Kiertomäntämoottori sarjahybridiauton latausmoottorina
Vähätörmä, Eevert (2023)
Vähätörmä, Eevert
2023
Teknisten tieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-04-26
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202304254312
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202304254312
Tiivistelmä
Euroopan unionin asettaman päästötavoitteen takia liikenteen päästöjä on vähennettävä ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi. Tähän pyritään ensisijaisesti sähköistämällä autokantaa. Täyssähköautojen yleistymistä hidastaa kuitenkin latausverkoston rajallisuus, käyttäjien kokema toimintasädeahdistus ja korkea hankintahinta, joka johtuu pitkälti suuresta akkukapasiteetista ja kalliista raaka-aineista. Tähän tarjotaan ratkaisuna kiertomäntämoottoria latausmoottorinaan hyödyntävää sarjahybridiautoa, jossa yhdistetään sähköauton ja polttomoottoriauton parhaat puolet. Päästöt pysyvät kiertomäntämoottorista huolimatta matalana, sillä suurin osa ajosta tapahtuu verkkovirrasta ladatulla sähköllä, aivan kuten täyssähköautolla. Käyttömahdollisuudet eivät kuitenkaan ole yhtä rajatut kuin täyssähköautossa.
Työ on kirjallisuuskatsaus, ja sen tavoitteena on selvittää kiertomäntämoottorin nykyinen kehitystilanne sekä mahdollisuus käyttää kiertomäntämoottoria henkilöauton sähköisen voimalinjan latausmoottorina. Aluksi perehdytään kiertomäntämoottorin toimintaan, hyötyihin, ongelmakohtiin sekä vaihtoehtoisiin polttoaineisiin. Tämän jälkeen esitellään autojen erityyppiset sähköiset voimalinjat, joista keskitytään tarkemmin sarjahybridiin. Lisäksi tutustutaan kahteen simuloimalla toteutettuun tutkimukseen, joissa verrataan erilaisia sarjahybridiauton latausmoottoreita. Lopuksi perehdytään kiertomäntämoottoria hyödyntävien sarjahybridiautojen käytännön toteutuksiin, joista uusin ja merkittävin on Mazdan hiljattain julkaisema tuotantoversio Mazda MX-30 e-Skyactiv R-EV.
Työssä havaitaan kiertomäntämoottorin olevan potentiaalinen vaihtoehto sarjahybridiauton latausmoottoriksi hyvien ominaisuuksiensa takia. Näitä ominaisuuksia ovat keveys, pieni koko, hyvä tehopainosuhde, hiljaisuus, värinättömyys, mahdollisuus käyttää hiilineutraaleita polttoaineita sekä yksinkertainen rakenne. Kiertomäntämoottori ei kuitenkaan ole täysin ongelmaton, vaan suurin haaste on heikko hyötysuhde, joka johtuu palotilan epäoptimaalisesta muodosta sekä vuodoista. Ongelman ratkaisemiseksi kiertomäntämoottorin polttoaineensyöttöä sekä sytytystä on kehitetty. Käyttämällä vedyn ja bensiinin muodostamaa polttoaineseosta hyötysuhdetta saadaan nostettua merkittävästi, jolloin myös päästöt pienenevät typen oksideita lukuun ottamatta.
Kiertomäntämoottori on vanha keksintö, mutta uusia tutkimuksia tehdään silti paljon. Kiertomäntämoottorit eivät onnistuneet vakiinnuttamaan asemaansa autoteollisuudessa kilpaillessaan iskumäntämoottoreita vastaan perinteisissä polttomoottoriautoissa, mutta autojen sähköistyminen antaa niille uuden mahdollisuuden. Sarjahybridiauto on potentiaalinen haastaja täyssähköautolle ja kiertomäntämoottorin hyvät ominaisuudet tekevät kiertomäntämoottorista houkuttelevan vaihtoehdon sarjahybridiauton latausmoottoriksi.
Työ on kirjallisuuskatsaus, ja sen tavoitteena on selvittää kiertomäntämoottorin nykyinen kehitystilanne sekä mahdollisuus käyttää kiertomäntämoottoria henkilöauton sähköisen voimalinjan latausmoottorina. Aluksi perehdytään kiertomäntämoottorin toimintaan, hyötyihin, ongelmakohtiin sekä vaihtoehtoisiin polttoaineisiin. Tämän jälkeen esitellään autojen erityyppiset sähköiset voimalinjat, joista keskitytään tarkemmin sarjahybridiin. Lisäksi tutustutaan kahteen simuloimalla toteutettuun tutkimukseen, joissa verrataan erilaisia sarjahybridiauton latausmoottoreita. Lopuksi perehdytään kiertomäntämoottoria hyödyntävien sarjahybridiautojen käytännön toteutuksiin, joista uusin ja merkittävin on Mazdan hiljattain julkaisema tuotantoversio Mazda MX-30 e-Skyactiv R-EV.
Työssä havaitaan kiertomäntämoottorin olevan potentiaalinen vaihtoehto sarjahybridiauton latausmoottoriksi hyvien ominaisuuksiensa takia. Näitä ominaisuuksia ovat keveys, pieni koko, hyvä tehopainosuhde, hiljaisuus, värinättömyys, mahdollisuus käyttää hiilineutraaleita polttoaineita sekä yksinkertainen rakenne. Kiertomäntämoottori ei kuitenkaan ole täysin ongelmaton, vaan suurin haaste on heikko hyötysuhde, joka johtuu palotilan epäoptimaalisesta muodosta sekä vuodoista. Ongelman ratkaisemiseksi kiertomäntämoottorin polttoaineensyöttöä sekä sytytystä on kehitetty. Käyttämällä vedyn ja bensiinin muodostamaa polttoaineseosta hyötysuhdetta saadaan nostettua merkittävästi, jolloin myös päästöt pienenevät typen oksideita lukuun ottamatta.
Kiertomäntämoottori on vanha keksintö, mutta uusia tutkimuksia tehdään silti paljon. Kiertomäntämoottorit eivät onnistuneet vakiinnuttamaan asemaansa autoteollisuudessa kilpaillessaan iskumäntämoottoreita vastaan perinteisissä polttomoottoriautoissa, mutta autojen sähköistyminen antaa niille uuden mahdollisuuden. Sarjahybridiauto on potentiaalinen haastaja täyssähköautolle ja kiertomäntämoottorin hyvät ominaisuudet tekevät kiertomäntämoottorista houkuttelevan vaihtoehdon sarjahybridiauton latausmoottoriksi.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8709]