Személyautók tüzelőanyagfogyasztásmérési szabványai

A századfordulót megelőző években a motor- és járműfejlesztés fő iránya a motorok helyi (szén-monoxid, elégetlen szénhidrogének, részecskekibocsátás) és regionális környezetszennyezésének (nitrogén-oxidok, kén-oxidok) csökkentése volt. Ma úgy látják a szakemberek, hogy a 2000-es évek első évtizedei a globális környezetszennyezés, a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésének évei lesznek, ezt követően a fogyóban lévő fosszilis tüzelőanyagok helyettesítésének kérdését kell majd megoldani.

Mindhárom fejlesztési irány szoros kapcsolatban van a járművek tüzelőanyag-fogyasztásával. Kevesebb tüzelőanyag elégetésekor kevesebb környezetkárosító anyag keletkezik, és a véges olajkészletek kimerülése is kitolódik. A járművek tüzelőanyag-fogyasztásának csökkentése ezért nemcsak az üzemeltetők és a gyártók, hanem az egész emberiség szempontjából fontos feladat.

Csak akkor lehet bármilyen jellemzőt befolyásolni (csökkenteni, korlátozni), ha kellő pontossággal, ismételhetően és egységesen mérni tudjuk. Többek között ezért jöttek létre a kezdetben országos, majd egyre nagyobb területekre vonatkozó nemzetközi szabványok.

A tanulmány – a fogyasztásmérési előírások rövid összefoglalása után – az aktuális európai fogyasztásmérési előírást és a szerző néhány ezzel kapcsolatos gondolatát ismerteti.

Bevezetés

A gépjárművek tüzelőanyag-fogyasztásának szerepe van

– a jármű kiválasztásában

– a jármű üzemeltetési költségeinek alakulásában

– a környezetszennyezés (CO2) mértékében stb.

Az első szempontot egy olyan egyszerű mérési eljárás is kielégíti, amelynek eredménye nem feltétlen reális, de a különböző járművek összehasonlítására alkalmas. A további szempontok viszont már a fogyasztás abszolút értékének ismeretét is feltételezik.

A fogyasztásmérési eljárásokat a huszadik század közepéig országonként eltérő nemzeti előírások rögzítették. Ezek összehasonlításra többé-kevésbé alkalmasak voltak ugyan, de a valódi fogyasztásra csak nagyon nagy fenntartásokkal lehetett belőlük következtetni. Az automobilizmus fejlődésével a mérési előírások is változtak, bonyolultabbak lettek, legalábbis régiókon belül (Európa, USA, Japán) egységessé váltak, és a mérési eredmény egyre jobban megközelítette a reális értékeket.

A korábbi fogyasztásmérési szabványok áttekintése

Repülőstartos fogyasztásmérés

Az ötvenes években az akkori DIN 70030 német szabvány [1] teljes járműterhelést, és kb. 20 km hosszú sík (max. ±1,5%) úton szélcsendben (max. 2..3 m/s szélerősség) oda-vissza, megszakítás nélkül végzett mérést írt elő. A mérést üzemmeleg motorral kellett kezdeni, a vizsgálati sebesség a gyártó által megadott csúcssebesség ¾ része, de nem több, mint 80 km/h volt. Az így mért eredmény 10%-kal megnövelt értéke volt a szabvány szerinti fogyasztás.

A '60-as évektől a módosított DIN 70030 szabvány [2, 3, 4] már csak fél terhelést és kb. 10 km-es utat írt elő. A vizsgálati sebesség nagyobb volt: a gyártó által megadott sebesség ¾ része, de nem több, mint 110 km/h. Ugyancsak üzemmeleg motorral kezdődött a mérés, és ekkor már a környezeti levegő jellemzőinek (légnyomás, léghőmérséklet) is meghatározott korlátok közé kellett esniük.

Az így mért értéket is meg kellett növelni 10%-kal, hogy megkapjuk a szabványos fogyasztást. Az idézett források azonban azt is megjegyzik, hogy a gyakorlatban a személygépkocsik ennél további kb. 15%-kal, a haszonjárművek pedig akár 50%-kal is többet fogyaszthattak.

