Henkilöauton energiankäyttö ja hybridiauton energiatehokkuus Markku Ikonen Turun ammattikorkeakoulu markku.ikonen@turkuamk.fi 1
Miksi polttoaineenkulutuksta pitäisi alentaa? Päästöt ja säästöt 1. HIILIDIOKSIDIPÄÄSTÖT Kulutus määrää poltettavan hiilen määrän Poltettava fossiilinen hiili aiheuttaa CO 2 -päästön CO 2 -päästöön ei voida puhdistimilla vaikuttaa Tuottamani CO 2 -päästö riippuu suoraan omasta kulutuksestani Virallinen ja CO 2 -päästö alhaisemmat 2. EDUT AUTON KÄYTTÄJÄLLE Rahallinen säästö Harvemmat tankkausvälit 2
Ajoneuvon vaikutus Ajovastuslajit AJOVASTUSLAJIT ERI AJOTILANTEISSA Vakionopeus, tasamaa Kiiihdytys, tasamaa Vakionopeus, vastamäki Kiihdytys, vastamäki ILMANVASTUS ILMANVASTUS ILMANVASTUS ILMANVASTUS VIERINTÄVASTUS VIERINTÄVASTUS VIERINTÄVASTUS VIERINTÄVASTUS KIIHDYTYSVASTUS NOUSUVASTUS NOUSUVASTUS KIIHDYTYSVASTUS 3
Vastusvoima [ N ] Ajoneuvon vaikutus Ilman- ja vierintävastusvoimat, VW Golf 1600 1400 1200 Ajovastusvoim at ajonopeuden funktiona (VW Golf) Vastusvoimien summa Ilmanvastusvoima Vierintävastusvoima 1000 800 600 400 200 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Ajonopeus [km/h] 4
Vastusteho [ kw ] Ajoneuvon vaikutus Ilman- ja vierintävastustehot, VW Golf 90 80 70 60 Ajovastustehot ajonopeuden funktiona (VW Golf) Vastustehojen summa Ilmanvastusteho Vierintävastusteho 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Ajonopeus [km/h] 5
Ajoneuvon vaikutus Ajovastusvoimat, -tehot ja -energiat Ilmanvastusvoima F d = ½*ρ*c d *A*v 2 Vierintävastusvoima F r = f r *m*g Voimien summa F dr = F d + F r Ajovastusteho Ajovastusenergia P dr = F dr * v E dr = P dr * t Kiihdytysenergia E a = ½*m*(v f 2 - v 02 ) => E tot = E dr + E a + E i Nousuenergia E i = m*g*h F [N] 6
Ajoneuvon vaikutus Laskuesimerkki ja johtopäätös F d = 350 N, F r = 150 N, v f = 100 km/h, v 0 = 0 km/h t = 6 min, m = 1500 kg, h = 100 m Ajovastusenergia 1.39 kwh 71 % Kiihdytysenergia 0.16 kwh 8 % Nousuenergia 0.41 kwh 21 % Yht. 1.96 kwh 100 % Johtopäätös: Kiihdytysnopeudella tai -paikalla ei vaikutusta vetopyöriltä tarvittavaan kwh-määrään!!! Sen sijaan: Kiihdytystapa vaikuttaa moottorin kuormitusasteeseen ja sitä kautta ominaiskulutukseen KULUTUKSEN MUODOSTUMINEN: kwh * g / kwh = g Jos ominaiskulutus 420 g/kwh, tarvitaan on 823 g = 1.1 litraa Vastaa voimalinjan hyötysuhdetta 0.20, p-ainetarve 9.8 kwh Bensiini: 8.8 kwh/l, tarvitaan n. 1.1 litraa, kulutus n. 11 l/100 km 7
Ajoneuvon vaikutus Polttoainetehon jakautuminen, 80 km/h VW GOLF 1.6 FSI korimalli V (2003 2008) Polttoainetehon jakautuminen Vakionopeus 80 km/h, tasamaa Polttoaineteho 100 % (40 kw) Moottorihäviöt 77 % (31 kw) Moottoriteho 23 % (9 kw) 8 Ilmanvastus 12 % (5 kw) Vierintävastus 8 % (3 kw) Voimansiirtohäviöt 2 % (1 kw) Apulaitteet 1 % (< 0.5 kw)
