Spotřeba paliva o automobilu je objem paliva používaného během plavby v souvislosti se ujeté vzdálenosti. Jednotkou používanou ke spotřebě paliva je „litr na sto kilometrů“ (l / 100 km). V Evropě je spotřeba paliva je část údajů potřebných pro schvalování z motorových vozidel .
Při spalování fosilních paliv ve spalovacích motorech vzniká oxid uhličitý (CO 2), jehož difúze v atmosféře přispívá ke skleníkovému efektu a globálnímu oteplování . Snižování spotřeby motorových vozidel je pro společnost důležitým problémem prostřednictvím dopadu na globální oteplování, kvalitu ovzduší a ekonomiky zemí silně závislých na energii.
Jeden litr paliva vyprodukuje při spalování asi 2,4 kg CO 2. Tato hodnota závisí na typu paliva (benzín, nafta, zemní plyn atd. ) A jeho hustotě.
V Evropě se spotřeba paliva schválená a zveřejněná výrobci měří v laboratoři podle regulovaného protokolu postupem, který využívá zjednodušený rychlostní profil (NEDC New European Driving Cycle ). Od roku 2019 nahrazuje celosvětově harmonizovaný testovací postup pro osobní automobily a lehká užitková vozidla (v angličtině Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures, nebo WLTP ) test NEDC, umožňuje měřit spotřebu paliva s trochu realističtější elektrickou autonomií a emise CO 2 a znečišťující látky.
Předpisy upravující spotřebu paliva tedy stanoví cíle v gramech CO 2./ km bez ohledu na druh paliva.
Cílem těchto předpisů je postupně snižovat dopad vozového parku na životní prostředí:
Obecně se chemická energie dostupná v palivu tepelným motorem transformuje na mechanickou energii přenášenou na kola, která pohání vozidlo, a na teplo. Mechanická energie je přinejlepším méně než 45%, zbytek, více než 55%, je tepelná energie ztracená v atmosféře; Část tohoto tepla může být využita pomocnými zařízeními, která zajišťují energii pro další funkce ( topení , turbodmychadlo , katalyzátor) .
Množství spotřebované chemické energie (nebo objem paliva) proto závisí na energii potřebné k pohybu vozidla a účinnosti tepelného motoru (poměr mezi vyrobenou mechanickou energií a spotřebovanou chemickou energií).
Motorové vozidlo pohybuje v závislosti na daném profilu rychlosti se podrobí vždy na systém stejných a opačných sil, působících na kola: tažné síly, kterou motor prostřednictvím kinematického řetězce a celkový odpor v R t .
Jízdní odpor R t je součtem jízdních odporů: R t = R válec + R vzduch + R α + R i
R Roul = μ Roul P voz cosα (valivý odpor)s μ roul : koeficient valení, P veh : hmotnost vozidla, α: úhel sklonu
R vzduch = 1/2 ρ vzduchu S fveh C x V 2 proudění (aerodynamický odpor)s ρ vzduch = hustota vzduchu, S fveh = čelní plocha vozidla, C x = koeficient odporu , V flux = rychlost vozidla +/− rychlost větru
R α = P veh sin α (sklonový odpor)s Pveh: hmotnost vozidla, α: úhel sklonu
R i = (m veh + m ce ) γ veh (setrvačná síla spojená se zrychlením)s m veh = hmotnost vozidla, m ce = ekvivalentní setrvačná setrvačnost rotujících částí motoru, kinematického řetězu a kol.
Aby bylo možné sledovat profil silnice s danou žádanou hodnotou rychlosti, musí motor po celou dobu vytvářet sílu na kolech stejnou a na rozdíl od celkového odporu R t . Okamžitý výkon motoru P se potom rovná R t V.
| BVM: manuální převodovka; TDI: Turbo vstřikování nafty; ch: koně | |
Zdroje:
| |
Spotřeba tepelného motoru se mění s rychlostí otáčení (rychlost v otáčkách za minutu, ot / min) a zátěží (točivý moment vytvářený na hřídeli motoru, v newtonmetrech, N m).
Pro analýzu spotřeby paliva motoru je vhodné použít schéma připojeného typu, které udává měrnou spotřebu (g paliva na kWh) pro každý točivý moment (N m) a rychlost otáčení (ot / min). Na takovém grafu zvaném „mapa motoru“ je vidět, že existuje několik možných kombinací točivého momentu a rychlosti otáčení, které produkují stejný výkon (například provozní body 1, 2 a 3 přiloženého grafu).
Energetická účinnost motoru pro daný provozní bod je poměr mezi mechanickou energií produkovanou během doby dt a chemickou energií spotřebovanou během tohoto období (43,8 MJ / kg pro benzín).
