Effekter av EcoDriving på avgasutsläpp och bränsleförbrukning

Effekter av EcoDriving på avgasutsläpp och bränsleförbrukning

En förstudie

0 5 10 15 20 25 30 35 40

7700 7750 7800 7850 7900

Sträcka (m) Hastighet (km/h)

Före

Efter

Huvudkontoret

Postadress Besöksadress Telefon Telefax

781 87 BORLÄNGE Röda vägen 1 0243 - 750 00 0243 - 846 40

Upphovsman (författare)

Håkan Johansson Vägverket, Avdelningen för miljö och naturresurser, Jonny Färnlund och Christian Engström Rototest AB

Dokumentets titel

Effekter av EcoDriving på avgasutsläpp och bränsleförbrukning, en förstudie

Huvudinnehåll

Syftet med förstudien är att studera om EcoDriving har någon negativ inverkan på

avgasutsläppen samt att peka på vad som bör förändras i konceptet för att minimera utsläpp och bränsleförbrukning.

I förstudien användes en personbil med mätutrustning för körsätt, position (GPS) och ett stort antal motorparametrar vid utbildning av 16 elever i EcoDriving. En för fordonet speciellt utvecklad modell möjliggjorde beräkning av bränsleförbrukning och avgaser.

I rapporten redovisas effekterna av EcoDriving på bränsleförbrukning och avgasutsläpp samt en validering av färddatorn Econen.

ISSN 1401-9612

Nyckelord

Ekonomiskt körsätt, EcoDriving, Econen, körsätt, bränsleförbrukning, avgasutsläpp

Distributör (namn, postadress, telefon, telefax)

Vägverket, Huvudkontoret, 781 87 Borlänge, telefon 0243-750 00, telefax 0243-846 40

Förord

I arbetet med att stegvis åstadkomma det hållbara transportsystemet bör man inte fokusera på enskilda frågor och effekter. Man bör istället ha ett helhetsperspektiv och försöka hitta åtgärder som ger största möjliga nytta. Detta kan ske genom åtgärder som löser flera problem samtidigt, alternativt att nyttan som åtgärden bidrar med för att lösa ett aktuellt problem är så stor att den överskuggar eventuella negativa effekter på andra problem.

EcoDriving är en åtgärd främst för att minska bränsleförbrukning och utsläpp av koldioxid, men har även visat sig kunna bidra till minskning av restid samtidigt som olyckskostnader minskar. För att kunna veta om EcoDriving verkligen är en bra åtgärd i steget mot det hållbara transportsystemet så är det viktigt att veta om det har någon negativ inverkan på övriga avgasutsläpp. Hittills har dock kunskapen om detta varit mycket bristfällig. Denna förstudie är ett första steg mot ökad kunskap om effekten av EcoDriving på avgasutsläppen.

Förstudien har genomförts i samarbete mellan Vägverket, Avdelningen för miljö och naturresurser och Rototest AB.

Ett speciellt tack ges till Jan Alexandersson på Sveriges Trafikskolors Riksförbund som bl.a.

med kort varsel förmedlade kontakter med de olika körskolorna och på så sätt bidrog till att förstudien blev genomförbar. De olika körskolorna som ställde upp i försöket och fyllde i extra formulär och ritade kartor på körslingorna skall givetvis också ha ett tack.

Pär Gustafsson på Avdelningen för miljö och naturresurser har också bidragit med värdefulla synpunkter såväl på rapporten som vid analysen av datamaterialet.

Borlänge i december 1999

Gerd Åström

Innehållsförteckning

Förord

Sammanfattning

1 Bakgrund _____________________________________________________________ 1 2 Försöksupplägg ________________________________________________________ 3

2.1 Instruktörer och elever _____________________________________________________ 3 2.2 Fordon ___________________________________________________________________ 3 2.3 Körslingor ________________________________________________________________ 3 2.4 Mätutrustning i fordonet ____________________________________________________ 5 2.5 Modell för beräkning av avgasutsläpp och bränsleförbrukning ____________________ 6 3 Resultat _______________________________________________________________ 8

3.1 Körsätt___________________________________________________________________ 8 3.2 Bränsleförbrukning och avgasutsläpp ________________________________________ 12 3.3 Jämförelse mellan Econen och Rototest IVAS _________________________________ 14 4 Diskussion____________________________________________________________ 16

4.1 Emissionsbildning i ottomotor med katalysator ________________________________ 16

4.2 Orsaker till förhöjda utsläpp av kolväten och kolmonoxid _______________________ 18

4.3 Orsaker till förhöjda utsläpp av kväveoxider __________________________________ 22

4.4 Effekter av EcoDriving ____________________________________________________ 25

4.5 Vidareutveckling av mätutrustningen som används vid utbildningen ______________ 28

5 Slutsatser_____________________________________________________________ 30

6 Referenser____________________________________________________________ 31

Sammanfattning

Ekonomiskt körsätt har under senare år fått vidare betydelse genom att det numera även ses som en åtgärd för att minska utsläppet av koldioxid. Det vanligaste utbildningskonceptet för ekonomiskt körsätt i Sverige är EcoDriving. Detta koncept, som kommer från Finland,

översattes och bearbetades av Sveriges Trafikskolors Riksförbund (STR) i slutet av 1998 med stöd från Vägverket och Energimyndigheten. STR håller även i utbildningen av instruktörer.

Effekterna på bränsleförbrukningen för såväl EcoDriving som andra koncept för ekonomiskt körsätt är relativt väl undersökta. I dagsläget saknas det dock i stort sett direkta jämförelser av avgasutsläppen mellan ekonomiskt körsätt och ”vanligt” körsätt.

Syftet med denna förstudie är därför att studera om EcoDriving har någon negativ inverkan på avgasutsläppen samt att peka på vad som bör förändras i konceptet för att minimera utsläpp och bränsleförbrukning.

I denna förstudie har utbildningar i EcoDriving utnyttjats för att göra mätningar av körsätt, bränsleförbrukning och avgasutsläpp såväl före som efter instruktion om hur man kör bränslesnålt.

Försöket genomfördes på tre olika platser med tre olika instruktörer och totalt 16 elever. Vid försöket användes en och samma bensindrivna personbil av 1998 års modell. Fordonet var försett med mätutrustning för körsätt, position och ett stort antal motorparametrar. Det sistnämnda gjorde det möjligt att beräkna bränsleförbrukning och avgasutsläpp med en för bilen speciellt utvecklad modell.

Medelhastigheten för samtliga 16 förare var i stort sett den samma före respektive efter instruktion (36.9 km/h före respektive 36.7 km/h efter instruktion). Detsamma gäller medelaccelerationen (0.67 m/s ² före respektive 0.69 m/s ² efter) . Medelretardationen förändrades dock från –0.49 m/s ² före instruktion till –0.41 m/s ² efter instruktion.

Minskningen i retardationsnivån beror på att kraftigare retardationer med fotbroms har ersatts av långsammare retardationer med motorbroms.

Eleverna körde i betydligt större utsträckning på högsta växeln efter instruktion jämfört med före. Växlar hoppades också över vid acceleration vilket resulterade i 25% färre växlingar efter instruktion jämfört med före instruktion.

I EcoDriving finns rekommendationer om ett maximalt motorvarvtal på 3000 rpm och

maximalt halv gas (pedalläge) vid acceleration. Dessa rekommendationer finns framförallt för att minimera avgasutsläppen. Det maximala motorvarvtalet överskreds såväl före som efter instruktion men andelen tid med överskridande minskade efter instruktion. Andelen tid med mer än halvgas ökade dock till det dubbla efter instruktion jämfört med före instruktion, troligen som ett resultat av att eleverna inte informerades tillräckligt tydligt om

rekommendationerna.

Bränsleförbrukningen och utsläppet av koldioxid minskade som ett resultat av instruktionen

med i medeltal 10.9%. För avgasutsläppen gick det inte att statiskt säkerställa några ökningar

eller minskningar av utsläppen beroende på att det var mycket stora variationer i utsläppen för

olika elever.

Analysen av materialet visade att det fanns ett tydligt samband mellan andelen tid med gaspådrag över halv gas och utsläpp av kolväten och kolmonoxid. Det gick inte att påvisa något samband mellan andelen tid med mer än halv gas och bränsleförbrukningen och

utsläppet av kväveoxider. Detta gör att gaspådraget kan minskas till förmån minskade utsläpp av kolväten och kolmonoxid utan att bränsleförbrukningen och utsläppet av kväveoxider ökar.

