Assessment of technologies to reduce fuel consumption and pollutant emissions of modern passenger cars in real - world driving conditions

Abstract

Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής αποτυπώθηκαν οι εκπομπές και η κατανάλωση καυσίμου πολλών οχημάτων σε διάφορες συνθήκες οδήγησης και διερευνήθηκαν οι τεχνολογίες μείωσής τους. Η επίπτωση συμβατικών τεχνολογιών μείωσης κατανάλωσης εξετάστηκε με μοντελοποιήσεις κύκλων οδήγησης NEDC, WLTP, CADC σε ένα βενζινοκίνητο και ένα πετρελαιοκίνητο όχημα χρησιμοποιώντας την πλατφόρμα AVL Cruise. Οι τεχνολογίες που εξετάστηκαν περιλαμβάνουν ανάκτηση ενέργειας φρεναρίσματος, σύστημα start-stop, μείωση μάζας οχήματος, μείωση αεροδυναμικών αντιστάσεων, μείωση αντιστάσεων κύλισης, αλλαγές στο κιβώτιο ταχυτήτων και βελτιώσεις στην απόδοση του κινητήρα. Κάθε τεχνολογία έχει διαφορετική επίδραση σε κάθε κύκλο οδήγησης, ενώ η συνολική μείωση κατανάλωσης καυσίμου και εκπομπών CO2 που επιτεύχθηκε συνδυάζοντας όλες τις τεχνολογίες ήταν της τάξης του 12-14%. Όσον αφορά τις τεχνολογίες μείωσης ρύπων, εξετάστηκε η δυνατότητα μείωσης των εκπομπών NOx ενός Euro 6b ντίζελ οχήματος. Αρχικά μετρήθηκαν κατά RDE οι εκπομπές NOx και βρέθηκαν 5 φορές περισσότερες από το όριο των 80mg/km. H λειτουργία του κινητήρα του οχήματος προσομοιώθηκε σε εργαστηριακή πέδη, όπου εγκαταστάθηκε ένας πανομοιότυπος κινητήρας. Σε αυτόν έγιναν τροποποιήσεις στο σύστημα μετεπεξεργασίας καυσαερίων, με κύρια αλλαγή την αντικατάσταση του συστήματος LNT με σύστημα SCR. Οι τροποποιήσεις μείωσαν στις εκπομπές NOx κατά 90%, επιτυγχάνοντας συμμόρφωση με τα Euro 6 όρια, χωρίς να επιβαρύνουν την κατανάλωση καυσίμου. Στη συνέχεια εξετάστηκε η επίδραση των συνθηκών οδήγησης στις εκπομπές και την κατανάλωση καυσίμου. Συγκεκριμένα διερευνήθηκε η λειτουργία τριών Euro 6 ντίζελ σε κύκλους οδήγησης NEDC, WLTP, CADC και στο δρόμο σε κανονικά δρομολόγια εντός RDE νομοθεσίας και σε άλλα πιο δυναμικά. Η στρατηγική μείωσης των εκπομπών και των τριών οχημάτων φαίνεται να στοχεύει αποκλειστικά τον κύκλο NEDC, καθώς στα σημεία λειτουργίας εκτός του NEDC η χρήση αντιρρυπαντικών συστημάτων ελαχιστοποιείται. Οι εκπομπές κατά τον WLTP ήταν πιο κοντά στις εκπομπές που μετρήθηκαν σε πραγματικές συνθήκες, ωστόσο, το εύρος λειτουργίας του κινητήρα κατά τη μέτρηση στον δρόμο ήταν μεγαλύτερο από το εύρος κατά τις εργαστηριακές συνθήκες. Επιπλέον, τα επίπεδα εκπομπών NOx αυξάνονται δραματικά κατά την οδήγηση του οχήματος με πιο δυναμικό τρόπο, εκτός των προδιαγραφών του RDE κανονισμού. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις εκπομπών στο δρόμο σε ένα στόλο οχτώ οχημάτων, δύο ντίζελ, ένα βενζινοκίνητο, ένα όχημα φυσικού αερίου, ένα υγραεριοκίνητο, ένα υβριδικό και δύο παλαιότερα βενζινοκίνητα που έχουν μετατραπεί σε υγραεριοκίνητα. Κανένας τύπος καυσίμου/κινητήρα δεν είχε χαμηλές εκπομπές CO2, CO και NOx σε όλο το φάσμα των πραγματικών συνθηκών λειτουργίας. Ωστόσο αξίζει να σημειωθεί ότι τα παλαιότερα οχήματα υγραερίου-βενζίνης είχαν τις χειρότερες επιδόσεις εκπομπών, το όχημα με φυσικό αέριο είχε τις χαμηλότερες εκπομπές CO2 και ότι το υβριδικό είχε τις χαμηλότερες εκπομπές ρύπων CO και NOx συνδυαστικά. Όσον αφορά τους συμβατικούς τύπους οχημάτων, τα ντίζελ είχαν πολύ υψηλές εκπομπές NOx, ενώ τα βενζινοκίνητα σε δυναμικές συνθήκες οδήγησης, είχαν εξαιρετικά υψηλές εκπομπές CO φτάνοντας τις 35 φορές πάνω από τα νομοθετημένα όρια.