Renkaiden virheiden vaikutus energiankulutukseen HVAC Apulaitteiden energiankulutus HDENIQ Osku Kaijalainen Aalto yliopisto Koneenrakennustekiikan laitos Auto ja työkonetekniikan tutkimusryhmä
Renkaiden virheiden vaikutus energiankulutukseen Epätasapaino Matkustusmukavuuden lasku ja ratin tärinä (erityisesti dynaamisella epätasapainolla) Yleisintä eturenkaiden tasapainottaminen Ei juurikaan vaikutusta vierinvastukseen, alustan väsymiseen kumikomponenteissa tai tiekosketuksen heikkenemiseen Ei suurta vaikutusta renkaan epätasaiseen kulumiseen, suurissa kulumissa muita syitä (alustan välykset jne.) Vaikutus energiankulutukseen vain laskennallinen Esimerkki: pyöräkuorma 4450kg, jousittamaton massa 420kg, jousen jäykkyys 500kN/m ja vaimennuskerroin 20 kns/m. Värähtelykuormitus 237N 6,8Hz (250g 0,52m säteellä 80km/h) 1 renkaalla 0,000229 l/100km 20 renkaalla 0,0046 l/100km (~0,01% lisä 45 l/100km kulutuksella)
Renkaiden virheiden vaikutus energiankulutukseen Ilmanpaine Korkeampi rengaspaine pienentää vierinvastusta kovalla pinnalla, mutta lisää rengasmelua ja tien rasituksia Yleisesti kriittinen raja rungon vaurioitumiselle 20% painevajaus Kulutuslisän prosentuaalinen kasvu lisääntyy nopeuden noustessa (vierinvastus) Vajaapaine vaikea havaita, erityisesti paripyörissä Tiedostettu asia, mutta silti paineiden tarkkailua laiminlyödään Tutkimuksia 3bar paine ero renkaan suosituspaineen läheisyydessä jopa 2% vaikutus polttoaineen kulutukseen 60t yhdistelmä, kaikissa 15 20% vajaapaine ~3 l/100km Simulointitulokset 10% vaje 0,5 0,75% kasvu polttoaineen kulutuksessa 20% vaje 1 1,75% kasvu polttoaineen kulutuksessa Yhdelle renkaalle 15% vajaapaine 0,2% kasvu polttoaineen kulutuksessa (40 l/100 km 0,08 l/100km)
Renkaiden virheiden vaikutus energiankulutukseen Muotovirheet Vaikutus pitkälti sama kuin epätasapainossa, mutta ei poistu tasapainotuksella Säteisheitto suurin värähtelyn aiheuttaja rajana premium renkaissa 1,5mm etupyörillä ja 2mm vetävissä pyörissä Sivuttaisheitto vaikuttaa matkustusmukavuuteen Simulointi 2,5mm säteisheitto, 80km/h: 20 renkaalla 0,476 l/100km (45 l/100km +1,04%) Mittaukset tasapainotetulla säteisheittoisella vanteella 25cm säteelle 500g + 500g painoja, tarkoituksella valittu suuri epätasapaino Mittausten perusteella epätasapainolla tai muotovirheillä ei juuri vaikutusta polttoaineen kulutukseen.
HVAC Ilmastointijärjestelmän vaikutus ajoneuvojen energiankulutukseen HVAC = heating, ventilation & air conditioning Arvio: vuonna 2020 95% ajoneuvoista on ilmastointi Mukavuus ja kuljettajan vireystila Ympäristötietoisuus, hybridit ja sähköajoneuvot lisäävät tarvetta kehittää järjestelmiä niin lämmityksen kuin jäähdytyksen osalta Moottoreista vähän/ei lainkaan lämpöä Polttomoottori ei aina käynnissä Hihnakäyttöinen kompressori ei aina mahdollinen Ikkunoiden pinta ala ja auki pito, ilmastoinnin rajapinta, ajosykli, tyhjäkäynti, ajonopeus, pysäköinti auringossa/taukotuuletus, kuormatilan eristys jne.