Det visade sig också finnas ett visst samband mellan högre motorvarvtal och ökade utsläpp av kväveoxider.

Eleverna delades i analysen upp i en grupp som hade följt rekommendationerna om maximalt motorvarvtal och gaspådrag i större utsträckning och en grupp som hade följt dessa

instruktioner i mindre utsträckning. Genom att göra detta kunde konstateras att förutsatt att eleverna följer rekommendationer om maximalt motorvarvtal och gaspådrag så kan

avgasutsläppen minska med EcoDriving för det aktuella fordonet. Osäkerheterna är dock stora och det går inte statistiskt säkerställa dessa minskningar utom möjligen för utsläppet av kolväten.

Det går egentligen inte att säga något om hur utsläppen skulle förändras med en annan bil med andra avgasegenskaper, utsläppen kan både öka och minska. Det är dock högst troligt att instruktionerna om maximalt varvtal och gaspådrag ökar möjligheterna till minskade

avgasutsläpp.

Uppdelningen i de två grupperna visade också att de elever som hade ett aggressivt körsätt före instruktion behöll det oftast även efter instruktion. För att komma till rätta med detta måste man lägga mer vikt på rekommendationerna om maximalt gaspådrag och motorvarvtal för elever med sådana tendenser.

I försöket validerades också den färddator, Econen, som används i EcoDriving utbildningen.

Valideringen visade att Econen ger tillfredsställande noggrannhet vid bestämning av bränsleförbrukning, körsträcka och medelhastighet.

Econen har inga funktioner för att ge indikationer på storleken på avgasutsläppen (utöver koldioxid). Det skulle dock vara en fördel om eleverna fick en återkoppling huruvida

körningen har resulterat i låga avgasutsläpp eller inte. För att få detta bör lärarnas bilar förses med utrustning som ger indikationer på avgasutsläppen. För utsläpp av kolväten och

kolmonoxid kan troligen signalen från lambdasonden användas för detta ändamål. För

kväveoxider är det dock något svårare att få fram en indikation på utsläppen.

1 Bakgrund

Ekonomiskt körsätt är inget nytt. Som exempel kan nämnas den klassiska rapporten

”Körsättets betydelse för bränsleförbrukningen” av Laurell (1985). Sedan dess har dock en hel del förändrats. Dels är har bensindrivna personbilar sedan 1989 nästan uteslutande elektroniskt styrd bränsleinsprutning vilket har gjort att en del av rekommendationerna för ekonomiskt körsätt har förändrats. Dels har begreppet ekonomiskt körsätt fått en vidare betydelse genom att det numera även ses som en åtgärd för att minska utsläppet av koldioxid.

Det vanligaste konceptet för ekonomiskt körsätt i Sverige är EcoDriving. Detta koncept som kommer från Finland översattes och bearbetades av Sveriges Trafikskolors Riksförbund (STR) i slutet av 1998 med stöd från Vägverket och Energimyndigheten. STR håller även i utbildningen av instruktörer. Under våren 1999 utbildades ett hundratal trafikskollärare till instruktörer i EcoDriving.

Även internationellt sker en hel del för att utbilda förare i ekonomiskt körsätt. Speciellt värda att nämnas, utöver EcoDriving i Finland, är de aktiviteter som bedrivs inom projekten

”Energie 2000” i Schweiz och inom ”The New Driving Force” i Nederländerna (Reinhardt, 1999 respektive Wilbers, 1999).

Effekterna på bränsleförbrukningen för såväl EcoDriving som andra koncept för ekonomiskt körsätt är relativt väl undersökt. I dagsläget saknas det dock i stort sätt direkta jämförelser av avgasutsläppen mellan ekonomiskt körsätt och vanligt körsätt.

Syftet med denna förstudie är därför att studera om EcoDriving har någon negativ inverkan på avgasutsläppen samt att peka på vad som bör förändras i konceptet för att minimera utsläpp och bränsleförbrukning.

Utbildningen i EcoDriving är uppdelad i en praktisk del och en teoretisk del.

I den praktiska delen av utbildningen i EcoDriving kör eleven en slinga på ca 10 km i tätort, med visst inslag av vägar med högre hastighetsgränser, två gånger. Vid den första körningen, som inleder utbildningen, kör eleven som vanligt utan några påpekanden från instruktören om körsättet. Sedan ger instruktören en del råd om hur eleven kan förbättra sitt körsätt och

demonstrerar också om hur man kan göra i olika situationer. Eleven får därefter köra samma slinga en gång till och tillsammans med instruktören tillämpa de nya kunskaperna.

Bränsleförbrukningen mäts med en avancerad färddator (Econen) vid de två tillfällena.

Erfarenheter från Sverige och Finland visar att bränsleförbrukningen i medeltal är drygt 10 procent lägre vid den andra körningen efter instruktion jämfört med den första körningen.

Störst material i Sverige kanske finns för de demonstrationer av EcoDriving, d.v.s. endast den praktiska delen av utbildningen, som genomförts i Borlänge och Tylösand under 1998 och 1999. Demonstrationerna omfattar totalt 101 personer. Bränsleförbrukningen minskade i medeltal med 11 % i Borlänge och 12.5% i Tylösand. Även tiden för att köra slingan minskade signifikant med 5.3% och 1.8% för respektive orter.

En möjlig invändning mot detta sätt att mäta effekterna, är att eleven vare sig är van vid bilen

eller slingan vid första körningen medan eleven är lite mer bekant med detta vid andra

körningen. Detta skulle kunna ha en viss inverkan på bränsleförbrukningen. Ett sätt att

undvika den typen av effekter är att göra långtidsuppföljningar såväl före som efter

utbildningen. Sådana långtidsuppföljningar är på gång i Sverige på flera håll. Den begränsade tiden sedan introduktionen av EcoDriving i Sverige gör dock att det ännu inte finns några resultat. I Finland har dock gjorts vissa långtidsuppföljningar, bl.a. av Posten i Finland och Polisen i Södra Finlands län. Dessa uppföljningar visar på minskningar av bränsleförbrukning i samma storleksordning som under själva utbildningen. Postens uppföljning visar dessutom på minskade olyckskostnader (Donner, 1998).

I vare sig Borlänge eller Tylösand förekom tät trafik med köer i någon större omfattning. Det är oklart vilka reduceringar av bränsleförbrukningen som kan åstadkommas med ekonomiskt körsätt i den typen av trafik. Mer stopp talar för att man skulle kunna påverka

bränsleförbrukningen mer och därmed kunna spara mer bränsle medan trafikintensiteten gör det svårare att köra ekonomiskt så länge detta körsätt inte är allmänt utbrett.

Som stöd för den teoretiska utbildningen finns ett studiehäfte (Mikkola m.fl., 1999). Detta behandlar utöver körsätt även bilens miljöpåverkan och betydelsen av bilval, kallstart, lufttryck, val av färdväg samt underhåll för bränsleförbrukningen.

De grundläggande principerna för ett ekonomiskt körsätt enligt EcoDriving är:

• Vid start bör man försöka växla så snabbt som möjligt till tvåands växel och vidare till högre växlar på 1/3 till 1/2 gas.

• Accelerera på varje växel endast upp till det motorvarvtal där motorns vridmoment är som högst (normalt ca 3000 rpm), så att körning på allt för höga varvtal undviks.

• Såvida din bil inte har varvräknare, accelerera på 1:ans växel till 10-15 km/h, 2:ans växel till 40 km/h, 3-ans växel till 60 km/h och 4:ans eller 5:ans växel till högre hastighet.

• Planera innan du kommer till korsningar och trafikljus eller om du ser att bilen framför dig skall svänga. Närma dig genom att frirulla (för bilar med förgasare) eller motorbromsa (insprutningsmotorer) på så sätt att trafikljusen hinner slå om till grönt eller att du kan fortsätta färden utan att stanna i onödan.

• Kör enligt den övriga trafikrytmen. På livligt trafikerade vägar sparar man inte nämnvärd tid på att köra om, däremot ökar bränsleförbrukningen.

