Ajoneuvohankkeiden tulokset Henkilöautot TransEco 2009-2013 tutkijoiden työpaja 10.9.2013 Jukka Nuottimäki, VTT
2 Liikenteen energiatehokkuuden kehittäminen käyttö hankinnat Polttoaineen kulutus / CO 2 päästö ajamisen tehostamisella luotua vähennyspotentiaalia olemassa oleva autokanta nykyhetki tuleva autokanta autokantaa muuttavaa kehityspotentiaalia uusissa autoissa Laurikko 2010
3 Testiauto A Sähköautot HEV & PHEV Testiauto B Toyota Prius HEV, vm. 2009 Toyota Prius PHEV, vm. 2009 (Hymotion muunnossarja)
4 LONG-DISTANCE COMMUTERS
5 SHORT-DISTANCE COMMUTERS
6 Sähköautomittaukset Test Mule Passat BEV conversion by EB
7 Sähköautojen energiatase
8 Sähköautojen mittausmenetelmien kehittäminen EV Norden Los Angeles, Kalifornia
9 Sähköautojen mittausmenetelmien kehittäminen EV Norden Helsinki, Suomi
10 Ajosuoritteen ja lämpötilan vaikutus sähköauton toimintasäteeseen estimated range difference +23 C -20 C -20 vs. +23 cycle km km % NEDC 124 88-29 % Helsinki City 125 106-15 % Artemis Urban 99 74-26 % Road, FIN 91 70-23 % Artemis Road, EV* 113 90-20 % Artemis Motorway, EV* 72 53-26 % average, all cycles 100 79-21 % *EV denotes that warm-up part of the cycle is omitted Mittaukset tehty Citroën C-Zerolla
11 Lämmityslaitteen käytön vaikutus sähköauton energiankulutukseen ja toimintasäteeseen at -20 C, 4.5 kw heater heater total est. relative energy energy range impact cycle kwh kwh km % NEDC 0.134 0.334 53-40 % Helsinki City 0.236 0.402 44-59 % Artemis Urban 0.256 0.494 36-52 % Road, FIN 0.055 0.307 57-18 % Artemis Road, EV* 0.075 0.270 65-28 % Artemis Motorway, EV* 0.043 0.371 47-11 % Mittaukset tehty Citroën C-Zerolla
Hankkeessa toteutettiin toimiva sähköinen nelimoottorivoimansiirto, jota demonstroitiin Metropolia AMK:n E-RA sähköurheiluautossa Ajoneuvojen ja työkoneiden sähköisen voimansiirron kehittäminen 2009-2012
Energiataloudellinen ajaminen ja auton käyttö
14 ENERGIATEHOKKUUDEN OSATEKIJÄT Vääntömomentti (Nm) suuri vaihde, pieni kulutus 250 270 300 400 g/kwh vakio ajonopeus (km/h) 500 g/kwh 600 pieni vaihde, suuri kulutus Moottorien ominaisuudet päästö = f (moottori,auto,tie) 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Käyntinopeus (rpm) Auton ominaisuudet Tiestön ominaisuudet
Rolling resistance: Coast down 25 5 km/h Temp -15-33% Snow (softprep.) New snow 1 cm Asphalt -27% -9% Temp -2 snow (compr) -11% Series1 ice asphalt 00% 20% 40% 60% 80% 100% 120% With asphalt and -2 ºC as the reference 11% shorter on compressed snow 9% shorter at -15 ºC on asphalt. Snow and scraped snow in cold temperatures gives a very high resistance (25-35% shorter) www.testsitesweden.com
16 Rengasvalinnan vaikutus energian kulutukseen Polttoaineen kulutus [l/100 km] 7,00 6,80 6,60 6,40 6,20 6,00 5,80 5,60 5,40 5,20 Polttoaineen kulutus ja laskennallinen työmäärä NEDC syklin yli Suhteutettu kulutus Mitattu kulutus Työmäärä 2,3 % 2,5 % 4,3 % 4,5 % 5.2 % 6.4 % 7.4 % työn ero 5.3 % kulutusero 7.4 % 0,98 0,97 0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91 0,9 Työmäärä [kwh] 5,00 Rengas 1 Rengas 2 Rengas 3 Rengas 4 Rengas 5 Rengas 6 Rengas 7 Rengas 8 0,89
