CAMBUS-hybridibussin kulutusmittaukset ja optimikäyrän muodostaminen eri lataustehoille
Ilonen, Roope (2018)
Kandidaatintyö
Ilonen, Roope
2018
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201801041061
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201801041061
Tiivistelmä
Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa on tutkimusprojektina rakennettu CAMBUS-hybridibussi, joka poikkeaa toteutustavaltaan kaupallisista ratkaisuista. Käyttäen pientä dieselmoottoria ja suurta akustoa, on sen tarkoitus olla normaalia hybridilinja-autoa taloudellisempi. Tässä tutkielmassa selvitettiin sopivaa ratkaisua CAMBUS-bussin dieselmoottorin polttoaineenkulutuksen mittaamiseen. Kirjallisuustutkimuksen perusteella valittiin kulutuksen mittaukseen polttoaineen massan punnitsemiseen perustuva mittaus. Vaa’alla suoritettavaan mittaukseen päädyttiin sen helpon toteutettavuuden ja hyvän tarkkuuden vuoksi. Tässä mittaustavassa polttoaineen massa punnitaan ennen ja jälkeen mittaussyklin, kuluneen ajan ja generaattorin latausteho perusteella voidaan määrittää tuotettu sähköenergia.
Lisäksi selvitettiin moottorinohjaimen antaman kulutusestimaatin tarkkuutta vertaamalla sitä punnitsemalla saatuihin tuloksiin. Moottorinohjaimen kulutusestimaatille määritettiin korjauskerroin näiden mittausten perusteella. Korjauskertoimen myötä tätä mittaustapaa voidaan mahdollisesti hyödyntää tilanteissa, joissa punnitukseen perustuva mittaus ei ole mahdollinen.
Toisena päätavoitteena oli polttoaineenkulutuksen mittaaminen eri generaattorin lataustehoille ja optimipisteen löytäminen akkujen lataamiseen. Taloudellisin käyttöalue moottori-generaattoriyhdistelmälle löytyi käyntinopeus alueelta 1600 – 2100 1/min kun ladattiin generaattorin nimellisvääntömomentilla 159 Nm. Tällä alueella dieselmoottorin ominaiskulutus oli välillä 236 – 239 g/kWh. Akkujen lataaminen kannattaa suorittaa generaattorin nimellisvääntömomentilla, sillä ominaiskulutus kasvaa dieselmoottorin kuormituksen vähentyessä. CAMBUS hybrid bus was built as research project and it differs from commercial hybrid buses. By utilizing a small diesel engine and large batteries it’s targeted to be more efficient than a normal hybrid bus. One goal of this thesis was to find a solution to measure the fuel consumption of diesel engine of CAMBUS hybrid bus. Based on research gravimetric measurement was chosen. It was chosen as it has good precision and the measurement is simple. In gravimetric measurement the mass of fuel is weigh before and after measuring cycle and based on elapsed time and generator output power it’s possible to determine the generated energy.
Also, the precision of consumption estimate from engine control unit (ECU) was studied. This was done by comparing it to the results of gravimetric measurement. Using that data, a correction factor for ECU fuel consumption readings was calculated. By using that correc-tion factor it’s possible to use ECU fuel consumption values in cases where gravimetric measurement isn’t feasible.
Another main goal was to measure the fuel consumption for different generator outputs and finding an optimum point for charging the batteries. The most efficient operation range for motor generator combination occurred at 1600 – 2100 revolutions per minute and at generator nominal torque 159 Nm. On that area specific consumption of the diesel engine was 236 – 239 g/kWh. Charging the batteries is best be done at nominal output of the gen-erator as the specific consumption of the diesel engine rises when the load decreases.
Lisäksi selvitettiin moottorinohjaimen antaman kulutusestimaatin tarkkuutta vertaamalla sitä punnitsemalla saatuihin tuloksiin. Moottorinohjaimen kulutusestimaatille määritettiin korjauskerroin näiden mittausten perusteella. Korjauskertoimen myötä tätä mittaustapaa voidaan mahdollisesti hyödyntää tilanteissa, joissa punnitukseen perustuva mittaus ei ole mahdollinen.
Toisena päätavoitteena oli polttoaineenkulutuksen mittaaminen eri generaattorin lataustehoille ja optimipisteen löytäminen akkujen lataamiseen. Taloudellisin käyttöalue moottori-generaattoriyhdistelmälle löytyi käyntinopeus alueelta 1600 – 2100 1/min kun ladattiin generaattorin nimellisvääntömomentilla 159 Nm. Tällä alueella dieselmoottorin ominaiskulutus oli välillä 236 – 239 g/kWh. Akkujen lataaminen kannattaa suorittaa generaattorin nimellisvääntömomentilla, sillä ominaiskulutus kasvaa dieselmoottorin kuormituksen vähentyessä.
Also, the precision of consumption estimate from engine control unit (ECU) was studied. This was done by comparing it to the results of gravimetric measurement. Using that data, a correction factor for ECU fuel consumption readings was calculated. By using that correc-tion factor it’s possible to use ECU fuel consumption values in cases where gravimetric measurement isn’t feasible.
Another main goal was to measure the fuel consumption for different generator outputs and finding an optimum point for charging the batteries. The most efficient operation range for motor generator combination occurred at 1600 – 2100 revolutions per minute and at generator nominal torque 159 Nm. On that area specific consumption of the diesel engine was 236 – 239 g/kWh. Charging the batteries is best be done at nominal output of the gen-erator as the specific consumption of the diesel engine rises when the load decreases.