RASTU Uusimpien raskaiden ajoneuvojen todellinen … · • Scania • MAN (+ PM-KAT)...
Transcript of RASTU Uusimpien raskaiden ajoneuvojen todellinen … · • Scania • MAN (+ PM-KAT)...
RASTU Uusimpien raskaiden ajoneuvojen todellinen suorituskyky
Liikenteen ympäristöhaasteet –seminaari 4.12.2007Kimmo Erkkilä
2
SISÄLTÖ
• Pakokaasumääräysten lainsäädäntö• Raskaiden ajoneuvojen päästöjen vähennystekniikat• Kaupunkibussien päästötutkimus VTT:llä
• RakeBus – Rastu• Mittausmenetelmät• Mitatut autot• Tulokset
• Kuorma-autot• Yhteenveto
Päästö-taso Alkaen Testisykli CO(g/kWh)
THC(g/kWh)
NMHC(g/kWh)
NOx(g/kWh)
PM(g/kWh)
Smoke(m-1)
EURO 0 1988 R49 11.2 2.4 14.4 - *
EURO 1 1992 R49 4.5 1.10 8.0 0.35 *
EURO 2 1995 R49 4.0 1.10 7.0 0.15 *
EURO 3 2000 ESC+ELRETC
2.15.45
0.66 0.78 5.05.0
0.100.16
0.8
EURO 4 2005 ESC+ELRETC
1.54.0
0.46 0.55 3.53.5
0.020.03
0.5
EURO 5 2008 ESC+ELRETC
1.54.0
0.46 0.55 2.02.0
0.020.03
0.5
EEV ESC+ELRETC
1.53.0
0.25 0.40 2.02.0
0.020.02
0.15
* Savutuksen määritys eroavalla mittaustavalla (72/306/EEC / ECER24) Lisätietoa pakokaasusäännöksistä: www.dieselnet.com
Dieselmoottoreille typen oksidit (NOx) ja partikkelit (PM) haastavimpia
RASKAIDEN AJONEUVOMOOTTORIEN PÄÄSTÖRAJAT
5
PÄÄSTÖRAJOITUSTEN KEHITYS
NOx and PM emission limits for heavy-duty enginesETC and ESC
0
2
4
6
8
10
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40Euro emission level
g/kW
h
Euro 1 (ESC)Euro 2 (ESC)Euro 3 (ESC)Euro 4Euro 5Euro 3EEVEuro 6 (proposal)
Euro 1
Euro 2
EEV
Euro 5
Euro 3ESC ETC
Euro 4
Euro 6 (proposal)
6
PÄÄSTÖMÄÄRÄYSTEN TÄYTTÄMINEN
• Euro 4 -määräykset astuivat voimaan kaikille uusina myydyille kuorma- ja linja-autoille 1.10.2006
• 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)
7
• Valmistajien tekniikkavalinnat Euro 4 –päästötasoon mentäessä
• SCR (Selective Catalytic Reduction)• Volvo• Mercedes-Benz• Iveco• muut..
• EGR (Exhaust Gas Recirculation)• Scania• MAN (+ PM-KAT)
PÄÄSTÖMÄÄRÄYSTEN TÄYTTÄMINEN
8
SCANIAN EURO4 -TEKNIIKKA
• Jäähdytetty EGR• Korkeapaineinen
polttoaineen ruiskutus SCANIA HPI >> XPI (2006)
• Turbocompound (joissain malleissa)
10
PARTIKKELISUODATTIMET JA -KATALYSAATTORIT
• MAN PM-Kat® partikkelikatalysaattori
• Keraaminen partikkelisuodatin (wall flow filter)
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 RASTU- hankkeeseen
• Tähän mennessä mitattu noin 90 bussia (ml. seurantamittaukset), sisältäen Euro 1 – EEV -autoja
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.
13
VTT on mitannut joyli 100 bussia ja n. 70 kuorma-autoa!