• Lär dig att köra med jämn gas (lämpligt varvtal är ca 2000 rpm) och använd, beroende på vägens topografi, 4:ans eller 5:ans växel där det är möjligt.

• Om din bils motor är stark och har ett högt vridmoment är det mer fördelaktigt att gasa lite mer än att växla till en lägre växel.

En anpassning till motorstarkare bilar i Sverige jämfört med Finland har gjorts genom att rekommendera körning på 5:e växeln redan från 50 km/h vilket ofta motsvarar ca 1500 rpm.

Denna rapport bygger till viss del på två tidigare rapporter (Söderberg och Engström, 1999a samt Söderberg och Engström, 1999b). I denna rapport har dock gjorts ytterligare analyser.

Det har även tillförts en del bakgrundsmaterial för att rapporten skall kunna vända sig till en

bredare målgrupp.

2 Försöksupplägg

Som nämndes i förgående kapitel har det i stort sett inte gjorts några undersökningar om påverkan av ekonomiskt körsätt på avgasutsläppen. Detta gäller även EcoDriving. Idén med denna förstudie är därför att utnyttja utbildningar i EcoDriving för att göra mätningar av körsätt, bränsleförbrukning och avgasutsläpp, såväl före som efter instruktion. Mätningar på körningar vid utbildning av 16 elever i Solna, Jönköping och Köping utnyttjades i förstudien.

2.1 Instruktörer och elever

Försöket genomfördes med 3 olika instruktörer i Solna, Jönköping och Köping vid olika tidpunkter mellan 17 februari och 26 mars 1999. Instruktörerna hade i början av samma år genomgått den första utbildningen i Sverige av chefsinstruktörer i EcoDriving. De hade därför själva praktiserat EcoDriving under relativt begränsad period före försöket.

De 16 eleverna som deltog i försöket, var samtliga trafikskolärare, som skulle utbildas till instruktörer i EcoDriving. De var alltså vana förare och troligtvis mer engagerade än elever som inte skall utbildas till instruktörer. Såväl kvinnliga som manliga körskollärare deltog.

Åtta av eleverna fick sin utbildning i Köping och de resterande åtta var jämnt fördelade på Jönköping och Solna.

2.2 Fordon

Vid försöket användes en och samma bensindrivna VW Golf 1.6 av 1998 års modell på de tre platserna. För att eliminera effekten av kallstart så varmkördes fordonet innan varje nytt utbildningspass påbörjades. De tekniska specifikationerna av bilen framgår av tabell 2.1.

Tabell 2.1 Tekniska specifikationer VW Golf 1.6 –98 (Fabriksuppgifter)

Motor 4 cyl radmotor

Cylindervolym 1595 cm ³

Max effekt 74 kW vid 5600 rpm

Max vridmoment 145 Nm vid 3800 rpm

Tjänstevikt 1170 kg

Bränsleförbrukning enligt EU-norm 7.6 l/100 km (blandad körning)

Avgasutsläpp HC+NOx (EDC) 0.18 g/km

2.3 Körslingor

De tre körslingorna framgår av figur 2.1 till figur 2.3. I samtliga fall har GPS-signalen från fordonen använts för att rita in färdvägen. Slingornas längd var ungefär lika långa. Den

kortaste slingan på 11.4 km var den i Jönköping medan den längsta återfanns i Köping på 12.1

km. Slingorna skiljer sig åt något. Slingan i Solna avviker från de andra genom att nästan

halva sträckan utgjordes av stora trafikleder och vägar med få korsningar vilket gav relativt få

stopp (E4, E18 och Sjövägen). Köping är den enda av slingorna som har en del med motorväg

med skyltad hastighet 110 km/h. På de övriga slingorna var den högsta tillåtna hastigheten 70

km/h. Jönköping hade den största andelen körning i ren tätortsmiljö.

E4 E18

Sj öv äg en

Solna

Start

Figur 2.1 Körslinga i Solna

Jönköping

Start

E4

Figur 2.2 Körslinga i Jönköping

E18

Köping

Start

Figur 2.3 Körslinga i Köping

2.4 Mätutrustning i fordonet

Fordonet var utrustat med mätutrustning för körsätt, position och ett stort antal motorparametrar. Det sistnämnda möjliggjorde beräkning av bränsleförbrukning och avgasutsläpp. Mätsystemet, Rototest IVAS, hade utvecklats tidigare av Rototest AB för Vägverket och Lunds Tekniska Högskola för försökspersonstudien Körsätt 98 som

genomfördes i Västerås hösten 1998 (Johansson m.fl., 1999). Beskrivning av mätsystemet görs därför endast översiktligt i denna rapport. En utförligare beskrivs återfinns i Johansson m.fl., (1999). De parametrar som mättes i fordonet framgår av tabell 2.2.

Tabell 2.2 Parametrar som mättes i fordonet.

Mätstorhet Sort Givare Mätfrekvens

1) Bränsleförbrukning [ml/sek] Spridare. 10 Hz

2) Motorns inloppstemperatur [°C] Termoelement 1 Hz

3) Motorns kylvätsketemperatur [°C] Termoelement 1 Hz

4) Avgastemperatur före kat [°C] Termoelement 1 Hz

5) Avgastemperatur efter kat. [°C] Termoelement 1 Hz

6) Omgivningstemperatur [°C] Termoelement 1Hz

7) Syrehalt avgaser [Volt] (1) Lambdasensor 10 Hz

8) Trottelvinkel [Volt] Spänningsnivå 10 Hz

9) Massflödesmätare [Volt] Spänningsnivå 10 Hz

10) Motorvarvtal [rpm] Pulsgivare 10 Hz

11) Hjulvarvtal [rpm] (2) Induktiv givare 10 Hz

12) Bromsanvändning [Till / Från] Bromsljuskontakt 10 Hz

13) Position [Pos. koordinater] GPS + DGPS 2 Hz

(1) Både original och extra monterad brebandslambdasond (2) Hjulvarvtalet registrerades på ett icke drivande hjul.

Hjulvarvtal tillsammans med uppmätt rullningsomkrets användes för att bestämma fordonets hastighet. Utifrån hastigheten beräknades sedan körsträcka och acceleration.

Mätutrustningen fungerade utan några problem under hela försöket.

Utöver Rototest IVAS var fordonet även utrustat med färddatorn Econen som används vid utbildningen i EcoDriving. Econen är i princip en färddator som anger bränsleförbrukning men innehåller även en lärande funktion som hela tiden försöker få föraren att köra ännu bränslesnålare. Econen mäter och beräknar bl.a. körtid, körsträcka, hastighet, medelhastighet, aktuell förbrukning, medelförbrukning och har inställbar fortkörningsvarning för två

hastigheter.

2.5 Modell för beräkning av avgasutsläpp och bränsleförbrukning

För att kunna utvärdera effekten av olika vägtyper, fordon och förare på avgasutsläpp och bränsleförbrukning behövs en modell med hög tidsupplösning. Denna typ av modeller brukar kallas momentana modeller (instantaneous emission model) som i sin tur kan indelas i

mekanistiska modeller och matrismodeller (Vägverket, 1999). De mekanistiska modellerna innehåller en beskrivning av motor och fordon utifrån vilket emissionerna simuleras.

Matrismodellerna bygger vanligen på en matris där emissionerna ges som funktion av momentan acceleration och hastighet. Matrismodellerna är mindre avancerade och kan vanligen inte kan beskriva betydelsen av t.ex. förändringar i färdmotstånd och växelläge.

I ett FoU-projekt finansierat av Vägverket har Rototest AB för projektet Körsätt 98 utvecklat en mekanistisk modell för den aktuella VW Golf 1.6. Denna modell har även använts i denna förstudie för att beräkna avgasutsläpp och bränsleförbrukning.

Modellarbetet har grundats på tester utförda i Finland av VTT och tester utförda i Rototests laboratorium i Rönninge där avgasemissioner mäts före och efter katalysatorn. Modellen gäller för ett varmkört fordon ( ≥ 80° C motoroljetemperatur och normal

kylvätsketemperatur). Till skillnad från traditionella mekanistiska modeller så kan den nu aktuella modellen beskriva effekten av transienter. en förutsättning för att uppnå hög noggrannhet för bensindrivna personbilar med katalysator.