Ezek a szabványos fogyasztásadatok semmiféle felvilágosítást sem adtak a járművek városi fogyasztásáról. A fogyasztást mérők (gyártók, intézetek) meghatározott útvonalakat választottak saját összehasonlító vizsgálataik számára, így pl. a mai Közlekedéstudományi Intézet (KTI) elődjének, az „ATUKI-nak olyan meghatározott útvonala volt Budapest területén, amely bel- és külterületi, sík és hegyi szakaszokat, átjárókat és kereszteződéseket tartalmazott” [5]. A záródó útvonalat többször is végigjárták, és azokat a méréseredményeket nem vették figyelembe, amelyek mérésekor az átlagsebesség adott tűrésértéken kívül esett.

Menetprogram szerinti fogyasztásmérés

A gépjárművek kipufogógázainak környezetkárosító összetevőit az 1970-es évek első felében kezdték hatóságilag korlátozni. A járművek változó üzemének szimulálására az egyes járműgyártó régiókban egymástól eltérő, az adott régió közlekedési lehetőségeit és szokásait leképező görgőspadi menetprogramokat alakítottak ki. Az ún. Európa városi menetprogram (Euro-ciklus) városi üzemet szimulál, viszonylag kis átlag- (18,7 km/h) és csúcssebességgel (50 km/h) és nagy alapjárati hányaddal (ENSZ EGB R15). Az üzemmódoknak és az egyes sebességfokozatok bekapcsolásának időhányadát az ➊ ábra szemlélteti.

➊ Az ENSZ-EGB R15 városi menetprogram üzemmódjainak és az egyes sebességfokozatoknak bekapcsolási időhányadai

Ezt a városi menetprogramot használták 1980-tól a személygépkocsik fogyasztásának objektív meghatározására, oly módon, hogy a járműveket három számadattal jellemezték: a 90 km/h és a 120 km/h állandó sebességű haladásnál és az Európa városi menetprogram szerint mért fogyasztással (89/491/EGK, 80/1268/EGB)). Az állandó sebességű méréseket görgős padon vagy legalább 2 km hosszú, max. ±2% meredekségű záródó vagy egyenes pályán – ez utóbbi esetben oda-vissza irányban – mérték.

Mindhárom fogyasztásmérést üzemmeleg motorral kezdték. A jármű terhelése a városi ciklusnál a kipufogógáz-vizsgálatokhoz előírt tömeg (menetkész tömeg + 100 kg terhelés), az állandó sebességű méréseknél menetkész tömeg + félterhelés, de legalább 180 kg volt [6, 7, 8].

Az így mért fogyasztásértékek információtartalma lényegesen több volt, mint a csak egy adott állandó sebességgel mért értékeké, de hiányosságai is voltak:

A nem műszaki képzettségű vásárló és érdeklődő nem igazán tudott mit kezdeni a három számadattal. „Melyik a jobb autó, ha a három számadat közül egyiknél az első nagyobb, a másiknál esetleg a másik kettő valamelyike?” A népszerű autós újságok úgy oldották meg ezt a kérdést, hogy a három fogyasztásérték számtani közepét (ún. Euro-mix értéket) közölték. Statisztikai számításokhoz, trendek bemutatásához a gyártók és a szakirodalom is átvették ezt az átlagot, annak ellenére, hogy a fogyasztásmérésre vonatkozó szabvány ennek lehetőségét nem említi.

Mindhárom érték – és így átlaguk, az Euro-mix is – kisebb volt, mint a jármű tényleges fogyasztása. Ez főként abból adódott, hogy a statisztikai felmérések szerint az autósok több mint 70%-a hidegindítást követően célja eléréséig 10 km-nél kevesebb utat tesz meg (1985, Bécs [9]). Ez nem több, mint amennyi a motor üzemmeleg hőmérsékletének eléréséhez szükséges. A hideg motor pedig mindig többet fogyaszt, mint az üzemmeleg. 
Némely autós újság úgy próbálta megoldani ezt az ellentmondást, hogy az átlagszámításnál a három szám legnagyobbikát – a városi menetprogram szerinti fogyasztást – kétszeres súlyozással vette figyelembe.

