Your SlideShare is downloading. ×
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×
Saving this for later? Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime – even offline.
Text the download link to your phone
Standard text messaging rates apply

Kitkahäviöt henkilöautoissa - Energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet (Holmberg, Andersson, Erdemir)

120

Published on

Henkilöauton polttoaineen kulutuksesta peräti kolmasosa kuluu kitkaan, millä on suora vaikutus polttoaineen kulutukseen ja hiilidioksidipäästöihin. Uuden teknologian avulla voidaan VTT:n mukaan …

Henkilöauton polttoaineen kulutuksesta peräti kolmasosa kuluu kitkaan, millä on suora vaikutus polttoaineen kulutukseen ja hiilidioksidipäästöihin. Uuden teknologian avulla voidaan VTT:n mukaan kuitenkin pienentää kitkaa eri autonosissa jopa 10-80 %. Tämän perusteella polttoaineen kulutus ja päästöt vähenisivät 5-10 vuoden kuluessa 18 % ja 15-25 vuoden kuluessa jopa 61 %.

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
120
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. Kitkahäviöt henkilöautoissa – energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuudet Holmberg, Andersson & Erdemir VTT ja Argonne National Laboratory (USA) 12.1.2012
  • 2. 2 ESITYKSENI AIHEET 1. Kitka – ja sen vaikutus yhteiskunnassamme 2. Kitkahäviöt henkilöautoissa, VTT:n ja ANL:n uusi selvitys 3. Uusin tutkimus kitkan vähentämiseen 4. Kitkan säästöt maailmanlaajuisesti
  • 3. 3 ” Tiede ja teknologia, joka tutkii kosketuksessa olevia liikkuvia pintoja ” KITKA, KULUMINEN JA VOITELU = TRIBOLOGIA
  • 4. 4 KONEET TOIMIVAT HIUSTAKIN OHUEMMAN KALVON VARASSA Voitelukalvon paksuus = 2–4 m Hiuksen halkaisija = 50 m Sisääntulo alue Hertzin alue Ulostulo alue Paine SISÄÄN Nopeudet Kuormat Materiaalit Voiteluaine Lämpötila Geometria Ympäristö ULOS Kitka Kuluminen
  • 5. 5 Autot Moottorit Lentokoneet Työkalut Energiateknologia Lääkintäteknologia Kulutustuotteet Lääketuotanto Moottoriurheilu Pakkaaminen Elintarvikkeet Kuvat verkosta: Baltzers, Savcor, Diarc, Teer HANKAAVAT PINNAT OVAT HAASTE
  • 6. 6 KITKA PYSÄYTTÄÄ ISOTKIN KONEET
  • 7. 7 SEISOKKIKUSTANNUKSET NOUSEVAT MILJOONIIN VIIKON SEISOKKIKUSTANNUKSET • 80.000 € - Rahtialus • 400.000 € - Öljyjalostamo • 800.000 € - Kemian tehdas • 800.000 € - Hiilivoimala • 1.500.000 € - Paperi- tai sellutehdas • 2.200.000 € - Ydinvoimalaitos
  • 8. 8 Öljy 33 % Ydin- voima 6 % Vesivoima 2 % Uusiutuvat 11 % Kaasu 21 % Hiili 27 % Raaka- aineena 17 % Muu 12 % Teollisuus 9 % Junat 3 % Lentokoneet 7 % Laivat 8 %Bussit 4 % Kuorma- autot 12 % Henkilöautot 28 % Kuljetus 62 % Energiaa kuluu kitkan voittamiseksi Energian tuotanto 2009 yhteensä 12150 Mtoe Raakaöljyn kulutus 2009 yhteensä 3460 Mtoe Mtoe = miljoona tonnia öljy ekvivalenttia
  • 9. 9 VTT:n ja Argonne National Laboratoryn henkilöauton kitkatutkimuksen lähtökohta Paljonko kuluu energiaa kitkaan autoissa? Paljonko voidaan säästää? Suomessa? Maailmassa? Mitä pitäisi tehdä?