Modellen bygger på kontinuerliga mätningar av följande parametrar:

• Motorns tillförda luftmängd

• Motorns tillförda bränslemängd

• Motorvarvtal

• Motorbelastning

• Mätt lambdavärde (före katalysator)

• Avgastemperatur före katalysator

• Avgastemperatur efter katalysator

Rototest Vehicle Emission Modell RVEM VW Golf 1.6 –98 grundas på jämförelsen av ovanstående parametrar med mätta avgasemissioner CO 2 , CO, THC, O 2 och NO x före och efter katalysator och modellen beskriver det empiriska sambandet mellan dessa parametrar.

En av svårigheterna har varit att bestämma katalysatorns ”minnesfunktioner” och prestanda vid olika driftsförhållanden.

Målet var att bestämma avgasemissionerna med en avvikelse av max 10% från uppmätta

avgasemissioner, detta har inte helt lyckats, men modellen ger resultat i det närmaste med

uppställda mål. I sammanhanget kan nämnas att det är förhållandevis enkelt att producera en

modell som ger bra resultat för en eller två olika körcykler, men en helt annan sak att få

modellen att överensstämma med en mängd olika driftsförhållanden. Rototest är också

övertygade att det går att förbättra modellen ytterligare, vi bedömer dock föreliggande resultat som tillfredsställande. Modellen har verifierats med tester enligt tabell 2.7. Ett exempel på utvärdering ges i figur 2.3.

Tabell 2.3 Verifiering av modell för VW Golf 1.6 –98 Antal tester Körcykel Fordonsvikt

2 EC 2000 1500 kg

2 EC 2000 2500 kg

1 FTP 75 1500 kg

1 FTP 75 2500 kg

2 US06 1500 kg

1 Höglast 1500 kg

1 Höglast 2500 kg

Modelling performance of NOx (US06, 1500 kg) VW Golf 1.6 -98

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

0 100 200 300 400 500 600

Time, s

Pollutant, g

0 20 40 60 80 100 120 140

Speed, km/h

Modal approximation Bag Modelled Speed Bag

1

Mass Error (g) -0.107

Rel Error -3%

Mean Error Vol (ppm) -5.5

RVEM-VWGOLF1698 (Build 112)

Figur 2.4 Exempel på utvärdering av modell för VW Golf 1.6 –98.

3 Resultat

Data registrerades för samtliga 16 förarna såväl före som efter instruktion. Från dessa data beräknades sedan bränsleförbrukning och avgasutsläpp. Den totala registrerade körsträckan för de 32 körningarna var 375 km.

Samtliga nedan angivna data baseras på Rototest IVAS och beräkningar med Rototest RVEM.

En jämförelse mellan Econen och Rotototest IVAS görs i avsnitt 3.3.

Det är viktigt att påpeka att denna förstudie endast bygger på mätningar med en bil.

Resultaten ska därför ses som indikationer och inte som absoluta sanningar .

3.1 Körsätt

Medelhastigheten för samtliga sexton förare var 36.9 km/h före instruktion och 36.7 km/h efter instruktion. Förändringen är inte statistiskt signifikant. Medelaccelerationen före instruktion var 0.67 m/s ² och i stort sett den samma (0.69 m/s ² ) efter instruktion.

Medelretardation förändrades dock mer, från –0.49 m/s ² före instruktion till –0.41 m/s ² efter.

Minskningen av retardationsnivån var också väntad med tanke på att utbildningen poängterar vikten av planerad körning med färre och mjukare retardationer, företrädesvis med

motorbroms.

I figur 3.1 redovisas fördelningen av retardationsnivåerna före respektive efter instruktion.

Figuren visar relativt tydliga skillnader i retardationsfördelningarna. Andelen retardationer under –0,5 m/s ² är större före jämfört med efter utbildning medan det är omvänt förhållande för retardationer över –0,5 m/s ² . Förklaringen ligger med största sannolikhet i att kraftigare retardationer med fotbroms har ersatts av långsammare retardationer med motorbroms. Detta stöds av att andelen tid med nedtryckt bromspedal minskade från 19% före instruktion till 15% efter instruktion. Andelen sträcka med nedtryckt bromspedal minskade ännu mer från 37% till 23%.

I figur 3.2 redovisas motsvarande fördelning för accelerationerna. Skillnaderna mellan före

och efter instruktion är inte lika tydliga som för retardationerna. Andelen accelerationer över

1.7 m/s ² är dock aningen högre efter instruktion jämfört med före.

0 5 10 15 20 25

-2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0

Acceleration (m/s

) Andel (%)

Före Efter

Figur 3.1 Fördelning av retardationerna före respektive efter instruktion.

0 5 10 15 20 25 30

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Acceleration (m/s

) Andel (%)

Före Efter

Figur 3.2 Fördelningen av accelerationerna före respektive efter instruktion.

Figur 3.3 redovisar ett typexempel på körmönster före respektive efter instruktion. De två

hastighetsminimumen inträffar före två korsningar där bilen svängt 90 grader. Av figuren

framgår tydligt att efter instruktion ser föraren mycket längre fram och planerar retardationen

mycket tidigare. Mellan korsningarna så inser också föraren att det inte är någon ”idé” att

gasa på för att sedan behöva bromsa före nästa korsning. Det är lätt att se i figuren att

retardationsnivåerna efter instruktion är lägre jämfört med före. Det är dock svårt att från

figuren utläsa några skillnader i accelerationsnivå. Detta stämmer också med statistiken i

figurerna 3.1 respektive 3.2.

0 5 10 15 20 25 30 35 40

7700 7750 7800 7850 7900

Sträcka (m)

Hastighet (km/h) Före

Efter

Figur 3.3 Jämförelse av körsätt mellan före och efter utbildning i EcoDriving i Solna. Det första hastighetsminimumet inträffar när föraren retarderar före korsningen mellan

Björkvägen och Filmgatan. Föraren svänger sedan 90 grader ökar hastigheten för att sedan retardera och ett nytt hastighetsminimum inträffar före korsningen mellan Filmgatan och Lövgatan.

Enligt instruktionerna för EcoDriving så skall man accelerera på varje växel endast upp till ett motorvarvtal på högst 3000 rpm (alternativt om man så vet till motorvarvtal där max

vridmoment uppnås). Figur 3.4 redovisar medelfördelningen på motorvarvtal före respektive efter instruktion. Som synes så har instruktionen resulterat i betydligt lägre motorvarvtal.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Motorvarvtal (1/min) Andel (%)

Före Efter

Figur 3.4 Kumulativ fördelning tidsfördelning av motorvarvtalet för samtliga körningar.

I EcoDriving rekommenderas att man hoppar över växlar för att spara bränsle. Detta

förekommer i stort sett inte alls i normalt körsätt (Johansson m.fl., 1999). Figur 3.5 redovisar

växlingsföljd under accelerationsförlopp före respektive efter instruktion. Före instruktion

växlade t.ex. försökspersonerna nästan uteslutande från andra växeln till tredje växeln. Efter

instruktion var det däremot vanligare att försökspersonerna växlade från andra växeln till

fjärde växeln. Detta var också väntat med tanke på instruktionen. Genom att växlar hoppades över minskade också antalet växlingar med 25%.

1 2 3 4 5

1 2

3 45 0%

25%

50%

75%

100%

Andel av totala antalet växlingar

Från växel

Till växel

Före instruktion

1 2

3 4

5 1 2 3 4 5

0%

25%

50%

75%

100%

Andel av totala antalet växlingar

Från växel Till växel

Efter instruktion

Figur 3.5 Växlingsföljd under accelerationsförlopp.

När väl rätt fart har uppnåtts skall man enligt EcoDriving köra på högsta möjliga växel. Figur 3.6 redovisar andelen av körningen i konstant fart (±0.1 m/s ² ) som gjordes på femte växeln före respektive efter instruktion. Som synes av figuren så användes femte växel i betydligt större omfattning vid lägre hastigheter efter instruktion jämfört med före.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

25 35 45 55 65 75

Hastighet (km/h)

Andel (%) Före

Efter

Figur 3.6 Andelen körning på femte växeln konstant fart.