Ajoneuvon vaikutus Polttoainetehon jakautuminen, 100 km/h VW GOLF 1.6 FSI korimalli V (2003 2008) Polttoainetehon jakautuminen Vakionopeus 100 80 km/h, tasamaa Poltto- aine- teho 100 % (40 (58 kw) Moottori- häviöt 77 73 % (31 (43 kw) Moottoriteho 23 27 % (15 (9 kw) kw) 9 Ilmanvastus 12 17 % (5 (10 kw) kw) Vierintävastus Vierintävastus 6.5 8 %(3 (3.5 kw) kw) Voimansiirtohäviöt 2.52 % (1.5 kw) Apulaitteet 1 % 1 %(< (< 0.5 0.5 kw) kw)
Ajoneuvon vaikutus Polttoainetehon jakautuminen, 120 km/h VW GOLF 1.6 FSI korimalli V (2003 2008) Polttoainetehon jakautuminen Vakionopeus 120 km/h, tasamaa Polttoaineteho 100 % (83 kw) Moottorihäviöt 71 % (59 kw) Moottoriteho 29 % (24 kw) 10 Ilmanvastus 20 % (17 kw) Vierintävastus 6 % (5 kw) Voimansiirtohäviöt 3 % (2.5 kw) Apulaitteet 1 % (< 0.5 kw)
Ajoneuvon vaikutus Moottoritehon jakautuminen, 80 km/h VW GOLF 1.6 FSI korimalli V (2003 2008) Moottoritehon jakautuminen Vakionopeus 80 km/h, tasamaa Moottoriteho 100 % (9 kw) Ilmanvastus 54 % (5 kw) Vierintävastus 33 % (3 kw) Voimansiirtohäviöt 10 % (1 kw) 11 Apulaitteet 3 % (< 0.5 kw)
Ajoneuvon vaikutus Moottoritehon jakautuminen, 100 km/h VW GOLF 1.6 FSI korimalli V (2003 2008) Moottoritehon jakautuminen Vakionopeus 100 km/h, tasamaa Moottoriteho 100 % (15 kw) Ilmanvastus 63 % (10 kw) 12 Vierintävastus 25 % (3.5 kw) Voimansiirtohäviöt 10 % (1.5 kw) Apulaitteet 2 % (< 0.5 kw)
Ajoneuvon vaikutus Moottoritehon jakautuminen, 120 km/h VW GOLF 1.6 FSI korimalli V (2003 2008) Moottoritehon jakautuminen Vakionopeus 120 km/h, tasamaa Moottoriteho 100 % (24 kw) Ilmanvastus 70 % (17 kw) 13 Vierintävastus 19 % (5 kw) Voimansiirtohäviöt 10 % (2.5 kw) Apulaitteet 1 % (< 0.5 kw)
Usein syytetään autoa Kulutuksen kolme päätekijää Ajoneuvo Olosuhteet Kuljettaja 14
Esimerkkejä polttoaineentuhlauksesta Ajaminen liikennevaloihin 15
Esimerkkejä polttoaineentuhlauksesta Ajaminen liikennevaloihin 16
Miksi minimoida kiihdytystarve? Henkilöauton liike-energia m = 1600 kg v = 120 km/h ( = 33.33 m/s) E = ½ * 1600 kg * 33.33 2 (m/s) 2 = 0.89 MJ = 0.25 kwh Polttoainetarve kiihdytykseen: 0.25 kwh / 0.20 = 1.25 kwh Vastaa 0.14 litraa bensiiniä Veden keitto (+20 +100 o C) 2.7 litraa 1600 kg 500 W, 0.5 h => 0.25 kwh 17
Esimerkkejä polttoaineentuhlauksesta Mikä tässä menee väärin? 18
Esimerkkejä polttoaineentuhlauksesta Ajolinja on oikea (mutta entä auton valinta)? 19
Esimerkkejä polttoaineentuhlauksesta Näkyykö vajaa rengaspaine päällepäin? 20
Esimerkkejä polttoaineentuhlauksesta Mikä tässä voi olla väärin? 21
Esimerkkejä polttoaineentuhlauksesta Mikä tässä menee vikaan? 22
Kiitokset kiinnostuksesta, jatketaan seuraavassa tapaamisessa 23
1 2 3 4 5 6 24