPower V70 2.5 FT DRIVe
20.4.2010 9 Koeautot polttoaineiden vaihto Polttoaineiden vaihto nykyautoissa joskus tosi työlästä ja hidasta
20.4.2010 10 Koeautot polttoaineiden vaihto Polttoaineiden vaihto nykyautoissa joskus tosi työlästä ja hidasta
Koeautot Valmiina testattavaksi! 20.4.2010 11
20.4.2010 12 Koematriisi polttoaine koelämpötila Pa1 +23-7 Pa2 +23-7 Pa3 +23-7 Pa1T -15-20 -25-25 LL Pa5-15 -20-25 Pa7-7 -20-25 -25 LL E10K +23-7 E10T -7-25 LL = lohkolämmitin 2 h Yhteensä noin 120 yksittäistä koetta joka kokeesta noin 50 tuloslukua, eli yli 6000 datapistettä analysoitavaksi!
20.4.2010 13
20.4.2010 14 Yleishavaintoja Erot tuloksissa autojen välillä joissain tapauksissa melko suuria Myös kahden kokeen välillä joskus eroja Useamman auton käyttö ja kokeiden toisto ehdottomasti tarpeellista! Paljon dataa, syvällinen analyysi!
20.4.2010 15
20.4.2010 16 Koetuloksia hiilivetypäästöt @ +23 o C 0.25 kokonais-hc [g/km] @ EC2000 0.20 0.15 0.10 0.05 +23 o C Euro5/Euro6 raja-arvo 0.00 BE10K REFuel1 REFuel3 "normi-e85" Polttoaine
20.4.2010 17 Koetuloksia hiilivetypäästöt @ +23 o C 0.25 +23 o C 0.20 kokonais-hc [g/km] @ EC2000 0.15 0.10 0.05 Euro5/Euro6 raja-arvo FFV-autoille Euro5 alkaen Nämä koeautot Euro4 0.00 BE10K REFuel1 REFuel3 "normi-e85" Polttoaine
20.4.2010 18 Koetuloksia hiilivetypäästöt @ +23 o C 0.25 +23 o C 0.20 kokonais-hc [g/km] @ EC2000 0.15 0.10 0.05 Euro5/Euro6 raja-arvo -36% -28% 0.00 BE10K REFuel1 REFuel3 "normi-e85" Polttoaine
20.4.2010 19 Toiminta normaaliolosuhteissa FFV autot pitää Euro5-normin mukaan testata myös E85 polttoaineella Nämä koeautot vasta Euro4, mutta RefuelRE85 formulaatioilla päästöt jo nyt Euro5/Euro6 tasolla, eli noin 30% pienemmät kuin normipolttoaineella
20.4.2010 20
20.4.2010 21 Koetuloksia hiilivetypäästöt @ -7 o C 10 kokonais-hc [g/km] @ ECE15 9 8 7 6 5 4 3 2 1-7 o C Euro5/Euro6 raja-arvo 0 BE10K BE10T REFuel1 REFuel3 REFuel7 "normi-e85" Polttoaine
20.4.2010 22 Koetuloksia hiilivetypäästöt @ -7 o C 10 9 kokonais-hc [g/km] @ ECE15 8 7 6 5 4 3 2 1-7 o C FFV-autoille Euro6 (2014) alkaen Nämä koeautot Euro4 Euro5/Euro6 raja-arvo 0 BE10K BE10T REFuel1 REFuel3 REFuel7 "normi-e85" Polttoaine
20.4.2010 23 Koetuloksia hiilivetypäästöt @ -7 o C 10 kokonais-hc [g/km] @ ECE15 9 8 7 6 5 4 3 2 1-7 o C Euro5/Euro6 raja-arvo -25% -41% -22% 0 BE10K BE10T REFuel1 REFuel3 REFuel7 "normi-e85" Polttoaine
20.4.2010 24 Koetuloksia hiilivetypäästöt @ -7 o C 4.50 kokonais-hc [g/km] @ EC2000 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00-7 o C -28% -42% -25% 0.50 0.00 BE10K BE10T REFuel1 REFuel3 REFuel7 "normi-e85" Polttoaine
20.4.2010 25 Kylmäkäynnistysten vaikutukset Kylmäkäynnistyksessä pakokaasupäästöt moninkertaistuvat Vaikutus havaittavissa kuitenkin vain ensimmäisten 2-5 km aikana Lämpimällä moottorilla ei ulkolämpötilalla juuri vaikutusta
20.4.2010 26
20.4.2010 27 Kylmäkäynnistyksen haasteet Polttoaineen höyrystyminen heikkenee lämpötilan laskiessa Moottorin käynti huonontuu ja palamattomien hiilivetyjen päästöt kasvavat Riittävän kylmässä moottori ei enää käynnisty