Principerna i EcoDriving att man inte bör accelerera med högre motvarvtal än 3000 varv per minut och med mer än halv gas har sin grund delvis i att det annars finns risk för höga avgasutsläpp. Andelen tid över 3000 varv per minut minskade från 4.5% före instruktion till 3% efter instruktion. Större delen av denna andel är ett resultat av körning på högsta växeln på motorvägen i Köping. Av figur 3.7 framgår att såväl andelen tid med mer än halv gas som andelen tid med mer än tre kvarts gas mer än fördubblades efter instruktion jämfört med före trots att det motsatta borde varit fallet. Det är tydligt att på denna punkt har antingen inte instruktörerna varit tillräckligt tydliga i sitt budskap eller så har inte eleverna följt

instruktörernas uppmaning.

0.0%

0.5%

1.0%

1.5%

2.0%

2.5%

3.0%

3.5%

Andel tid med mer än halv gas Andel tid med mer än 3/4 gas

Andel tid (%) Före

Efter

Figur 3.7 Andelen tid med mer än halv gas (pedalläge) respektive mer än tre kvarts gas före respektive efter instruktion.

3.2 Bränsleförbrukning och avgasutsläpp

Som nämnts ovan visar tidigare erfarenheter att bränsleförbrukningen i medeltal minskar med drygt 10% mellan före och efter instruktion. I denna undersökning så minskade

bränsleförbrukningen med 10.9%. Eftersom utsläppet av koldioxid är direkt proportionellt till bränsleförbrukningen, så minskade även utsläppet av koldioxid med 10.9%. Minskningen var klart signifikant och samtliga elever minskade sin bränsleförbrukning. 75 percentilen var 14.5% (75% hade mindre minskning än 14.5%) och 25 percentilen var 6.7% (25% hade mindre minskning än 6.7%).

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

Före Efter

Bränsleförbrukning (l/100 km)

Före Efter

Figur 3.8 Bränsleförbrukning före respektive efter instruktion. Strecken markerar gränserna

för medelvärdet inklusive 95 procentigt konfidensintervall.

Figur 3.9-3.11 redovisar avgasutsläppen. Det är relativt stor spridning på utsläppen från olika elevers körningar. Detta indikeras också av standardavvikelserna i figurerna. Utsläppet av kolväten och kolmonoxid ökar i medeltal medan utsläppet av kväveoxider minskar. På elevnivå är dock variationen mycket stor. En del elever ökar utsläppen och en del minskar utsläppen från innan instruktion till efter instruktion. I tabell 3.1 redovisas den genomsnittliga förändringen av bränsleförbrukning och avgasutsläppen inklusive 95% konfidensintervall. Av tabellen framgår att det är endast minskningen av bränsleförbrukningen som är statistiskt säkerställd.

Tabell 3.1 Förändringen av bränsleförbrukning och avgasutsläpp inklusive 95 procentigt konfidensintervall (d.v.s. medelvärdet ligger med 95% säkerhet inom intervallet).

Parameter Förändring (%)

Bränsleförbrukning -10.9±3.3

Kolmonoxid +103±180

Kolväten +12±26

Kväveoxider -16±23

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700

Före Efter

Utsläpp (g/km)

Före Efter

Figur 3.9 Utsläpp av kolmonoxid före respektive efter instruktion. Strecken markerar

gränserna för 95 procentigt konfidensintervall av medelvärdet.

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020

Före Efter

Utsläpp (g/km)

Före Efter

Figur 3.10 Utsläpp av kolväten före respektive efter instruktion. Strecken markerar gränserna för 95 procentigt konfidensintervall av medelvärdet.

0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250

Före Efter

Utsläpp (g/km)

Före Efter

Figur 3.11 Utsläpp av kvävoxider före respektive efter instruktion. Strecken markerar gränserna för 95 procentigt konfidensintervall av medelvärdet.

3.3 Jämförelse mellan Econen och Rototest IVAS

Econen medger ingen lagring av tidigare körningar vare sig internt eller via utdatakanal i externt medium. För att kunna jämföra mätdata från Econen med Rototest IVAS har vi därför fått förlita oss på instruktörernas anteckningar i för försöket speciellt utformad blankett. I vissa fall var dock dessa anteckningar bristfälliga. Jämförelsen har gjorts på fyra punkter, specifik bränsleförbrukning, total bränsleförbrukning, körsträcka och medelhastighet.

Enligt mätningar med Econen minskar den specifika bensinförbrukningen (liter per mil) med

11.2 % i genomsnitt för alla körningar. För IVAS är samma genomsnitt 10.9 %.

Skillnaden mellan Econen och IVAS kan bero på kalibreringen. Till skillnad mot IVAS så kalibreras Econen endast i en punkt. Kalibreringen av Econen görs genom att dela inknappad tankad volym med den totala uppmätta insprutningstiden. Därefter antas att sambandet är linjärt och skär genom origo, vilket det inte gör. Detta betyder att Econen kommer att visa för låg förbrukning vid kortare insprutningstider och tvärtom vid längre. Dessutom grundas IVAS kalibrering på massflöde och Econens på volymflöde. Om densiteten ändras kommer

resultaten att avvika.

Vid beräkningen av den totala förbrukningen (liter) har samtliga körningar använts för IVAS, men endast 22 av 32 för Econen. För en körning saknades uppgift för den totala

förbrukningen efter instruktion. Ingen av de fyra körningarna i Solna har nedtecknat uppgift om total förbrukning. Enligt mätningar med Econen minskar den totala bensinförbrukningen med i genomsnitt 12.1 %. För IVAS är samma genomsnitt 10.9 %.

Vid den första behandlingen av data visade det sig att mätinstruktionerna ej följts

tillfredsställande för 8 av de 16 personerna. Det föreföll som om bilen ej varit avstängd i anslutning till testet. Efter manuell inspektion har alla filer ändrats så att testet startar när bilen börjar rulla. Körningarna i Solna var exceptionellt dåligt dokumenterade, vilket har lett till svårigheter med att definiera testets faktiska start.

Beräkning av skillnaden i körsträcka mellan Econen och IVAS visar att det skiljer ±2%

mellan mätningarna. Körningarna från Solna avviker även här.

Medelhastigheten har beräknats inklusive tomgång och visar att Econen avviker ±2% från

IVAS.

4 Diskussion

Det finns relativt omfattande material om vilken effekt ekonomiskt körsätt har på

bränsleförbrukningen (Ahlvik m.fl., 1999). Vad det gäller avgasutsläppen så har det däremot i stort sett saknats kunskap om effekten av ekonomiskt körsätt (med undantag av koldioxid).

Denna förstudie utgör ett första steg för att få bättre kunskap om vilken inverkan av ekonomiskt körsätt och då speciellt EcoDriving har på avgasutsläppen.

Det är viktigt att påpeka att undersökningen endast bygger på mätningar med en bil. Även om det ställs samma krav på avgasutsläppet på alla nya personbilar som säljs inom EU, så visar oberoende tester att avgasutsläppet varierar mycket kraftigt (se Teknikens Värld (1999) och What Car? (1999). Detta gäller speciellt för förhållanden som inte behandlas i europeiska körcykeln. Undersökningar av körsätt i verklig trafik visar betydande delar av körningen ligger utanför den europeiska körcykeln (Johansson m.fl., 1999 och Ny Teknik, 1999).

Resultaten vad det gäller avgasutsläppen får därför mer ses som indikationer än som medelvärden för hela bilparken.

Om underlaget vad det gäller fordon är mycket begränsat så är det lite bättre ställt med antalet försökspersoner. Mängden försökspersoner ger vissa möjligheter att studera vilken förändring som instruktionen ger på körsätt, avgasutsläpp och bränsleförbrukning för ett givet fordon.

Den ger också vissa möjligheter att studera skillnader i beteende mellan individer och skillnader i förändringen av beteende som ett resultat av instruktionen.

Minskningen av bränsleförbrukningen och utsläppet av koldioxid som ett resultat av

instruktionen var 10.9%. Detta resultat får anses vara typiskt för utbildningar i EcoDriving.

Vad det gäller förändringarna av avgasutsläppen som ett resultat av instruktionen gick ingen av dessa förändringar att statistisktsäkerställa . Det förekommer dock mycket höga utsläpp såväl före som efter instruktion. För att kunna erbjuda ett ”miljöanpassat” körsätt så är det viktigt att orsakerna till dessa höga utsläpp klargörs.