η = Pm x dt / (Pm x Cse / 3600 x D carb x dt) = 1 / (Cse / 3600 x Dcarb) s P m : výkon motoru, Cse: měrná spotřeba (v g / kWh nebo g / 3600 kJ) , Dcarb: hustota energie paliva (v MJ / kg nebo kJ / g).
Na přiloženém grafu provozní bod 3 odpovídá energetické účinnosti 33% v blízkosti linie minimální spotřeby motoru. Naopak energetická účinnost provozního bodu 1 je pouze 24% a v oblastech s nízkým zatížením je to méně než 20%.
V cyklu typu NEDC odpovídá energetická účinnost průměru provozních bodů. U atmosférického benzínového motoru je to řádově 20%, což znamená, že přibližně 80% energie dostupné v palivu se uvolňuje do atmosféry ve formě tepla výfukem a chlazením výfukového okruhu.
Je praktické uvést na stejném diagramu energii potřebnou k pohybu vozidla na dané trase (úsečka) podle spotřeby paliva nebo emisí CO 2 .prováděna na stejné cestě (souřadnice). Toto znázornění zvané „energetický diagram“ umožňuje nakreslit čáry energetické účinnosti a účinnosti, které odpovídají různým technologiím motoru, a tak odhadnout emise CO 2 pro danou kategorii vozidla.na cestě. Přiložený příklad ukazuje, že k dosažení prahu 50 g CO 2 na km (tj. přibližně 2 l / 100 km) v cyklu NEDC s městským vozidlem (kategorie B) musí být použit plug-in hybridní motor nebo u tohoto vozidla musí být dosaženo výrazného snížení hmotnosti.
V tabulce níže jsou uvedeny řády zisků, které mají být provedeny na hlavních induktorech automobilu k získání 1 g CO 2/ km.
| Fyzická velikost | Zisk CO 2 (Cyklus NEDC) |
|---|---|
| Energetická účinnost hnacího ústrojí | ŋ + 1% ⇒ CO 2 -1% |
| Hmotnost (redesign s indukovanými efekty) | 100 kg = 10 g / km |
| Valivý odpor | 6 N = 1 g / km |
| Spotřeba energie | 50 W = 1 g / km |
| Aerodynamický | 0,03 m 2 SCx = 1 g / km |
Snaha o snížení spotřeby byla nejprve diktována nárůstem nákladů na palivo během velkých ropných šoků v 70. letech. Hlavním dopadem na automobilový trh byl návrat ke kompaktnějším a méně těžkým vozidlům. Během tohoto období provedli výrobci výzkum zaměřený na snížení spotřeby a představili prototypy, které by u konvenčních technologií mohly dosáhnout až 2 l / 100 km bez hybridizace nebo elektrifikace ( Renault VESTA 2 1987: 1,94 l / 100 km). Bohužel tato práce měla malý dopad na sériová vozidla, která se nadále zvětšovala, aby splňovala bezpečnostní normy a zajišťovala vyšší výkon a pohodlí pro uživatele. Snaha o snížení spotřeby se znovu objevila v roce 2000 zavedením předpisů CAFE v některých zemích a poté zavedením diskriminačního zdanění vozidel s vysokou spotřebou ze strany států. Poté se objevily technologie, jejichž hlavním cílem bylo zlepšit energetickou účinnost motoru: hybridizace pomocí Toyota Hybrid Synergy Drive (1997), poté elektrifikace společností Nissan a Renault (2010).
Během stejného období také vznikaly dieselové motory, které emitují přibližně 15% CO 2v Evropě dostalo přednost méně než benzínových motorů. V západní Evropě se podíl nafty u nově registrovaných vozidel mezi lety 1990 a 2013 zvýšil z 13,8% na 53,3%.
První cykly měření spotřeby byly vyvinuty v roce 1962 francouzskou organizací UTAC z městského cyklu (Urban Driving Cycle). Tento cyklus se poté vyvinul do cyklu NEDC, který je stále platný na začátku roku 2015.
Ale právě ve Spojených státech byla v roce 1968 zavedena první legislativa CARB ( California Air Resources Board ), jejímž primárním cílem bylo měření znečištění spíše než spotřeby v důsledku zhoršování kvality ovzduší v několika oblastech. Města ve státě Kalifornie .
V Evropě udává spotřebu paliva u automobilů výrobce s odkazem na cyklus NEDC . Tento cyklus bude nahrazen nejpozději v roce 2014, se zpožděním do roku 2020, v rámci normy Euro 6 cyklem WLTP , který se má co nejvíce přiblížit skutečným podmínkám používání.