  • 10. 10 Globaali taso Kansallinen taso Kehittyneet teollisuusmaat, teollisesti kehittyvät maat, maatalousmaat Yhteiskuntatoimintotaso Kuljetus, voimalaitokset, teollisuus, rakennukset ym. Yhteiskunnan alasektoritaso Esim. kuljetus: tie-, raide-, meri-, lentoliikenne Konetaso Esim. tieliikenne: moottori, vaihdelaatikko, pyörät, jarrut ym. Komponenttitaso Esim. moottori: laakerit, hammaspyörät, tiivisteet, männänrenkaat ym. Kitkalähdetaso Raja-, EHD-, HD-voitelu, vierintä, liukuminen, kyntäminen ym. 10 12 10 9 10 6 10 3 1 10 -1 10 -3 10 -6 10 -9 Tm Gm Mm Km m dm mm m nm Henkilöautojen kitkahäviöt eri ulottuvuustasoilla
  • 11. 11 Energian kulutuksen kohteet auton käytön eri vaiheissa Nopeus Aika Tyhjäkäynti Kiihdytys Vakionopeus Jarrutus (a) Liike-energia (b) Moottorin ja voiman- siirron kitka (c) Pyörien kitka ja ilman- vastus (d) Jarrutuskitka b a+b+c b+c b+c+d-a
  • 12. 12 Menetelmä kitkahäviöiden laskemiseksi henkilöautoille globaalitasolla 3. Autoja maailmassa yhteensä: 612 milj. autoa 1. Globaali raakaöljyn käyttö henkilöautoissa 2009: 1083 Mtoe/v 2. Globaali polttoaine-energian käyttö autoissa 2009: 22 085 000 TJ/v 5. Energia kitkan voittamiseen yhdessä keskivertoautossa: 11 860 MJ/v = 340 l/v 9. Arvio kitkatehokkuudesta (= kitkakerroin) erilaisissa kitkalähteissä auto 2000:lle, auto 2010:lle, lab 2010:lle ja auto 2020:lle 8. Kitkahäviöt erilaisissa kitka- ja voitelu- kohdissa: HD, EHD, BL, ML, VL ym. 7. Kitkahäviöt auton komponen- teissa: hammaspyörät, laakerit, tiivisteet, männät, pumppaus ym. 6. Kitkahäviöt auton alajärjes- telmissä: renkaat, moottori, vaihdelaatikko, jarrut 10. Kitkanvähennyksen potentiaali erilaisissa kitkalähteissä 11. Energian säästöpotentiaali yhdelle keskivertoautolle käyttäen parasta kaupallista ( 37% ), parasta laboratorio- ( 61% ) ja tulevaisuuden parasta ( 70% ) ratkaisua 12. Maailmanlaajuiset säästömahdollisuudet käyttäen parasta kaupallista ( 350 000 M€ ), parasta laboratorio- ( 575 000 M€ ) ja tulevaisuuden parasta ( 660 000 M€ ) ratkaisua 13. Säästömahdollisuudet Euroopassa käyttäen parasta kaupallista( 60 200 M€ ), parasta laboratorio- ( 99 600 M€ ) ja tulevaisuuden parasta ( 114 000 M€ ) ratkaisua 4. Energiankäyttö yhdessä keskivertoautossa: 36 000 MJ/a
  • 13. 13 Globaali keskivertohenkilöauto ja keskimääräiset ajo-olosuhteet Globaali keskivertohenkilöauto: • valmistettu vuonna 2000 • nelisylinterinen nelitahtimoottori: 75 kW • moottorilla 1,7 dm3 iskutilavuus • paino 1500 kg • 70 % bensiini- ja 30 % dieselkäyttöinen • keskimääräinen kulutus 8 litraa/100 km Keskimääräiset globaalit ajo-olosuhteet: • vuosittaiset ajokilometrit: 13 000 km • keskinopeus: 60 km/t • ajo keskivertotiellä • 300 g/kWh polttoainetehokkuus / 12 kW • CO2-päästöjä 2,5 kg/ polttoainelitra
  • 14. 14 Polttoaine-energian muuttuminen henkilöautoissa 60 km/t ajonopeudella POLTTOAINE Pakokaasut 33 % => lämmön ja kaasujen siirtyminen Jäähdytys 29 % => lämpöhukka ja johtuminen Ilmanvastus 5 % => kaasun leikkautuminen => lämpö Kitka 33 % => lämpö & materiaalin muunnos Potentiaali- energia (kemiallinen) Muutos: - liike-energiaksi - lämpöenergiaksi - erilaiseen olomuotoon