4.1 Emissionsbildning i ottomotor med katalysator

De förhållanden som man oftast eftersträvar i en ottomotor (bensinmotor) är att luftmängden är exakt så stor att fullständig förbränning äger rum, vilket kallas stökiometrisk förbränning.

Luftöverskottet brukar betecknas med bokstaven λ (lambda). Vid stökiometrisk förbränning är λ =1. Vid luftöverskott (magert) är λ >1 och vid bränsleöverskott (fett) är λ <1. Lambda nära ett är också en förutsättning för att reningen i katalysatorn skall bli optimal (se figur 4.1).

Vid bränsleöverskott för en ottomotor med katalytisk avgasreningen är utsläppen av kolmonoxid och kolväten betydligt högre än under de tillfällen då förbränning sker under stökiometriska förhållanden. Vid mager förbränning så blir å andra sidan utsläppen av kväveoxider höga. Detta gäller dock under förutsättning att förbränningsluften är tillräckligt varm. Vid lambda över 1.1 reduceras kväveoxidbildningen p.g.a. sänkt temperatur på förbränningsluften. Extremfallet är motorbromsning på varvtal över ca 1300-1500 varv då bränsleinsprutningen (oftast) stängs av på en modern bensinmotor. Under sådana förhållanden förekommer ingen förbränning och kväveoxider kan därför inte bildas. Däremot sker

syrelagring i katalysatorn under motorbromsningen. Syrelagringens positiva effekt är att

omvandlingen av kolväten och kolmonoxid har mycket hög verkningsgrad. Nackdelen är att omvandlingen av kväveoxider är mer eller mindre blockerad. När förbränningen börjar igen kommer syrelagret successivt förbrukas och omvandlingsgraden för kväveoxiderna att öka.

Eftersom motorbromsning förekommer i stor utsträckning i EcoDrivning är det sannolikt att utsläpp av kväveoxider under dessa förhållanden ökar. Av resultaten att döma så verkar dock inte dessa utsläpp ha avgörande betydelse (se avsnitt 3.2).

Figur 4.1 Avgasrening med hjälp av trevägskatalysator (Bauman, 1988).

För att få så rena avgaser som möjligt är motorn utrustad med en s.k. lambda-kontroll.

Lambda-kontrollen är ett closed-loop reglersystem som känner av syrekoncentrationen i avgassystemet och reglerar bränsletillförseln så att lambda håller sig kring ett. Vid snabba laständringar är det dock svårt att hålla lambda nära ett. Vid höga laster och motorvarvtal som ofta ligger utanför de körcykler som används för avgasgodkännande så förekommer också ofta uppfetning.

En indikation på hur avgasreningen för det aktuella fordonet fungerar ges av figur 4.2.

Figuren visar hur stor effekt som kan tas ut vid olika motorvarvtal under statiska förhållanden med bibehållen full avgasrening jämfört med det maximala effektuttaget för motsvarande varvtal. Som jämförelse visas även resultat för en annan bilmodell. För Golfen går det inte att ta ut riktigt full effekt från 3000 rpm med bibehållen hög avgasrening. Volvon klarar dock full effekt upp till 4000 rpm. För högre varvtal kan man dock ta ut mer effekt ut Golfen med bibehållen avgasrening jämfört med Volvon. Detta visar att avgasreningen för olika

bilmodeller reagerar på olika sätt.

Max effekt Max effekt med bibehållen avgasrening VW Golf 1.6 -98

0 10 20 30 40 50 60 70

1000 3000 5000 7000

Motorvarvtal (rpm) Effekt

(kW)

Volvo S80 2.4 -99

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1000 3000 5000 7000

Motorvarvtal (rpm) Effekt

(kW)

Figur 4.2 Maximal prestanda med bibehållen avgasrening för VW Golf 1.6 –98 och Volvo S80 2.4 –98. Figuren visar hur stor effekt som kan tas ut vid olika motorvarvtal under statiska förhållanden med bibehållen full avgasrening jämfört med det maximala effektuttaget för motsvarande varvtal Obs! Olika skalor. (källa Rototest AB).

Vid utformningen av konceptet för EcoDriving har man försökt att ta hänsyn till

avgasutsläppen genom att rekommendationer vad gäller maximalt motorvarvtal och maximalt gaspådrag. Att undersöka huruvida gränserna för maximalt gaspådrag och motorvarvtal är rätt satta ligger utanför denna förstudies ramar. Skall sådana rekommendationer vara optimala måste de dessutom anpassas för varje bilmodell och det låter sig knappast göras. De rekommendationer som finns får ses som en kompromiss som bygger på kunskaper om vanligt förekommande fordon. Av resultaten ovan så framgick att dessa rekommendationer inte nått ut till eleverna i alla fall vad det gäller maximalt gaspådrag. Andelen körning med gaspådrag mer än halvgas (pedalläge) ökade i medeltal från 1.4% före instruktion till 3% efter instruktion.

4.2 Orsaker till förhöjda utsläpp av kolväten och kolmonoxid

För att komma fram till tänkbara orsaker till de höga utsläppen av kolväten och kolmonoxid

skall vi studera en av körningarna med höga avgasutsläpp. Vi är primärt intresserade av

effekterna av EcoDriving och väljer därför en körning som gett högre utsläpp efter instruktion

jämfört med före instruktion. Figur 4.3 visar körmönster och utsläpp av kolväten för en elev i

Köping före respektive efter instruktion.

0 20 40 60 80 100 120

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Sträcka (m)

Hastighet (km/h)

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

HC ackumel er at ( g)

Hastighet före Hastighet efter HC före HC efter

Figur 4.3 Körmönster och utsläpp av kolväten för en elev i Köping före respektive efter instruktion.

Utsläppet kan delas upp i två komponenter dels en mer kontinuerlig del och dels en del som kommer mer i pulser. Pulserna är ett resultat av körning i det feta området. Det är den del som kommer i pulser som gör att utsläppet blir högre efter instruktion jämfört med före

instruktion. Figur 4.4 visar en detaljbild på det parti där pulsutsläppen äger rum.

0 20 40 60 80 100 120

2400 2900 3400 3900 4400

Sträcka (m)

Hastighet (km/h)

0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18

H C ackumuler at ( g)

Hastighet före Hastighet efter HC före HC efter

Figur 4.4 Detalj av körmönster och utsläpp av kolväten för en elev i Köping före respektive efter instruktion.

Av figuren framgår att de stora utsläppen sker under accelerationsförlopp. Det kan finnas flera

orsaker till de förhöjda utsläppen. I avsnitt 4.1 nämndes tre orsaker, höga varvtal, snabba

laständringar och hög belastning. De två sista kan i detta fall med samma fordon och vägmiljö

före och efter instruktion sättas lika med snabba förändringar av gaspådraget respektive stora

gaspådrag.

I figur 4.5 redovisas motorvarvtal och utsläpp av kolväten för körmönstrena i figur 4.4.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

2400 2900 3400 3900 4400

Sträcka (m)

Motorva rvta l (rpm)

0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18

H C ackumuler at ( g)

Motorvarvtal före Motorvarvtal efter HC före HC efter

Figur 4.5 Motorvarvtal och utsläpp av kolväten för körmönstrena i figur 4.3.

Av figur 4.5 framgår att det finns viss samstämmighet mellan motorvarvtal och utsläpp t.ex.

vid 2500, 3500 och 4000 meter. Det finns emellertid också tillfällen då det förekommer höga utsläpp trots att motorvarvtalet är lågt, t.ex. vid 3800 meter och i viss mån mellan 4100 och 4400 meter.

I figur 4.6 redovisas gaspådrag (pedalläge) och utsläpp av kolväten för körmönstrena i figur 4.4.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

2400 2900 3400 3900 4400

Sträcka (m)

G aspådr ag ( pedalläge)

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

H C ackumuler at ( g)

Gaspådrag före Gaspådrag efter HC före HC efter

Figur 4.6 Gaspådrag och utsläpp av kolväten för körmönsterna i figur 4.4.

Speciellt anmärkningsvärt i figur 4.6 är de höga gaspådragen efter instruktion. I själva verket så motsvaras 82% gaspådrag med gaspedalen av fullt uppet gasspjäll, ytterligare tryck av gaspedalen mot golvet har egentligen ingen funktion i den aktuella bilen. Istället för att använda maximalt halv gas så har eleven vid upprepade tillfällen kört med full gas!