Mittaustarkkuus:•polttoaineen kulutus +1 %•pakokaasupäästöt +15 %
MITTAUSMENETETELMÄT - ALUSTADYNAMOMETRI
14
B ra u n s c h w e ig B u s C y c le
0
10
20
30
40
50
60
70
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
T im e (s )
Spee
d (k
m/h
)
MITTAUSMENETELMÄT - AJOSYKLIT
• Braunschweig kaupunkibussisykli• ajoaika 1740 s• ajomatka 10.873 km• keskinopeus 22.5 km/h• maksiminopeus 58.2 km/h• tyhjäkäynnin osuus 25 %
15
0
200
400
600
800
1000
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Engine Speed rpm
Torq
ue N
m
BraunschweigETC
KAUPUNKIBUSSIN MOOTTORIN KUORMITUS VS. TYYPITYSSYKLI -ESIMERKKI
16
• Mitatut kaupunkibussit 2002 – 2007 (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
KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT – RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA
Maakaasuautot:• Euro 2 CNG – autot 2 kpl• Euro 3 CNG – autot 7 kpl• EEV CNG – autot 12 kplYht. 21kpl
17
KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT – RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA
NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle
0
5
10
15
20
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
PM g/km
NO
x g/
km
Diesel Euro 1Diesel Euro 2Diesel Euro 3Diesel Euro 4Diesel Euro 5Diesel + CRT Euro 2 & 3Diesel CRT EEVCNG Euro2CNG Euro3CNG EEVEuro limits (by factor 1.8)Euro 3 calibration
Euro 1 (ESC)
Euro 2 (ESC)
Euro 4Euro 5
EEV
Euro 3ESC ETC
Kattava päästötietokanta antaa refererenssin uusille tuloksille
18
KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT – RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA
NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle
0
3
6
9
12
15
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
PM g/km
NO
x g/
km
Diesel Euro 2 averageDiesel Euro 3 averageDiesel Euro 4Diesel Euro 5Diesel CRT EEVCNG Euro3 averageCNG EEVEuro 3 calibrationEuro limits (by factor 1.8)
Euro 1
Euro 2
Euro 3ESC ETC
Euro 4
EEV Euro 5
Kuvassa esitetty uusimmat autot yksilöinä ja vanhempi kalusto keskiarvoina
19
KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT – RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA
NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle
0
3
6
9
12
15
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
PM g/km
NO
x g/
km
Diesel Euro 2 averageDiesel Euro 3 averageDiesel Euro 4Diesel Euro 5Diesel CRT EEVCNG Euro3 averageCNG EEVEuro 3 calibrationEuro limits (by factor 1.8)
Euro 1
Euro 2
Euro 3ESC ETC
Euro 4
EEV Euro 5
Suurin osa mitatuista Euro 4 busseista (5/8) vastannut todellisilta päästöiltään Euro 3 -tasoa
20
KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT – RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA
NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle
0
3
6
9
12
15
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
PM g/km
NO
x g/
km
Diesel Euro 2 averageDiesel Euro 3 averageDiesel Euro 4Diesel Euro 5Diesel CRT EEVCNG Euro3 averageCNG EEVEuro 3 calibrationEuro limits (by factor 1.8)
Euro 1
Euro 2
Euro 3ESC ETC
Euro 4
EEV Euro 5
Yksi Euro 4 SCR bussi paljastaa dieseltekniikan potentiaalin myös todellisessa ajosyklissä
21
KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT – RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA
NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle
0
3
6
9
12
15
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
PM g/km
NO
x g/
km
Diesel Euro 2 averageDiesel Euro 3 averageDiesel Euro 4Diesel Euro 5Diesel CRT EEVCNG Euro3 averageCNG EEVEuro 3 calibrationEuro limits (by factor 1.8)
Euro 1
Euro 2
Euro 3ESC ETC
Euro 4
EEV Euro 5
Ensimmäinen tähän mennessä mittattu EEV-dieselbussi (varustettu SCR:llä + CRT:llä) ylsi laihaseosmaakaasuautojen tasolle
22
KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT – RAKEBUS PÄÄSTÖTIETOKANTA
NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle
0
5
10
15
20
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
PM g/km
NO
x g/
km
Diesel Euro 1Diesel Euro 2Diesel Euro 3Diesel Euro 4Diesel Euro 5Diesel + CRT Euro 2 & 3Diesel CRT EEVCNG Euro2CNG Euro3CNG EEVEuro limits (by factor 1.8)Euro 3 calibration
Euro 1 (ESC)
Euro 2 (ESC)
Euro 4Euro 5
EEV
Euro 3ESC ETC
Maakaasuautoilla aina erittäin matalat partikkelipäästöt,typen oksidit tekniikasta riippuen.