A ma Európában érvényes fogyasztásmérés

Az Európai Unió országaiban a károsanyag-kibocsátási mérésekhez a korábbi városi Európa-menetprogramot az 1989-ben megfogalmazott és 1993-ban bevezetett új menetprogram (ENSZ-EGB 83. sz. előírás) váltotta fel. Ez városi és városon kívüli (EUDC = extra urban driving cycle) szakaszból áll. A városi szakasz a korábbi menetprogrammal azonos és ugyanúgy négy azonos elemi ciklusból áll; a városon kívüli szakasz adott program szerint 120 km/h sebességig gyorsít fel, és egyszer teendő meg. Ez az új menetprogram, melyet 2000-ben kismértékben módosítottak, és amelyet azóta EU-2000 menetprogramnak is neveznek, jobban közelíti a valós menetkörülményeket. A városon kívüli menetprogram üzemmódjainak és az egyes sebességfokozatok bekapcsolásának időhányada a ➋ ábrán láthatóak.

➋ A városon kívüli menetprogram üzemmódjainak és az egyes sebességfokozatok bekapcsolásának időhányadai

1996-tól kezdve ezt a menetprogramot alkalmazzák a fogyasztásmérésre is (93/116/EGK). A korábbiaktól eltérően a mérést hideg – szobahőmérsékletű, 21..30 °C-ra temperált – motorral indítják, és mérik a teljes menetprogram során elfogyasztott tüzelőanyag-mennyiséget; de ezen belül mérik a városi és a városon kívüli rész fogyasztását is. Eredményként végül liter/100 km-ben három fogyasztási adatot adnak meg: a városi, a városon kívüli és a teljes menetprogram fogyasztását. A három adat nem független egymástól: az utóbbi az előzőeknek a megtett út szerint súlyozott számtani közepe.

Az 1996-ig érvényes és az 1996-tól hatályos fogyasztásmérések eltéréseit és kapcsolatát szemlélteti a ➌ ábra.

➌ Az 1996-ig érvényes és az 1996-tól hatályos fogyasztásmérések eltérései és kapcsolata

Az ábrán nem látható, de nagyon fontos változás a korábbiakhoz képest az, hogy a mérést hideg motorral indítják. A hideg, felmelegedő motor több ok miatt is többet fogyaszt, mint az üzemmeleg:

– a motor mechanikai veszteségei a hideg olaj nagyobb viszkozitása miatt nagyobbak

– a hideg égéstérben az égés tökéletlenebbül megy végbe

– a hideg motort dúsabb keverékkel (és alapjáraton nagyobb fordulatszámon) kell járatni

– végül a motor és környezetének felmelegedéséhez szükséges hőmennyiség a motor leállítása után a környezetnek adódik át.

Ez utóbbi hatását nagyon jól mutatja a ➍ ábra, melyen, az új fogyasztásmérési szabvány szerinti EU-2000 menetprogramot teljesítő középkategóriájú jármű (VW Golf TDI) energiafelhasználási – Sankey – diagramja látható. A bevezetett tüzelőanyag csaknem ¼ része, 23,6%-a fordítódik arra, hogy a motor üzemi hőmérsékletre melegedjék. A hideg motorral való indítás tehát – ha feltételezzük, hogy a motor a menetprogram végére elérte az üzemi hőmérsékletet – ennyi többletfogyasztást okoz.

➍ Középkategóriájú dízelmotoros gépkocsi energiafelhasználási diagramja

A menetprogram teljes hossza 11 km (4 km a városi és 7 km a városon kívüli rész). A mindennapi gyakorlatban, ha egy hidegindítás után 11 km-nél rövidebb utat tesz meg a gépkocsi, a többletfogyasztás az előzőekben említettnél még nagyobb is lehet. Ennek mértékét az ugyancsak VW-mérések alapján készült ➎ ábra szemlélteti.

➎ Többletfogyasztás a hidegindítást követően megtett úthossz függvényében

A fogyasztásmérési szabványok eredményeinek összehasonlítása

Az 1979/1980-as szabványváltozás hatása jól megfigyelhető az Automobil Revue katalógus egymást követő kiadásainak adataiból. Így pl. a VW Golf I. fogyasztása (1,1 l lökettérfogatú, 37 kW teljesítményű motorral)

az 1979-es katalógus szerint (DIN 70030) 8,3 l/100 km. 
Az ehhez tartozó vizsgálati sebesség a csúcssebesség – 140 km/h – ¾-ed része, azaz 105 km/h volt.