Kopplingen mellan de stora gaspådragen och utsläppet av kolväten är mycket tydligare än kopplingen till motorvarvtalet. Bilden för kolmonoxid ser i stort sett likadan ut. Av figuren framgår också att det är främst de stora gaspådragen snarare än snabba förändringarna av gaspådraget som ger de stora utsläppen. Detta märks speciellt tydligt för sträckan mellan 4100 och 4400 meter. Det är viktigt att påpeka att under den aktuella sträckan i figur 4.4-4.6 sker inga vinster i form av minskad bränsleförbrukning efter instruktion jämfört med före.

Bränsleförbrukningen före instruktion var 10.7 l/100 km och 10.8 l/100km efter instruktion (för denna sträcka).

Ovanstående ger indikationer på att det finns ett samband mellan stora gaspådrag och utsläpp av kolväten och kolmonoxid, i alla fall för dessa körningar. För att få en bättre bild av

inverkan av stora gaspådrag måste man även titta på resten av körningarna. I figur 4.7 visas förhållandet mellan andel tid med mer än halv gas och medelutsläppet av kolväten för samtliga körningar före och efter instruktion. Av figuren framgår att det finns ett samband mellan stor andel tid med mer än halv gas och större utsläpp av kolväten. Detta gäller även för kolmonoxid. Intressant att notera är att det förekommer körningar, speciellt före instruktion, med relativt låg andel tid med mer än halv gas. Detta visar att det är fullt möjligt att köra med måttliga gaspådrag. Detta gäller för samtliga platser.

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030

0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8%

Andel av tid med mer än halv gas Utsläpp (g/km)

Efter Före

Figur 4.7 Förhållandet mellan andel tid med mer än halv gas och utsläpp av kolväten för hela körningar.

Om man väljer att enbart betrakta gaspådrag större än tre kvarts gas så blir förhållandet

mellan stora gaspådrag och utsläpp av kolväten ännu tydligare (se figur 4.8). Detta är naturligt

då så stora gaspådrag även vid medelhögt motorvarvtal resulterar i körning i det feta området

(se figur 4.2).

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030

0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5% 3.0% 3.5% 4.0% 4.5%

Andel av tid med mer än tre kvarts gas Utsläpp (g/km)

Efter Före

Figur 4.8 Förhållandet mellan andel tid med mer än tre kvarts gas och utsläpp av kolväten för hela körningar.

4.3 Orsaker till förhöjda utsläpp av kväveoxider

I figur 4.9 visas förhållandet mellan andel tid med mer än halv gas och utsläppet av kväveoxider. Som framgår av figuren finns det vare sig negativa eller positiva samband mellan stora gaspådrag och kväveoxidutsläpp. Detta gäller även för förhållandet mellan andel tid med mer än halv gas och bränsleförbrukningen. Detta är en viktig slutsats eftersom det innebär att utsläppen av kolväten och kolmonoxid kan minskas genom lägre gaspådrag utan att bränsleförbrukning och kväveoxidutsläppen ökar.

0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350

0.0% 1.0% 2.0% 3.0% 4.0% 5.0% 6.0% 7.0% 8.0%

Andel av tid med mer än halv gas Utsläpp (g/km)

Efter Före

Figur 4.9 Förhållandet mellan andel tid med mer än halv gas och utsläpp av kväveoxider för

hela körningar.

Figur 4.10 visar utsläppet av kväveoxider för samma körmönster och elev som i figur 4.3.

Som väntat så är utsläppen av kväveoxider och kolväten något av motparter, höga utsläpp av kolväten förekommer inte samtidigt som höga utsläpp av kväveoxider och vice versa.

0 20 40 60 80 100

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Sträcka (m)

Has tighet (km/h)

0 1 2 3 4 5

N O x ackumulerat (g)

Hastighet före Hastighet efter NOx före NOx efter

Figur 4.10 Utsläpp av kväveoxider för samma körmönster och elev som i figur 4.3.

Figur 4.11 visar en detalj av körmönster och utsläpp i figur 4.10. Av denna framgår att det dels förekommer utsläpp vid de större accelerationerna men även vid ryckig körning.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

7000 7500 8000 8500 9000 9500 10000

Sträcka (m)

Has tighet (km/h)

0 1 2 3 4

NOx ackumulerat (g)

Hastighet före Hastighet efter NOx före NOx efter

Figur 4.11 Detalj av körmönster och utsläpp av kväveoxider i figur 4.10.

Bildningen av kväveoxider i en ottomotor är ett komplicerat problem som utöver att den styrs av syrekoncentrationen och därigenom lambda även är beroende av

förbränningstemperaturen. Till detta kommer sedan även avgasreningen. Ett antal olika

förklaringsvariabler till utsläppet av kväveoxider testades, varav motorvarvtalet var det som

bäst förklarade utsläppet. Exempel på det visas i figur 4.12 för körmönstrena i figur 4.11.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

7000 7500 8000 8500 9000 9500 10000

Sträcka (m)

Motorvarvtal (rpm)

0 1 2 3 4 5

NOx ackumulerat (g)

Motorvarvtal före Motorvarvtal efter NOx före NOx efter

Figur 4.12 Motorvarvtal och utsläpp av kväveoxider för körmönstrena i figur 4.11.

Av figur 4.12 framgår att motorvarvtalet främst förklarar de större utsläppen av kväveoxider vid 7200-7400 meter samt 9500-9600 meter. Övriga utsläpp beror på andra orsaker. En analys av dessa ryms inte inom denna förstudie.

Figur 4.13 visar förhållandet mellan medelmotorvarvtal och utsläpp av kväveoxider för körningar före och efter instruktion i Köping. Det bör påpekas att sambandet inte var lika tydligt på de andra orterna.

0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300

1600 1700 1800 1900 2000 2100

Medelvarvtal Utsläpp (g/km)

Efter Före

Figur 4.13 Förhållandet mellan utsläppet av kväveoxider och medelvarvtalet för körningar i

Köping före och efter instruktion.

4.4 Effekter av EcoDriving

Av såväl avsnitt 3.1 som av 4.2 framkom det att flera av elevernas körsätt avvek från EcoDriving konceptet vad det gäller maximalt gaspådrag. Det var dock stora variationer i elevernas körsätt. Det bästa vore förstås om det hade varit möjligt att dela upp eleverna i de som hade följt konceptet och de som inte hade följt det. Det fanns dock ingen som följde konceptet i full utsträckning efter instruktion. För att det ändå skall vara möjligt att säga något om effekterna av EcoDriving på avgasutsläppen väljer vi att dela upp eleverna i två grupper.

Den första gruppen (grupp 1) består av elever som följde konceptet i större utsträckning och den andra gruppen (grupp 2) består av sådana som följde det i mindre utsträckning.

Definitionen av de två grupperna framgår av tabell 4.1.

Det är inte tänkt att regeln om maximalt motorvarvtal på 3000 rpm skall gälla när man kör på högsta växeln på landsväg och motorväg med högre skyltade hastigheter. På det aktuella fordonet överskrids 3000 rpm vid 93 km/h på femte växeln. För Köping har därför den andel av körningen som sker i 93 km/h eller mer på femte växeln exkluderas från beräkningen av andel tid med motorvarvtal över 3000 rpm.

Tabell 4.1 Definition av grupp 1 som följde EcoDriving konceptet i större utsträckning och grupp 2 som följde det i mindre utsträckning. Vid beräkning av andelen tid för motorvarvtalet så den del av körningen i Köping som skedde över 3000 rpm på 5:e växeln exkluderats.

Andel tid efter instruktion med motorvarvtal mer än 3000 rpm

Andel tid efter instruktion med mer än halv gas (pedalläge)

Grupp 1 < 2% < 2%

Grupp 2 ≥ 2% ≥ 2%

I figur 4.14-4.17 visas bränsleförbrukning och avgasutsläpp för de två grupperna såväl före som efter instruktion. Som jämförelse visas även effekterna som medelvärde för samtliga elever. Båda grupperna innehöll elever från samtliga orter, men de var inte jämnt fördelade.