  • 15. 15 Henkilöauton energiankäyttö POLTTO- AINEEN ENERGIA 100% MEKAANI- NEN VOIMA 38% JÄÄH- DYTYS 29% PAKO- KAASUT 33% ENERGIA AUTON SIIRTOON 21.5% KITKA- HÄVIÖT 33% ILMANVAST. 5% MOOTTORI 11.5% VOIM.SIIRT 5% VIERINTÄ- VASTUS 11.5% ILMANVAST 5% JARRUT 5% Hyödytön hukka- energia Kokonais- energia- häviöt
  • 16. 16 Kitkahäviöt auton eri komponenteissa Pyörät 35 % RF Moottori 35 % Vaihdelaatikko 15 % - hammasvälitys 55 % EHD - laakerit 20 % EHD - viskositeetti 20 % VL - tiivisteet ym. 5 % ML Jarrut 15 % - kampimekanismi 15 % ML - laakerit, tiivisteet 30 % HD - mäntä-sylinteri 45 % => - HD, purs. 40 % - EHD 40 % - ML 10 % - BL 10 % - pumppaus ja hydr. 10 % VL
  • 17. 17 Vuosittaiset kitkahäviöt keskivertohenkilöautossa kitka- ja voitelumekanismien mukaisesti jaoteltuna Kitkan voittamiseen käytetty 11 863 MJ energiamäärä jakautuu: - 4 152 MJ (35 %) pyörien vierintävastukseen - 4 152 MJ (35 %) moottorijärjestelmään, joka jakautuu: - 1 868 MJ (45 %) mäntäjärjestelmään, joka jakautuu: - 747 MJ (40 %) HD voitelukontaktiin - 747 MJ (40 %) EHDS voitelukontaktiin - 187 MJ (10 %) ML voitelukontaktiin -187 MJ (10 %) BL voitelukontaktiin - 1 246 MJ (30 %) laakereihin, tiivisteisiin ym., pääasiallisesti HD - 623 MJ (15 %) kampijärjestelmään, pääasiallisesti HD - 415 MJ (10 %) pumppaukseen ja hydrauliikkahäviöihin -1 779 MJ (15 %) vaihdelaatikkoon, joka jakautuu: - 356 MJ (20 %) viskoosihäviöihin - 979 MJ (55 %) hammaspyöriin, EHDS voitelukontakti - 356 MJ (20 %) laakereihin, EHDR voitelukontakti - 89 MJ (5 %) tiivisteisiin ym., ML voitelukontakti - 1 779 MJ (15 %) jarruhin jarrutusvoiman aikaansaamiseksi
  • 18. 18 Kitkan vähentämismahdollisuudet eri kitka- ja voitelumekanismien osalta
  • 19. 19 Uusia teknisiä ratkaisuja kitkan vähentämiseksi henkilöautoissa Uudet pinnoiterakenteet: DLC, TS, nanokomposiitit ym. (tyhjiössä superlubricity = 0.001; voideltuna 10 - 50 % kitkan vähennys) Pinnan teksturointimenetelmät: laser-teksturointi (25 - 50 % kitkan vähennys; 4 % polttoainekulutuksen vähennys) Uudet rajavoitelulisäaineet ja nesteet: glyserolimono-oleaatti PAO vs DLC kosketuksessa (0.005 glyserolissa); nanomateriaalit lisäaineena kuten WS2, MoS2 and H3BO3 Matalan viskositeetin voiteluaineet Ioniset nesteet: 25 - 50 % kitkan vähennys Biomimetiikka: biomolekulaariset proteiinilisäaineet, sähkövaraus polyelektrolyyttiharjat, porcine gastric musiini, glykoproteiinimusiini =0.001 - 0.04) Matalakitkarenkaat: korkeampi paine, kapeammat renkaat jne.
  • 20. 20 Mahdolliset maailmanlaajuiset säästöt kitkan vähentämi- sestä henkilöautoissa Polttoaineen kulutus kitkan voittamiseksi 208 000 milj. litraa/v Energian kulutus kitkan voittamiseksi 7.3 milj. TJ/v Säästöt parhaalla kaupallisella ratkaisulla 348 000 M€/v Säästöt tämän päivän parhaalla ratkaisulla 576 000 M€/v Säästöt tulevaisuuden (10 v.) parhaalla ratkaisulla 659 000 M€/v Tehotoimenpiteiden ja tuotekehityksen tuloksena (5–10 vuoden aikana): Realistiset polttoainesäästöt (18 % vähennys) 117 000 milj. litraa/v Realistiset CO2-päästövähennykset 290 milj. tonnia/v Realistiset taloudelliset säästöt lyhyellä aikavälillä 174 000 milj. €/v