20.4.2010 28 7 HC emissio [g/km] @ EC2000 6 5 4 3 2 1 Kesälaaduilla pärjätään pikkupakkasissakin REFuel BE10 NORMI-E85 0-30 -20-10 0 10 20 30 o Lämpötila [ C]
20.4.2010 29 7 Käynnistyvyysraja n. -15 o C 6 HC emissio [g/km] @ EC2000 5 4 3 2 1 Talvibensa (E10) NORMI-E85 0-30 -20-10 0 10 20 30 o Lämpötila [ C]
20.4.2010 30 7 6 Käynnistyvyysraja < -20 o C REFuel1-laatu talvihöyrynpaineella HC emissio [g/km] @ EC2000 5 4 3 2 1 NORMI-E85 REFuel1-laatu kesähöyrynpaineella 0-30 -20-10 0 10 20 30 o Lämpötila [ C]
20.4.2010 31 7 6 Käynnistyvyysraja alle -25 o C Kylmäoptimoidut REFuel-laadut HC emissio [g/km] @ EC2000 5 4 3 2 1 NORMI-E85 0-30 -20-10 0 10 20 30 o Lämpötila [ C]
20.4.2010 32 7 o Samalla HC-tasolla yli 10 C alempi käynnistyslämpötila 6 HC emissio [g/km] @ EC2000 5 4 3 2 1 0-30 -20-10 0 10 20 30 o Lämpötila [ C]
20.4.2010 33 7 6 + 2h lohkolämmitin HC emissio [g/km] @ EC2000 5 4 3 2 1 samalla tasolla kuin bensiini (E10) 0-30 -20-10 0 10 20 30 o Lämpötila [ C]
20.4.2010 34 Yhteenveto kylmäpäästökokeista Bensiiniosuuden koostumuksella voitiin vaikuttaa käynnistyvyyteen ja pakokaasupäästöihin Optimoimalla seoskomponentit, koeautot käynnistyivät vielä -25 C lämpötilassa samalla HC-tasolla kuin normi-e85 noin -15 C Lohkolämmitin erittäin tehokas apuväline, ja vakiovarusteena FFV-malleissa
20.4.2010 35
20.4.2010 36 Ulkolämpötilan vaihtelu PK-seudulla 04/2009-04/2010 40 (lähde: VTTn kenttäkokeet autoilla) Ulkolämpötila [ o C] 30 20 10 0-10 UCI-788 (HEV) TMY-229 (PHEV) TMY-229 UCI-788-20 -30 1.4.2009 1.6.2009 1.8.2009 1.10.2009 1.12.2009 31.1.2010 2.4.2010 Päivämäärä
20.4.2010 37 Ulkolämpötilan vaihtelu PK-seudulla 04/2009-04/2010 40 (lähde: VTTn kenttäkokeet autoilla) 30 Ulkolämpötila [ o C] 20 10 0-10 -20-30 UCI-788 (HEV) TMY-229 (PHEV) TMY-229 UCI-788 kylmäajoa voi ajaa noin 10 km/päivä alle 0 C 90 pvä (35%), josta... n. 600 kylmä-km alle -10 C 30 pvä (12%), ja... n. 300 kylmä-km alle -20 C 2-3 pvä (<1%) n. 30 kylmä-km 1.4.2009 1.6.2009 1.8.2009 1.10.2009 1.12.2009 31.1.2010 2.4.2010 Päivämäärä
20.4.2010 38 Ulkolämpötilan vaihtelu PK-seudulla 04/2009-04/2010 40 (lähde: VTTn kenttäkokeet autoilla) 30 Ulkolämpötila [ o C] 20 10 0-10 -20-30 n. 600 kylmä-km, n. 300 kylmä-km, päästö 2.5x päästö 4.5x osuus n. 7% osuus n. 7 % n. 30 kylmä-km, päästö 7x osuus n. 1% UCI-788 (HEV) TMY-229 (PHEV) TMY-229 UCI-788 1.4.2009 1.6.2009 1.8.2009 1.10.2009 1.12.2009 31.1.2010 2.4.2010 Päivämäärä
20.4.2010 39 Ulkolämpötilan vaihtelu PK-seudulla 04/2009-04/2010 40 (lähde: VTTn kenttäkokeet autoilla) Ulkolämpötila [ o C] 30 20 10 0-10 -20 UCI-788 (HEV) TMY-229 (PHEV) TMY-229 UCI-788 Noin 85 % kilometreistä ajetaan joko yli 0 C lämpötilassa tai lämpimällä moottorilla, kylmäajon osuus vain n. 15 % -30 1.4.2009 1.6.2009 1.8.2009 1.10.2009 1.12.2009 31.1.2010 2.4.2010 Päivämäärä
20.4.2010 40 Yhteenveto Bensiiniosuuden koostumuksella voitiin vaikuttaa käynnistyvyyteen ja pakokaasupäästöihin Optimoimalla seoskomponentit, koeautot käynnistyivät vielä -25 C lämpötilassa samalla HC-tasolla kuin normi-e85 noin -15 C Kylmänäajon kokonaisvaikutus n. 15%, vuotuisesta kokonaispäästöistä Lohkolämmitin erittäin tehokas apuväline, ja vakiovarusteena FFV-malleissa