Evropské předpisy stanoví pro výrobce limity průměrných emisí nových vozidel prodaných v průběhu roku v rámci působnosti 27 zemí EU.
U osobních vozidel kategorie M1 jsou tyto limity stanoveny na 130 g CO 2/ km v roce 2015 pak 95 g CO 2/ km v roce 2020.
Prahové hodnoty jsou definovány podle užitného parametru, kterým je průměrná hmotnost vozidel pro každého výrobce. Prahová hodnota 130 g CO 2/ km v roce 2015 se udává pro hmotnost 1372 kg, což odpovídá průměru evropského vozového parku v roce 2006, ale prahové hodnoty se u každého výrobce liší podle průměrné hmotnosti vozového parku se sklonem 4,57 g CO 2/ kg na 100 kg . Tento sklon je menší než „přirozený“ sklon, který bychom získali u vozidel využívajících stejné technologie. Proto jsou předpisy náročnější pro výrobce, kteří uvádějí na trh nejtěžší vozidla a naopak.
Kromě toho jsou v předpisech implementovány specifické podmínky, které mají podporovat šíření inovativních zařízení (ekologické inovace, které produkují úspory ve spotřebě mimo standardizovaný cyklus) nebo vozidel s nízkými emisemi CO 2 . (Superkredity pro elektrická vozidla).
Toto nařízení je velkou pobídkou pro výrobce a většina z nich dodržuje regulační prahovou hodnotu 130 g CO 2/ km v roce 2015. Další etapa proběhne v roce 2020 s regulační prahovou hodnotou 95 g CO 2/ km, které bude mnohem obtížnější dosáhnout.
Francie uplatňuje daň typu bonus-malus na nákup vozidla na základě emisí CO 2 standardizováno.
V roce 2015 jsou mezní hodnoty následující:
Bonus: Vztahuje se pouze na nová vozidla, která obdržela souhlas komunity a nikdy nebyla registrována ve Francii nebo v jiné zemi Evropské unie.
| Míra emisí CO 2 (v gramech na kilometr) |
Výše bonusu
na 1 st 01. 2015 |
|---|---|
| 0 až 20 g | 6 300 € (v rámci limitu 27% z pořizovací ceny) |
| 21 až 60 g | 4 000 € (v rámci limitu 20% z pořizovací ceny) |
Trest: Platí pro všechna nová a ojetá vozidla, když jsou poprvé zaregistrována ve Francii. U ojetých vozidel (zakoupených v zahraničí) se uplatňuje snížení o 10% za rok v oběhu.
| Sazba CO 2/ km | Výše pokuty |
|---|---|
| Mezi 131 a 135 g | 150 € |
| Mezi 136 a 140 g | 250 EUR |
| Mezi 141 a 145 g | 500 EUR |
| Mezi 146 a 150 g | 900 € |
| Mezi 151 a 155 g | 1 600 € |
| Mezi 156 a 175 g | 2200 EUR |
| Mezi 176 a 180 g | 3 000 € |
| Mezi 181 a 185 g | 3600 EUR |
| Mezi 186 a 190 g | 4 000 € |
| Mezi 191 a 200 g | 6 500 € |
| Od 201 g | 8 000 € |
Emise CO 2 regulované jsou emise při používání „tank to wheel“ (anglicky „tank to wheel“), které odpovídají spalování paliva v motoru.
Pro srovnání uhlíkové stopy různých energií používaných k pohonu vozidla se používá koncept emisí CO 2 . „From the well to the wheel“ (v angličtině „well to wheel“).
Za tímto účelem vyhodnocujeme emise CO 2 vyrobené během různých fází těžby, transformace a přepravy paliva do čerpadla.
Tedy emise CO 2 elektrického vozidla s nulovým provozem, se bude značně lišit v závislosti na způsobu výroby elektrické energie a energetickém mixu zemí.
Je to také použitím tohoto pojmu „od studny po kolo“, abychom mohli ospravedlnit zájem biopaliv, pro která je část „od studny k nádrži“ negativní, protože se domníváme, že růst rostliny, ze které jsou vyráběny CO 2 v atmosféře během fotosyntetické reakce.
Elektřina jaderného původu, která představuje 77,5% hrubé francouzské národní produkce, nebo vodní, solární a větrná energie, což představuje 17,7% v roce 2014, rovněž neprodukuje žádné emise CO 2 ..