  • 21. 21 Mahdolliset säästöt kitkan vähentämisestä lyhyellä aikavälillä (5–10 vuotta; 18 %) eri maissa Energian säästö (TJ/v) Taloudelliset säästöt (106 Euro/v) Polttoaine- säästöt (106 litraa/v) CO2-päästö- vähennykset (106 kg/v) Maailma 4 086 000 174 000 117 000 290 000 Teollistuneet maat 2 452 000 104 000 70 200 175 000 Teollisesti kehittyvät maat 1 430 000 61 000 41 000 102 000 Maatalousmaat 204 000 8 700 5 900 14 600 EU 707 000 30 100 20 200 50 400 USA 887 000 37 800 25 400 63 300 Kiina 424 000 18 100 12 200 29 300 Japani 204 000 8 700 5 900 14 600 Iso-Britannia 81 000 3 500 2 300 5 800 Etelä-Afrikka 25 600 1 100 740 1 800 Suomi 10 200 430 300 700
  • 22. 22 Keinoja vähentää autojen energiankulutusta Kitkan vähentämiseen liittyvät: - 10 % vierintävastuksen vähennys => 3 % energiansäästö - 10 % moottorin kitkavähennys => 3 % energiansäästö - 10 % vaihdelaatikon kitkavähennys => 1.5 % energiansäästö Painoon ja muotoiluun liittyvät: - 10 % painon vähennys => 8.3 % energiansäästö - 10 % auton etupinta-alan vähennys => 2.2 % energiansäästö Käyttäjään liittyvät: - 10 % nopeuden pudotus (110 >100 km/t) => 16 % energiansäästö - 2 bar > 2.5 bar renkaan ilmanpaine => 3 % energiansäästö
  • 23. 23 Yhteenveto henkilöauton kitkan tutkimuksesta 612 miljoonaa henkilöautoa käytössä maailmassa tänään kolmasosa polttoainekulutuksesta menee kitkaan globaali keskivertoauto ajaa 13 000 km vuodessa ja käyttää 340 litraa polttoainetta, mikä maksaa 510 €, kitkan voittamiseksi uusi teknologia voi vähentää kitkaa 10 - 80 % 18 % vähennys on saavutettavissa polttoaineen kulutuksessa ja CO2-päästöissä lyhyellä aikavälillä (5 - 10 v) ja 61 % pitkällä aikavälillä (15 - 25 v) uudella teknologialla sähköauton kitkahäviöt ovat ½ polttomoottoriauton häviöistä
  • 24. 24 Öljy 33 % Ydin- voima 6 % Vesivoima 2 % Uusiutuvat 11 % Kaasu 21 % Hiili 27 % Raaka- aineena 17 % Muu 12 % Teollisuus 9 % Junat 3 % Lentokoneet 7 % Laivat 8 %Bussit 4 % Kuorma- autot 12 % Henkilöautot 28 % Kuljetus 62 % Maailman energian tuotanto ja kulutus 2009 Energian tuotanto yhteensä 12150 Mtoe Raakaöljyn kulutus yhteensä 3460 Mtoe Mtoe = miljoona tonnia öljy ekvivalenttia
  • 25. 25 Arvio yhteiskunnan kaikkien kitkakohteiden säästöpotentiaalista Suomi Maailma Energiaa kitkan voittamiseen, 31% (TJ/v) 192 000 77 milj. Energian säästömahdollisuudet, 18% (TJ/v) 35 000 14 milj. CO2:n vähentämismahdollisuudet, 18% (milj.t/v) 7,6 3 045 Taloudelliset säästömahdollisuudet, 18% (milj.€/v) 4 500 1 830 000 Helsingin kaupungin energiankulutus 2010 (TJ/v) 43 200 Ison ydinvoimalan (880MW) vuosituotanto (TJ/v) 25 200 Suomen valtion budjetti (milj.€) 50 000
  • 26. 26 Tutkimuksen rahoittajat FIMECC Oy Metallituotteet ja koneenrakennusalan strategisen huippuosaamisen keskittymän DEMAPP-tutkimusohjelma Tekes VTT Argonne National Laboratory, Department of Energy, Chicago, USA
  • 27. 27 VTT luo teknologiasta liiketoimintaa

×