RASTU Uusimpien raskaiden ajoneuvojen todellinen … · • Scania • MAN (+ PM-KAT) PÄÄSTÖMÄÄRÄYSTEN TÄYTTÄMINEN. 8. SCANIAN EURO4 -TEKNIIKKA • Jäähdytetty EGR • Korkeapaineinen

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

3

EU lainsäädäntö

http://www.vca.gov.uk/legislation/information-notices.asp

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


1.54.0

0.46 0.55 3.53.5

0.020.03

0.5


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


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



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



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


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



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


Euro 1

Euro 2

Euro 3ESC ETC

Euro 4

EEV Euro 5

Yksi Euro 4 SCR bussi paljastaa dieseltekniikan potentiaalin myös todellisessa ajosyklissä

21



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


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



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

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

35

Kiitos mielenkiinnosta!

RASTU Uusimpien raskaiden ajoneuvojen todellinen … · • Scania • MAN (+ PM-KAT) PÄÄSTÖMÄÄRÄYSTEN TÄYTTÄMINEN. 8. SCANIAN EURO4 -TEKNIIKKA • Jäähdytetty EGR • Korkeapaineinen

Documents