Teknologiasta liiketoimintaa

Tulosta Lähetä linkki

Kolmasosa henkilöauton polttoaineesta kuluu kitkan voittamiseen

12.01.2012

Polttoaineen kulutusta ja päästöjä voidaan vähentää uuden teknologian avulla

Maailmassa on nykyisin käytössä 612 miljoonaa henkilöautoa. Keskivertoautolla ajetaan noin 13 000 kilometriä vuodessa, ja se käyttää tänä aikana 340 litraa polttoainetta kitkan voittamiseksi. Siitä autonkuljettaja maksaa 510 euroa vuodessa.

Henkilöauton polttoaineen energiasta menee pakokaasuihin 33 %, jäähdytykseen 29 % ja mekaaniseen voimaan 38 %, josta kitkahäviöiden osuus on 33 % ja ilmanvastustuksen 5 %. Sen sijaan sähköauton kitkahäviöt ovat puolet polttomoottoriauton häviöistä.

Kitkan voittamiseen käytetään maailmassa keskimäärin yhdessä autossa 11 860 megajoulen energiamäärä. Siitä 35 % menee pyörien vierintävastukseen, 35 % moottorijärjestelmään, 15 % vaihdelaatikkoon ja 15 % jarruihin jarrutusvoiman aikaansaamiseksi. Nykytekniikalla vain 21,5 % polttoaineesta menee auton varsinaiseen siirtoon, loppu on energiahukkaa.

Uudella teknologialla Suomi ja maailma säästävät

Henkilöautojen kitkaa voidaan VTT:n tuoreen tutkimuksen mukaan vähentää uusilla teknisillä ratkaisuilla, joita ovat uudenlaiset pinnoiterakenteet, pinnan teksturointimenetelmät, voiteluöljyn uudet lisäaineet, matalan viskositeetin voiteluaineet, ioniset nesteet sekä matalakitkarenkaat, joiden paine on tavallista korkeampi.

Uusilla pinnoiteratkaisuilla kitkaa voidaan vähentää noin 10–50 %. Näitä ovat mm. timantinkaltaiset hiilipinnoitteet ja nanokomposiittipinnat. Pinnan laser-teksturoinnilla suunnitellaan pinnalle mikrotopografia, joka ohjaa voitelukalvon virtausta ja sisäistä paineenmuodostusta niin, että kitka vähenee 25–50 % ja polttoaineen kulutus vähenee 4 %. Ionisoitujen nesteiden molekyylit ovat varaukselliset ja ne hylkivät toisiaan, ja siten päästään 25–50 % kitkan vähennykseen.

Suomessa mahdolliset säästöt kitkan vähentämisestä lyhyellä aikavälillä (5–10 vuodessa) merkitsevät 10 200 terajoulen energiansäästöä vuodessa, taloudellisia säästöjä 430 miljoonaa euroa, polttoainesäästöjä 300 miljoonaa litraa vuodessa ja CO2-päästövähennyksiä 700 miljoonaa kg vuodessa.

Maailmanlaajuisesti käytettiin vuonna 2009 henkilöautoissa kitkan voittamiseksi 208 000 miljoonaa litraa polttoainetta, mikä vastaa 7,3 miljoonan terajoulen energian kulutusta. Ottamalla käyttöön kaikissa maailman autoissa parhaat nykyiset käytössä olevat tekniset ratkaisut säästöjä voisi teoreettisesti syntyä 348 000 M€ vuodessa, tämän päivän tieteellisesti näytetyillä parhailla ratkaisuilla 576 000 M€ vuodessa ja tulevaisuuden (10 vuoden aikana) parhaalla ratkaisulla kertyisi 659 000 M€ vuodessa.

Tehotoimenpiteiden ja tuotekehityksen tuloksena 5–10 vuoden aikana kertyisi realistisia polttoainesäästöjä maailmassa 117 000 miljoonaa litraa vuodessa, mikä on 18 % vähemmän kuin tänä päivänä. Realistiset CO2-päästövähennykset olisivat 290 miljoonaa tonnia vuodessa ja taloudelliset säästöt lyhyellä aikavälillä 174 000 miljoonaa euroa vuodessa.

Kuljettaja voi vaikuttaa polttoainekulutukseen

Autonkuljettaja voi merkittävästi vaikuttaa auton polttoainekulutukseen. Vähentämällä ajonopeutta 10 % esimerkiksi nopeudesta 110 km/t nopeuteen 100 km/t syntyy polttoainesäästöä 16 %. Ajamalla hitaammin voidaan renkaan painetta nostaa, ja paineen lisäys 2 baarin paineesta 2,5 baarin paineeseen säästää polttoainetta 3 %.

VTT laski henkilöautojen globaalitason kitkahäviöt menetelmällä, jossa ovat mukana mm. henkilöautojen raakaöljyn käyttö ja polttoaineen kulutus, yhden keskivertoauton energiankäyttö ja sen kitkan voittamiseen kuluva energia.

Kitkahäviöt otettiin huomioon auton alajärjestelmissä, kuten renkaissa, moottorissa, vaihdelaatikossa ja jarruissa, sekä komponenteissa, esimerkiksi hammaspyörissä, laakereissa, tiivisteissä ja männissä. Myös erilaisten kitka- ja voitelukohtien kitkahäviöt ovat mukana laskelmissa.

Tutkimus on tehty Metallituotteet ja koneenrakennusalan strategisen huippuosaamisen keskittymän, FIMECC Oy:n koordinoimassa DEMAPP-ohjelmassa, jossa myös kehitetään käytännön ratkaisuja kitkahäviöiden minimoimiseksi. Tutkimuksen rahoittivat Tekes, VTT ja FIMECC Oy sekä Argonne National Laboratory, Department of Energy, Chicagosta USA:sta.

Tuore tutkimusraportti henkilöautojen kitkahäviöistä ja energiankäytön ja CO2-päästöjen vähentämismahdollisuuksista on julkaistu äskettäin arvostetussa Tribology International nimisessä tieteellisessä lehdessä. Artikkeli löytyy osoitteesta: http://dx.doi.org/10.1016/j.triboint.2011.11.022

Kenneth Holmbergin esitys: Henkilöautojen kitkahäviöt

Kuvat: (VTT, kuvaaja: Antonin Halas)

Kitkan voittamiseen käytettävästä energiamäärästä 35 % menee pyörien vierintävastukseen, toteaa tutkimusprofessori Kenneth Holmberg VTT:ltä. (Kuvat: kitka_Kenneth3, kitka_Kenneth4, kitka_Kenneth5, kitka_Kenneth6)

Kitkahäviöt otettiin huomioon renkaissa, moottorissa, vaihdelaatikossa ja jarruissa, sekä komponenteissa, kuten laakereissa, sylintereissä ja männissä, Kenneth Holmberg luettelee. (Kuvat: kitka_Kenneth7, kitka_Kenneth8)

Tutkimusprofessori Kenneth Holmberg mittaa voitelun tehokkuutta ja tutkii kitkan mikroilmiöitä VTT:n kitkalaboratoriossa Otaniemessä. (Kuvat: kitka_Kenneth, kitka_Kenneth2)

Teknologiapäällikkö Aino Helle kitkanmittauslaitteen äärellä. (Kuva: kitka1)

Teknologiapäällikkö Aino Helle koetta valmistelemassa. (Kuva: kitka2)

Koelaite kitkan ja kulumisen mittaamiseen korkeassa lämpötilassa. Näytteet asetetaan kuumennusvastuksilla varustettuun kammioon. (Kuva: kitka3)