HVAC Ilmastointijärjestelmä Henkilöautoissa mekaanisen tehon tarve 4 6kW, sähkötehon tarve 300 1200W, massa 12 25kg Yksittäisillä komponenteille huomattava merkitys Puolet raskaan kaluston jäähdyttimen tuulettimen (jopa 55kW) päällä olosta johtuu ilmastoinnista Sähköisellä käytöllä tuulettimen nopeus säädettävissä Järjestelmän älykäs ohjaus ja huolellinen integrointi olennaista polttoaineen kulutuksen minimoinnissa Normin mukaisessa mittauksessa ei käytetä ilmastointia tai lisälämmittimiä Kokonaisvaltainen tarkastelu edellyttää myös ajoneuvon käytön ja konstruktion sekä ympäristön huomioimista
HVAC Henkilöautot Ilmastoinnin vaikutus henkilöautoissa suurempi kuin vierinvastus tai ilmanvastus Start/stop automatiikan hyödyn menetys kuormittavissa olosuhteissa sähköinen AC kompressori Pahimmillaan ilmastointi kuluttaa enemmän kuin ajoneuvon liikuttaminen Ilmastoinnin osalta ei juuri eroja normaaleihin autoihin Esim. eräässä syklissä Prius n ilmastoinnin kulutuslisä oli 3,8 l/100km (ilman ilmastointia kulutus oli 2,6 l/100km) Ruuhka ajossa henkilöautolla ilmastointilisä jopa 3 l/100km Suurilla nopeuksilla l/100km pienenee, vaikka tehontarve suurenee
HVAC Raskaat ajoneuvot Kaupunkilinja auto Braunschweig syklissä Simulointi Kulutus ilman ilmastointia 44 l/100km Ilmastoinnin kanssa (keskimääräinen teho 18kW) 65 l/100km Ilmastoinnin osuus 21 l/100km Mittaus 30kW jäähdytysteho Kulutuksen nousu 26% (12 l/100km) ottoteho 10kW (ei huomioitu käyttöaikakerrointa) Asiantuntija arvioiden mukaan osuus voi olla jopa 35 50% Kaupungissa paljon pysähdyksiä ja linja auton ovien avauksia Täysjäähdytyksellä 15kW, ylläpito 5kW Ilmastointi suurin tehonviejä tyhjäkäynnillä Kylmäkuljetusten energiankulutus suurempi kuin pakastekuljetusten
HVAC Parantamiskohteita Järjestelmän parantaminen kokonaisuutena Sähkötehon kulutus Kylmäainepiirin optimointi Raskaiden ajoneuvojen tyhjäkäynnin vähentyminen Järjestelmän ohjaus, esimerkiksi Lämpökuorman vähentäminen Auringon säteilyä heijastavat materiaalit ja eristys Ilmanvaihdon häviöt Taukotuuletus Vakiotilavuuskompressori vs. kehittyneempi järjestelmä Jäähdytysvaiheessa 2,53 4,14 l/100km Ylläpitovaiheessa kaupungissa 0,76 2,11 l/100km ja maantiellä 0,09 0,66 l/100km Kasvu 5,2 19,9%
Apulaitteiden energiankulutus Markkinoilta löytyy jo sovelluksia, joissa energiaa säännöstellään kokonaisuutta silmälläpitäen, esim sähköinen ohjaustehostin Energiavirtojen hallinta ja sääntely tarjoaa mahdollisuuksia, Järjestelmien, olosuhteiden ja käyttötapojen vaihtelevuus asettaa haasteita suunnittelulle. Tarve säätää samanaikaisesti mekaanista, kemiallista, sähköistä ja lämpöenergiaa Periaatteessa tarve kaikkien polttomoottorin käyttämien laitteiden sähköistämiselle; jopa moottorin sisäiset kuten vesi ja öljypumppu Mahdollisuuksia muuttaa moottorin työsykliä Päälirakenteiden kuten nostureiden ja nostimien käytöt Tutkimus ja kehitysaktiviteetti alueella on kasvanut