Kevytrakennetekniikka ja hybridisointi alentavat polttoaineen kulutusta Tommi Mutanen Kabus Oy 4.12.2007
70 60 Braunschweig Bus Cycle F=ma Speed (km/h) 50 40 30 20 Voima ja massa ovat toisiinsa suoraan verrannollisia 10 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Time (s)
Kevytrakennetekniikka linja-autoissa 1. Materiaalit alumiini komposiitit Ongelmana liitokset 2. Alustan ja korin suunnittelun yhdistäminen 3. Komponenttien kokoluokan optimointi moottori vaihteisto akselit Auton keventäminen on jatkuva prosessi!
Kabus-autojen testaus VTT:llä
Pienempi kokonaismassa Kutistettu voimalinja Kevyen auton kulutus on alhaisempi 55 Kabus ML polttoaineenkulutus eri ajosykleissä 50 45 Kulutus l/100km 40 35 30 25 Helsyk2 Braunschweig Jokeri Helsyk3 Braunschweig Euro 2 autot keskimäärin Braunschweig Euro 3 autot keskimäärin Euro 3 kuormariippuvuus 20 8000 10000 12000 14000 16000 18000 Massa kg
Kabus ML polttoaineenkulutus Braunschweig-ajosyklissä 60 50 Kulutus l/100km 40 30 20 10 Kabus alumiini-ml Euro 2 autot keskimäärin Euro 3 autot keskimäärin Euro 3 kuormariippuvuus 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Kuorma kg
Energiatehokkuus nykyisissä Kabus-autoissa Kabus-linja-autot ovat selvästi kevyempiä kuin vastaavan kokoiset autot keskimäärin. Pikavuoroauton omamassa on 9800 kg ja kaupunkiauton 8400 kg. Kevytrakennetekniikan ansiosta Kabus kaupunki- ja pikavuoroautojen polttoaineen kulutus on noin 20 % vastaavia autoja alhaisempi.
Seuraava askel energiansäästössä Jarrutusenergian talteenotto Kabus-hybridilinja-auto
Tehokkaan hybriditekniikan päätavoite: Jarrutusenergian talteenotto Talteen otetun energian hyödyntäminen kiihdytyksessä 200 Ajovastuksen ja liike-energian osuus työmäärästä Braunschweig-syklissä 16 Vastusteho kw 180 160 140 120 100 80 60 40 Tehontarve Jarrutusteho Ajovastusteho 100% 73% 27% 14 12 10 8 6 4 Työkertymä kwh 20 2 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Aika s 0
Kabus hybridiprojektin vaiheet Projektiryhmä Markkina- ja teknologiatutkimus Laboratoriotestit Simuloinnit Yhteistyökumppanit Teknologiademonstraattori Kenttäkokeet Tavoite: Yksinkertainen, kustannustehokas ja kannattava hybridilinja-auto
Hybridiprojektin jako toteutuskokonaisuuksiin Hybridiprojektin ohjausryhmä Kabus VTT TEC Tutkimushankkeen rahoittajat: Kabus Tekes Logiikka: Epec Sähkömoottori/Generaattori: Dynawatt Powersystems Tehonsäätö: Vacon Traction Liityntävaihde: Katsa Energiavarasto: OEM Electronics (Maxwell) Tietokonesimuloinnit: TKK
Hybridin toiminta teoriassa Kiihdytys aloitetaan sähköllä Dieselmoottori tulee mukaan kun sähköenergia loppuu Jarruttamalla tehdään sähköenergiaa
Hybridin toteuttamisvaihtoehdot: Diesel Rinnakkaishybridi Sarjahybridi Yhdistelmähybridi