17 Yhteenvetoa rengastuloksista Saman kokoluokan renkaiden ääripäiden välillä yli 7 % kulutuseroja Renkaan alipaine vaikuttaa merkittävästi kulutukseen -20 % paine lisäsi kulutusta noin 2 % -40 % paine lisäsi kulutusta noin 4-7 % Renkaan ylipaine vähensi kulutusta noin 1-2 prosenttia Vanteen painolla pieni vaikutus energiankulutukseen Kevyt vanne vähensi kulutusta noin 1 % Painava vanne lisäsi kulutusta noin 1 % Renkaan halkaisijan kasvu korreloi kulutuksen pienenemisen kanssa, mutta tutkimuksessa ei selvinnyt muuttuuko renkaan rakenne koon muutoksen mukana
18 ENERGIATALOUDELLINEN AJAMINEN Ominaiskulutuskäyrä VW Golf 1.4 TSI Optimi noin 65-80 % kuormalla Momentti [Nm] 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 18 20 kw 15 kw 10 kw 5 kw 302 30 kw 280 327 40 kw 320 290 290 300 320 360 5 kw 50 kw 300 265 270 340 390 280 3 60 kw 320 290 360 70 kw 363 80 kw 10 kw 90 kw 90 kw 44 390 80 kw 340 70 kw 60 kw 50 kw 40 kw 30 kw 20 kw 15 kw 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 RPM [1/min] 280 390 360 300 290 290 290 300 300 320 340 360 386 410 Nopeudella 120 km/h @ 6 vaihde 5,8 l/100 km @ 5 vaihde 6,6 l/100 km
19 Taloudellinen tehontuotto Polttoaine Moottori tekniikka Hyvän hyötysuhteen toiminta-alue Hyvän toimintaalueen leveys Hyvän hyötysuhteen kuormitusalue Ominaiskulut uksen minimin toiminta-alue Ominaiskulut uksen minimin kuormitusalue Minimi ominaiskulutus [rpm] [rpm] [% max Nm] [rpm] [% max Nm] [g/kwh] Bensiini MPI 2000-4100 2100 48-88 2675-3275 60-75 268 Bensiini Bensiini Diesel MPI & muuttuva venttiiliajoitus FSI & turbo Common rail & turbo 1800-4400 2600 53-95 2800-3350 70-84 269 1500-4500 3000 40-87 2200-2600 68-79 265 1400-3300 1900 44-100 2150-2400 79-87 220
20 Taloudellinen ajotapa kaupungissa Sykli Työmäärä [Wh/km] Suhteellinen työmäärä Ominaiskulutus [g/kwh] Kulutus [l/100 km] Suhteellinen kulutus ECE15 73 100 % 632 5.61 100 % Tasanopeus 45 62 % 899 4.92 88 % Moottorijarrutus 68 93 % 591 4.89 87 % Rullaus 50 69 % 699 4.27 76 % Nopea kiihdytys 50 69 % 697 4.25 76 %
21 Taloudellinen ajotapa maantiellä Sykli Työmäärä [Wh/km] Suhteellinen työmäärä Ominaiskulut us [g/kwh] Kulutus [l/100 km] Suhteellinen kulutus EUDC 88 100 % 384 4,12 100 % Tasanopeus 75 86 % 424 3,89 94 % Moottorijarrutus 80 91 % 372 3,64 88 % Rullaus 75 85 % 394 3,59 87 %
Taloudellisen ajamisen käsikirja, Turun AMK Tilannekatsaus 22.8.2013 Lopputuotos laajempi kuin aluksi suunniteltu Markku Ikonen AJA TALOUDELLISESTI AJONEUVON, KULJETTAJAN JA OLOSUHTEIDEN VAIKUTUS POLTTOAINEENKULUTUKSEEN Kirja taittovaiheessa, painoon syyskuussa 20 x 20 cm, n. 210 sivua, ladottu kahteen tekstipalstaan Kuvitukseen ja ulkonäköön panostettu Kansiluonnos, ei välttämättä lopullinen Suunniteltu painosmäärä 500 kpl Turun AMK kustantajana, maksaa myös taiton ja painatuksen 250 kpl TransEcon kautta jaettavaksi 150 Turun AMK:n kautta jaettavaksi 100 kpl Turun AMK:n myyntiä varten Lisäksi verkkoversio, johon linkki TransEcon ja Motivan sivuilta Taloudellisen ajamisen käsikirja, Markku Ikonen 220813 22 www.turkuamk.fi