Výsledky testů spotřeby na profilu NEDC jsou uvedeny v obou jednotkách (l / 100 km) a emisích CO 2 (g / km) pro tři rychlostní profily:
Následující příklad ukazuje zájem analyzovat všechny výsledky, aby bylo možné provést výběr relevantní pro použití.
| Modelka | Výkon (hp) |
Urban (L / 100 km) |
Mimo město (L / 100 km) |
Smíšené (L / 100 km) |
Smíšený CO 2 (g / km) |
|---|---|---|---|---|---|
| Citroen C3 Diesel | 100 | 3.6 | 2.7 | 3.0 | 79 |
| Toyota Yaris Hybrid Ess. | 100 | 3.1 | 3.3 | 3.3 | 75 |
Pro v podstatě městské použití je tedy hybridní vozidlo, které využívá své schopnosti rekuperovat energii během zpomalování, aby ji obnovilo během akcelerace, účinnější, když na konci dne dochází k mnoha zastávkám a změnám rychlosti. vznětové vozidlo je účinnější pro silniční použití, protože za těchto podmínek použití těží z lepší energetické účinnosti než benzínový motor hybridního vozidla.
Níže uvedená tabulka uvádí některé vlastnosti běžných automobilových paliv.
| Typ paliva | Hustota (kg / l) | Specifická hustota energie (MJ / kg) | CO 2 vyrobené spalováním (kg / l) | CO 2 vyrobené spalováním při spotřebě 1 l / 100 km (g / km) |
|---|---|---|---|---|
| Benzín | 0,755 | 43.8 | 2,365 | 23.65 |
| Diesel | 0,845 | 42.5 | 2645 | 26,45 |
Ve Francii se ADEME při klasifikaci automobilů podle gramů CO 2 spoléhal na teoretickou spotřebu ( cyklus NEDC ) ( cyklus WLTP ) na kilometr vyzařovaný auty.
Je běžné, že si uživatelé všimnou významného rozdílu mezi skutečně pozorovanou spotřebou a schválenou spotřebou (řádově o 25% vyšší než schválené hodnoty). Tyto rozdíly lze vysvětlit několika způsoby:
Uživatel může za určitých podmínek použití dosáhnout spotřeby blízké schválené hodnotě, zejména však při vhodné jízdě ( Eco- jízda ).
Následující tabulka ukazuje důležitost převodového poměru na spotřebě.
Jelikož cílem je snížit příspěvek dopravy ke globálním emisím CO 2na planetě je z hlediska emisí CO 2 důležitější rozumna osobu a na kilometr. Provádějí se studie k posouzení tohoto ukazatele pro různé dopravní prostředky. U automobilu je tento ukazatel do značné míry ovlivněn ročním počtem najetých kilometrů a počtem cestujících. Uživatelské náklady (včetně ceny paliva) a dopravní podmínky v městských oblastech s vysokou hustotou povzbuzují motoristy k přijetí nových postupů.
Projekt 2 L / 100 je součástí budoucího investičního programu zahájeného francouzskou vládou. Bylo zahájeno včerven 2013 s cílem sdružit aktéry francouzského automobilového odvětví (výrobci, výrobci zařízení, akademici) kolem společného cíle, který spočívá ve společném vývoji technologií budoucnosti a zakládání nových průmyslových odvětví.
Pokud se zdá, že cíl není ambiciózní, protože v roce 2014 společnost Volkswagen uvedla na trh (150 kopií) vozidlo XL1 o objemu 0,9 l / 100 km, specifikem francouzského programu je podle tvrzení výrobců vývoj cenově dostupných technologií (za stejnou cenu jako dieselová verze) a se stejnými podmínkami pohodlí a schopností jako vozidlo v aktuálním nižším segmentu (Clio nebo 208).
V tomto programu jsou prozkoumány všechny cesty ke snížení spotřeby a technologické stavební bloky k dosažení prahu 2 l / 100 jsou implementovány na demonstracích představených na pařížském autosalonu 2014 (Peugeot 208 a C4 Cactus s technologií Hybrid Air a Renault EOLAB s konektorem v hybridní technologii).
Opačný graf poskytuje představu o vylepšeních provedených různými technologiemi při přechodu od „nejmodernějšího stavu“ v roce 2013 na úroveň cílenou v roce 2020.
L / 100 km je běžná jednotka v Evropě. Po celém světě se používají další jednotky, zejména v anglosaských zemích, které nepoužívají mezinárodní systém jednotek .
| L / 100 km → km / L | 100 / (L / 100 km) = km / L |
| míle na americký galon → L / 100 km | 235 / mpg USA = L / 100 km |
| mil na imp. galon → L / 100 km | 282 / mpg Imp. = L / 100 km |
| L / 100 km → míle na americký galon | 235 / (L / 100 km) = US mpg |
| L / 100 km → míle na imp. galon | 282 / (L / 100 km) = mpg Imp. |