Ugyanennek a járműnek az 1980-as katalógus szerint mért fogyasztása:

– 90 km/h állandó sebességnél 
6,6 l/100 km,

– 120 km/h állandó sebességnél
9,2 l/100 km,

– városi ciklus szerint mérve pedig 
9,9 l/100 km.

A három adat számtani közepe (Euro-mix) 8,6 l/100 km.

A következő 1996/1997-es szabványváltás hatása az 1997-es szakfolyóiratok típusismertető adatai alapján figyelhető meg, mert ebben az évben még az ismertetők általában mindkét szabvány szerint mért adatokat tartalmazták. Példaképpen az 1,6 l lökettérfogatú, 55 kW teljesítményű benzinmotoros Skoda Octavia fogyasztása [10]:

a korábbi, 89/491/EGK előírás szerint mérve

– 90 km/h állandó sebességnél 
5,2 l/100 km,

– 120 km/h állandó sebességnél 
7,1 l/100 km,

– városi program szerint mérve pedig 9,5 l/100 km.

– A három adat számtani közepe (Euro-mix) 7,3 l/100 km.

az új, 93/116/EGK előírás szerint mérve

– a városi menetprogramrészben 
11,2 l/100 km,

– a városon kívüli menetprogramrészben 6,0 l/100 km,

– a teljes menetprogramra vonatkoztatva 7,9 l/100 km.

A városi menetciklus szerint mért, aláhúzott értékek eltérése jól mutatja a hideg motorral kezdett mérésprogram hatását.

Hosszabb időszak fogyasztási adatainak összehasonlítását az időközben megváltozó szabványok lehetetlenné tennék, ezért a gyártók az új szabvány életbelépését követően továbbra is mérik a régebbi szabvány szerinti értékeket. Ez tette lehetővé a ➏ ábra elkészítését, amely 1975–2002 között ábrázolja az Opel, a VW, az Audi, a GM, a Ford, a Chrysler és a japán gyártmányú járművek fogyasztásának változását [11]. A diagram jól szemlélteti az 1985–1995-ös évek között a katalizátorok bevezetésének átmeneti fogyasztásnövelő hatását, valamint az 1985 előtti és az 1995 utáni évek átlagos évi 2,5%-os fogyasztáscsökkenési tendenciáját.

➏ A 89/49/EGB előírások szerint mért fogyasztási adatokból számított Euro-mix átlagfogyasztások alakulása az 1975–2005-ös évek közötti időszakban

Érdemes elgondolkodni azon, hogy műszaki fejlesztések eredményeként a vizsgált években a járműfogyasztások közel felére csökkentek, annak ellenére, hogy a mai járművek környezeti és menettulajdonságai, kényelmi szolgáltatásai és baleset-biztonsági jellemzői messze túlhaladják az 1975-ös szintet.

Irodalom

[1] Kraftfahrtechnisches Taschenbuch/Bosch. 13. kiadás. Deu­tscher Ingenieur-Verlag Düsseldorf, 1957.

[2] Kraftfahrtechnisches Taschenbuch/Bosch. 16. kiadás. VDI-Verlag Düsseldorf, 1966.

[3] Kraftfahrtechnisches Taschenbuch/Bosch. 17. kiadás. VDI-Verlag Düsseldorf, 1970.

[4] Adler, U., Bazlen, W.: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch/Bosch.18. kiadás. VDI-Verlag Düsseldorf, 1976.

[5] Terplán S.: Gépjárművizsgálatok. Tankönyvkiadó, Budapest, 1961.

[6] Adler, U.: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch/Bosch. 19. kiadás. VDI-Verlag Düsseldorf, 1984.

[7] Adler, U.: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch/Bosch. 20. kiadás. VDI-Verlag Düsseldorf, 1987.

[8] Adler, U.: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch/Bosch. 21. kiadás. VDI-Verlag Düsseldorf, 1991.

[9] Moser F.: Über das Verhalten von Fahrzeug-Ottomotoren. Doktori disszertáció, Bécs, 1978.

[10] Bockelmann, W., Bohn H.-J.: Der neue Skoda Octavia. ATZ 99 (1997) 1.

[11] Lenz, H. P.: Skriptung zur Vorlesung Kraftfahrzeugbau. TU Wien, Ausgabe 2000.