23 Moottorin esilämmitys
24 Moottorin esilämmitys
25 Moottorin esilämmitys
Henkilöautojen propulsiotekniikat
27 Propulsio ajoneuvon omapainon vaikutus kulutukseen Kulutus [l/100 km] 12 11 10 9 8 7 6 Bensiini R² = 0,83 EURO -7 R² = 0,68 EURO 23 R² = 0,74 HKI-ruuhka -7 R² = 0,75 HKI-ruuhka 23 R² = 0,78 Maantiesykli -7 R² = 0,80 Maantiesykli 23 Kulutus [l/100 km] 5 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 Ajoneuvon omapaino [kg] 9 Diesel 8 7 6 5 4 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 Omapaino [kg] R² = 0,75 R² = 0,78 R² = 0,61 R² = 0,69 R² = 0,36 R² = 0,55 EURO -7 EURO 23 HKI-ruuhka -7 HKI-ruuhka 23 Maantie -7 Maantie 23
28 Propulsio ajoneuvon moottoritehon vaikutus kulutukseen Kulutus [l/100 km] Kulutus [l/100 km] 12 11 Bensiini R² = 0,80 EURO -7 10 9 8 7 6 R² = 0,89 R² = 0,77 R² = 0,85 R² = 0,58 EURO 23 HKI-ruuhka -7 HKI-ruuhka 23 Maantiesykli -7 R² = 0,69 Maantiesykli 23 5 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Teho [kw] 9 Diesel R² = 0,40 8 EURO -7 R² = 0,28 EURO 23 7 R² = 0,72 HKI-ruuhka -7 6 R² = 0,21 5 R² = 0,31 HKI-ruuhka 23 Maantie -7 4 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Teho [kw] R² = 0,22 Maantie 23
29 g CO2-eq / MJ gco2-eq/mj 100 80 60 40 20 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 EU average fossil fuel IEA CARPO Polttoaineiden well-to-tank energiatehokkuus Natural gas to CNG fuel production gco2-eq/mj Biogas to CBG (Gasum) Parhaat raaka-aineet Biogas to CBG (organic waste) Wheat to EtOH fuel combustion gco2-eq./mj Straw to EtOH g CO2-eq / MJ Rapeseed to Rapeseed to HVO FAME 100 80 60 40 20 0 ~200 g CO2-eq / MJ Palm oil to HVO Palm oil to FAME Huonoimmat raaka-aineet waste animal oil to HVO/FAME fuel production gco2-eq/mj fuel combustion gco2-eq./mj fuel production gco2-eq/mj fuel combustion gco2-eq./mj
30 Sähköauto Bi-fuel FFV + Energiatehokkain kaikilla ajosuoritteilla - Käyttösäde, (sähköntuotannon WTT) + Ottomoottoreista pienimmät TTW CO 2 päästöt (samalla energiatehokkuudella) + Biokaasu vähentää WTW CO 2 päästöjä tehokkaasti - Kylmässä kaupunkiajossa kohonneet NOx ja CO päästöt kaasulla ajettaessa + E85 vähentää WTW CO 2 päästöjä polttoaineen raaka-aineesta riippumatta - NOx päästöt moottori- ja maantieajossa muita ottomoottoreita suuremmat Yhteenveto CARPO tuloksista Diesel + Energiatehokas vaihtoehto + pienet CO ja HC päästöt + HVO vähentää WTW CO 2 päästöjä tehokkaasti polttoaineen raaka-aineesta riippumatta - Suuret NOx ja NO2 päästöt etenkin kaupunkiajossa Bensiini + kompromissi energiatehokkuuden ja päästöjen välillä + pienempitehoinen moottori muita ottomoottoreita energiatehokkaampi - Mahdollisuudet WTW CO 2 päästöjen vähentämiseen vaihtoehtoisilla polttoaineilla toistaiseksi vähissä TTW hiilidioksidipäästöjen ero energiatehokkaimman ja kuluttavimman vaihtoehdon välillä oli mittauksissa noin 1,6:1 WTW hiilidioksidipäästöjen ero fossiilisen ja uusiutuvan polttoaineen välillä oli suurimmillaan lähes 4:1
31 VTT luo teknologiasta liiketoimintaa