Grupp 1 innehöll en elev från Köping, tre från Jönköping och en från Solna. Resultaten blir dock i stort de samma om man tar hänsyn till skillnaderna mellan de två grupperna genom viktning. För båda grupperna ökade andelen tid med mer än halv gas samtidigt som andel tid med mer än 3000 rpm minskade.

Av figurerna framgår två saker.

1) Bränsleförbrukning och avgasutsläppen efter instruktion är i medeltal lägre för grupp 1 d.v.s. de som i störst utsträckning hade följt rekommendationerna m.a.p. gaspådrag och varvtal jämfört med grupp 2. För kolmonoxid och kolväten är utsläppen signifikant lägre.

2) Utsläppen är i medeltal lägre för grupp 1 än för grupp 2 även innan instruktion.

Det sistnämnda visar att tolkningen av EcoDriving påverkas av elevens tidigare körsätt. För

att komma till rätta med detta måste lägga mer vikt vid undervisningen av elever som har

tendenser att köra med stora gaspådrag och höga varvtal föreinstruktion jämfört med elever

som redan har ett bra beteende i detta avseende. Denna slutsats har också under arbetet med

rapporten förmedlats till instruktörerna i EcoDriving.

Det är svårt att utifrån dessa resultat säga något om effekterna av EcoDrivning på

avgasutsläpp. En indikation för det aktuella fordonet kan fås genom att jämföra utsläppen efter instruktion för grupp 1, som nästan följde rekommendationerna, med utsläppen för samtliga före instruktion. I medeltal är samtliga avgasutsläpp lägre för de som hade följt rekommendationerna efter instruktion jämfört med samtliga före. Det begränsade underlaget och den stora spridningen gör dock att det inte går att statistiskt säkerställa någon minskning utom möjligen för utsläppet av kolväten. Dessutom tillkommer osäkerheten om i vilken utsträckning som man kan skola om ”gasglada” förare.

För att statistiskt kunna säkerställa effekterna av EcoDriving på avgasutsläppen behövs ett större underlag. Det skulle också varit en fördel om det hade funnits en kontrollgrupp som hade kört slingan två gånger utan att få några instruktioner om EcoDriving.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Grupp 1 Grupp 2 Alla

Bränsleförbrukning

(l/100 km) Före

Efter

Figur 4.14 Bränsleförbrukning före och efter instruktion för de två grupperna och som medel för alla elever. Strecken markerar gränserna för 95 procentigt konfidensintervall av

medelvärdet.

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Grupp 1 Grupp 2 Alla

Utsläpp (g/km) Före

Efter

Figur 4.15 Utsläpp av kolmonoxid före och efter instruktion för de två grupperna och som medel för alla elever. Strecken markerar gränserna för 95 procentigt konfidensintervall av medelvärdet.

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020

Grupp 1 Grupp 2 Alla

Utsläpp (g/km) Före

Efter

Figur 4.16 Utsläpp av kolväten före och efter instruktion för de två grupperna och som medel för alla elever. Strecken markerar gränserna för 95 procentigt konfidensintervall av

medelvärdet.

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

Grupp 1 Grupp 2 Alla

Utsläpp (g/km) Före

Efter

Figur 4.17 Utsläpp av kväveoxider före och efter instruktion för de två grupperna och som medel för alla elever. Strecken markerar gränserna för 95 procentigt konfidensintervall av medelvärdet.

4.5 Vidareutveckling av mätutrustningen som används vid utbildningen

Resultaten i avsnitt 3.3 visar att Econen ger tillfredsställande noggrannhet vid bestämning av bränsleförbrukning, körsträcka och medelhastighet. Detta gäller dock under förutsättning att den kalibreras med en tillräcklig volym bränsle.

Resultaten vad det gäller avgasutsläppen visar att avgasreningen är mycket känslig för körsättet. Som en första approximation så hjälper säkert de rekommendationer som finns i EcoDriving om maximalt halv gas och maximalt motorvarv vid acceleration på 3000 rpm.

Detta under förutsättning att rekommendationerna följs. Nackdelen med Econen och nuvarande upplägg på utbildningen är att eleven inte får någon återkoppling huruvida

körningen har resulterat i låga avgasmängder eller inte. Det skulle därför vara fördelaktigt om man i alla fall i de fordon som används i utbildningen kunde ha någon form av enklare

mätutrustning som i ger indikationer på höga eller låga avgasutsläpp.

Ett sätt att lösa detta är att använda signalen ifrån lambdasonden som ingång i ett

mätinstrument som redovisar tid eller sträcka med körning inom fett område och relevant magert område. Det sistnämnda kan vara lite svårare med den typen av lambdasonder som normalt sitter i personbilar eftersom de i princip bara har två värden. I figur 4.18 redovisas en jämförelse mellan original lambdasond och Rototest IVAS bredbands lambdasond. För att förenkla jämförelsen mellan de två sonderna har värdena för original lambdasond anpassats med en funktion. Figuren visar att det borde vara möjligt att använda signalen från original lambdasond för att ge en indikation om utsläppen av kolväten. Detta gäller även för

kolmonoxid.

För kväveoxider är det däremot inte lika enkelt eftersom original lambdasond inte ser någon

skillnad på lambda strax över ett och ren luft som man får vid motorbromsning. Dessutom

tillkommer problemet med syrelagring. Det behövs därför mer forskning för att kunna ta fram

en indikation på kväveoxidutsläppen.

0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18

2400 2900 3400 3900 4400

Sträcka (m)

Kolväten ackumulerat (g)

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

lambda/funtionsanpassat värde

Kolväten acckumulerat (g) Bredbands-lambda Original lambdasond

Figur 4.18 Jämförelse mellan bredbandslambdasond (Rototest IVAS) och original

lambdasond. För att underlätta jämförelse så har värdet från original lambdasond anpassats

enligt (-1×original +0.85).

5 Slutsatser

• I undersökningen minskade bränsleförbrukningen med i genomsnitt 10.9% vilket får anses typiskt för utbildningar i EcoDriving.

• Förutsatt att eleverna följer rekommendationer om maximalt motorvarvtal och gaspådrag så kan avgasutsläppen minska med EcoDriving för det aktuella fordonet. Osäkerheterna är dock stora och det går inte statistiskt säkerställa dessa minskningar utom möjligen för utsläppet av kolväten.

• Det går egentligen inte att säga något om hur utsläppen skulle förändras med en annan bil med andra avgasegenskaper, utsläppen kan både öka och minska. Det är dock högst troligt att instruktionerna om maximalt varvtal och gaspådrag ökar möjligheterna till minskade avgasutsläpp.

• För att statistiskt kunna säkerställa effekterna av EcoDriving på avgasutsläppen behövs ett större underlag än vad som använts i denna förstudie.

• Eleverna följde inte de rekommendationer i EcoDriving, som finns för maximalt

gaspådrag vid acceleration. Andelen med mer än halv gas (pedalläge) fördubblades från före instruktion till efter instruktion. Även rekommendationerna vad det gäller maximalt motorvarvtal vid acceleration överskreds. Denna andel minskade dock efter instruktion.

• Det finns ett tydligt samband mellan andelen tid med gaspådrag över halv gas och förhöjda utsläpp av kolväten och kolmonoxid. Det gick inte att påvisa något samband mellan andelen tid med mer än halv gas och bränsleförbrukningen och utsläppet av kväveoxider. Detta gör att gaspådraget kan minskas till förmån minskade utsläpp av kolväten och kolmonoxid utan att bränsleförbrukningen och utsläppet av kväveoxider ökar.

• Det fanns ett visst samband mellan högre motorvarvtal och ökade utsläpp av kväveoxider.

• De elever som hade ett aggressivt körsätt före instruktion behöll det oftast även efter instruktion. För att komma till rätta med detta måste man lägga mer vikt på

rekommendationerna om maximalt gaspådrag och motorvarvtal för dessa elever.

• Econen ger tillfredsställande noggrannhet vid bestämning av bränsleförbrukning, körsträcka och medelhastighet.

• För att eleverna skall få en återkoppling huruvida körningen har resulterat i låga

avgasutsläpp eller inte, så bör det i lärarnas bilar finnas utrustning som ger indikationer på

avgasutsläppen. För utsläpp av kolväten och kolmonoxid kan troligen signalen från

lambdasonden användas för detta ändamål. För kväveoxider är det dock något svårare att

få fram en indikation på utsläppen.