Osa liike-energiasta muutetaan lämmöksi hidastimella. Kabus-hybridin rakenne Dieselkäyttöinen linja-auto Osa liike-energiasta muutetaan moottori/generaattorilla sähköenergiaksi ja varastoidaan superkondensaattoreihin Dieselsähköinen rinnakkaishybridilinja-auto
Nopeus Braunschw eig-syklin aikana Hybridin simuloitu kulutus: Braunschweig-syklin simuloitu ajo: Kulutus [l/100km] Ero [%] Kabus ML diesel Kokonaismassa 8500 26,6 0,0 Kokonaismassa 10000 29,8 0,0 Kokonaismassa 11500 33,5 0,0 Kokonaismassa 13000 38,4 0,0 Kabus ML rinnakkaishybridi (60 kw sähkömoottori) Kokonaismassa 8500 20,1 34,2 Kokonaismassa 10000 22,5 33,9 Kokonaismassa 11500 25,1 32,9 Kokonaismassa 13000 27,9 31,8 km/h 70 60 50 40 30 20 10 0 0 500 1000 1500 2000 Laskelmien mukaan Hybridin kulutus ja hiilidioksidipäästöt ovat parhaimmillaan yli 30 % dieselautoa pienemmät. s
Demonstraattorin rakentaminen Lähtökohtana uusi kevytrakenteinen Kabus TC-4A4 Pituus 11,8 m Akseliväli 6,45 m Etuylitys 2,4 m Takaylitys 2,8 m Korkeus 2,9 m Matkustajapaikat 40+29 Omamassa 8900 kg Moottori 4,5 l Cummins ISBe 140 B Vaihteisto Allison 2000 Etuakseli DANA NDS 56 LF Taka-akseli DANA 11.28 Renkaat 285/70 R 19.5 Jousitus Ilmajousitus Sähkömoottori Dynawatt n. 120 kw Kondensaattorit 2 x 390 V, 0,35 kwh Yhdistelmävaihteisto Katsa, Välityssuhde 1: 3,53 Taajuusmuuttaja Vacon Traction Ajotietokone Epec
Demonstraattorin toiminta ja testaus: Sykliajot VTT:llä
Hybridin toiminta todellisessa ajotilanteessa Pyynnit %, Ajonopeus km/h Leikkaus Braunscweig-syklistä 100 80 60 40 20 0-20530 580 630 680-40 -60-80 -100 Aika s Kaasu % Diesel pyynti % Sähkö pyynti % Ajonopeus
Ensimmäiset VTT:llä mitatut hybridibussin kulutuslukemat (hybridin toiminta vielä optimoimatta) 55 Kabus ML polttoaineenkulutus Braunschweig-ajosyklissä 50 45 Kulutus l/100km 40 35 30 25 20 15 Kulutus laski n. 20%, (tavoite optimoidulla järjestelmällä 30%) Kabus alumiini-ml Kabus ML-hybridi (ensimmäinen sykliajo) Euro 2 autot keskimäärin Euro 3 autot keskimäärin 10 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Kuorma kg
Säästömahdollisuudet Kaupunkilinja-auton kulutus l/100 km 40 35 30 25 20 15 10 5 muutos -20 % muutos -44 % muutos -30 % 0 Keskivertolinja-auto Kevyt linja-auto Hybridi
Ympäristövaikutukset Hiilidioksidipäästöjen vähentäminen eri keinoin 1400 g/km 1200 1000 800 600 400 muutos -20 % muutos -30 % muutos -15 % muutos -60 % 200 0 Keskivertolinja-auto Kevyt linja-auto Hybridi Hybridi +NexBTL (25 %) Hybridi +NexBTL (100 %)
Ympäristövaikutukset Hiilidioksidipäästöt henkilöä kohden (kuorman vaikutus huomioituna) 1400 1,3*1250/70=23,2 g/km 1200 1000 1,1*162/5=35,6 g/km g/km 800 600 1,3*700/70=13,0 g/km 400 1,3*280/70=5,2 g/km 200 0 Keskivertolinja-auto Kevyt linja-auto Hybridi Hybridi +NexBTL (25 %) Hybridi +NexBTL (100 %)
Kiitos!