23
KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT – NOx vs. CO2
NOx and CO2 emissions over the Braunschweig city bus -cycle
0
5
10
15
20
800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700CO2 g/km (for diesels by fuel consumption)
NO
x g/
km
CNG Euro3CNG EEVDiesel Euro 3Diesel Euro 4Diesel Euro 5Diesel EEV + CRTLight weight busesLight weight
buses
3-axle
1100 g/kmTarget for 2-axle city buses with load of 3000 kg
Maakaasuautojen CO2 määritelty pakokaasuista => epävarmuus 15%. Dieselien tulokset tarkempia (epäv. 1%)
24
SÄÄNTELEMÄTTÖMÄT PÄÄSTÖT – HIUKKASTEN KOKOJAKAUMAT JA LUKUMÄÄRÄT
Braunschweig, 1/2-kuorma
0.0E+00
1.0E+14
2.0E+14
3.0E+14
4.0E+14
5.0E+14
6.0E+14
7.0E+14
0.01 0.1 1
Da (µm)
dN/d
logD
p (#
/km
)
EEV CNG 3-toimikat.EEV diesel SCRTEuro 4 diesel EGR
25
SÄÄNTELEMÄTTÖMÄT PÄÄSTÖT – POLYAROMAATTISET HIILIVEDYT
PAH emission from Braunschweig test
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Euro 3Diesel
Euro 3Diesel +
OC
Euro 3Diesel +
CRT
EEV LBCNG + OC
Euro 3 LBCNG + OC
EEV LMCNG
TW/OC
EEV SMCNG
Euro 5Diesel +
SCR
sum
PA
H [µ
g/km
]
2 to 3 ringed PAH
> 4 ringed PAH
EPA/IARC priority PAHs
540 70 400 25 1292 16
26
Aldehydes, BSC
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Di Euro III Di Euro III OC CNG EEVTW /OC
Di Euro V SCR
mg/
km
FAAA
SÄÄNTELEMÄTTÖMÄT PÄÄSTÖT – ALDEHYDIT
27
KEHITTYNEIMPIEN DIESEL- JA MAAKAASUAUTOJEN PÄÄSTÖJEN YHTEENVETOKUVA
Relative emissions, worst result = 100%Brauschweig cycle
0 %
50 %
100 %
PAH car.
FA
Ames
NO2
NOxCO2
PM
PM#
NMHC
EEV SCRT Diesel
EEV LM CNG +TW/OC
Euro 3 Diesel
28
TEKNIIKOIDEN TOIMINTA ERILAISISSA KUORMITUSSYKLEISSÄ
Full load (18 000 kg)
WTVCECE15HELS. 1BRORANGEADEMENYBUS
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
PM g
/km
Euro 3 DieselEEV CNGEuro 4 SCR
Full load (18 000 kg)
WTVCECE15HELS. 1BRORANGEADEMENYBUS0
5
10
15
20
25
30
35
NO
x g/
km
Euro 3 DieselEEV CNGEuro 4 SCR
Lähde: IEA AMF Annex XXIXhttp://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2007/T2396.pdf
BR = Braunschweig
29
TUTKIMUSRAPORTTEJA INTERNETISSÄ
http://www.vtt.fi/inf/julkaisut/muut/2007/RakeBus2005.pdf http://www.vtt.fi/inf/julkaisut/
muut/2007/RakeBus2006.pdf
http://www.vtt.fi/inf/julkaisut/muut/2004/TransitBusEmission.pdf
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 2005
31
KUORMA-AUTOTTractor-trailers (max. 60t)
PM- and NOx-emissions on highway and motorway cycles
0
2
4
6
8
10
12
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)
NO
x-em
issi
on (g
/kW
h at
driv
en w
heel
)
Euro3 AverageEuro4 EGREuro4 EGR+PMKatEuro4 SCREuro4 SCREuro4 SCRFreewayHighway
Mittauksissa käyneen PMKatilla varustetun auton korkeat partikkelipäästöt selittynevät viallisella hiukkaskatalysaattorilla
32
KUORMA-AUTOT
Tractor-trailers (max. 26t) PM- and NOx-emissions on delivery-cycle
0
2
4
6
8
10
12
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12
PM-emission ( g/kWh at driven wheel)
NO
x-em
issi
on (g
/kW
h at
driv
en w
heel
)
Euro4 EGR+PMKatEuro4 EGREuro4 SCREuro4 SCREuro4 SCR
Keskikuormituksen keventyessä myös kuorma-autojen tulokset heikkenevät
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
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