Kaasua koneeseen kirjaimellisesti - Volvo Trucks

Esa Suominen

Volvo esitteli Barcelonassa marraskuun lopulla uudet nesteytetyllä maakaasulla käyvät kuorma-autot. Valmistajan mukaan uusien voimalinjojen myötä hiilidioksidipäästöt alentuvat noin 20 prosenttia nykyisiin Euro VI -dieselmoottoreihin verrattuna. Lyhyen koeajolenkin perusteella voidaan todeta, että Volvon uudet maakaasukäyttöiset moottorit eivät häviä dieseleille vääntömomentissa. Syvällistä moottoriteknistä paneutumista enemmän tilaisuudessa perehdyttiin itse maakaasun ominaisuuksiin, saatavuuteen ja sen käyttöön maantieajoneuvoissa. Lue myös toinen artikkeli maakaasun ominaisuuksista.

Volvo esitteli uudet nesteytetyllä maakaasulla (LNG) käyvät kuorma-autot syksyllä Barcelonassa. Kaasukäyttö tulee saatavaksi FH- ja FM-malleihin. Moottorivaihtoehtoina ovat 309- ja 338 -kilowatin tehoiset voimanlähteet (420 ja 460 hv).

Volvo Trucks on panostanut viime aikoina vahvasti kaasun käyttöön raskaan kuljetuskaluston polttoaineena. Tuotekehityksen hedelmät esiteltiin lehdistölle loppusyksyllä Barcelonan lähistöllä sijaitsevalla moottoriradalla.
Volvo talutti tai paremminkin rullasi esille lajissaan ensimmäiset FH- ja FM-sarjan autot varustettuna nesteytettyä maakaasua (LNG) polttoaineenaan käyttävillä 309- ja 338-kilowatin tehoisilla moottoreilla (420 ja 460 hv). Aivan pelkällä maakaasulla eivät nämä Volvon uudet voimalinjat toimi, vaan dieselmoottorin toimintaperiaatteeseen perustuva voimanlähde käyttää hieman dieseliä maakaasun ohella sylinterissä tapahtuvan palamisprosessin ylläpitämiseksi. Vaikka autossa käytetään dieseliä kaasun sytyttämiseen, on auto sertifioitu yksipolttoaineautoksi (kaasuautoksi).
Maakaasukäytön myötä moottorin hiilidioksidipäästöt (CO2) alentuvat noin 20 prosenttia. Tulevaisuudessa siintävällä biokaasukäytöllä päästään jo täydelliseen hiilijalanjäljen poistumiseen. Bio-LNG:tä on jo nyt saatavilla, ja se soveltuu myös Volvon LNG-moottoreihin. LNG:tä ja bio-LNG:tä pystytään sekoittamaan keskenään. Suomessa maakaasun käyttö on keskittynyt enimmäkseen teollisuuteen sekä kiinteisiin käyttöihin. Vuonna 2013 Turun ja Tukholman välillä liikennöinnin aloittanut Viking Grace on ensimmäinen LNG:llä kulkeva matkustaja-alus vesillämme. Alus pystyy operoimaan 2–3 päivää yhdellä tankkauksella. Nyt Volvo on vahvasti mukana tuomassa tätä vaihtoehtoista polttoainetta kumipyöräkäyttöön.

LNG-säiliö tulee sijaitsemaan aina auton vasemmalla sivulla, eikä sen paikkaa voi muuttaa. Tämä on huomioitava päällirakennevalmistuksessa. Kuvassa malliston suurin säiliö, 205 kilon hyötytäyttö (495 litraa). Täyttökorkki on säiliön sivulla ja sen vieressä sisällön painemittari.

Perinteistä tekniikkaa
Volvon uusien LNG-moottoreiden perustana ovat valmistajan aikaisemmat 13-litraiset dieselmoottorit. Noin 90 prosenttia sanotaan olevan jo käytössä olevaa tekniikkaa. Yksinkertaisimmillaan lisättiin vain kaasunsyöttö moottoriin dieselsyötön rinnalle.

Volvon Göteborgin tehtaalla pitkään työskennellyt Petri Lakkala osoittaa kaasun takaisinkierrätykseen liittyvää venttiiliä. Petri on ollut vahvasti mukana Volvon LNG-autojen tuotekehityksessä.

Kaasu ei syty koskaan itsestään, vaan aina tarvitaan kipinä palon käynnistämiseksi. Dieselpolttoaine taas syttyy ”itsestään” paineenalaiseksi joutuessaan. Volvo onkin nyt hyödyntänyt tätä ominaisuutta LNG-moottoreissaan. Sylinteriin syötetään sekä kaasua että dieseliä. Auto on pohjimmiltaan Euro 6 -normit täyttävä AdBlue-tekniikkaa myöden. Kokonaispolttoaineenkulutuksesta kaasu kattaa jatkossa noin 95 prosenttia. Loppuosa on dieseliä. Moottorin käynnistyksessä dieselin osuus on noin kymmenen prosenttia, mutta sopivan käyntilämpötilan saavutettuaan moottori säätää dieselin syötön automaattisesti noin viiteen prosenttiin kokonaistarpeesta. Tämä tarkoittaa käytännöstä pienempiä diesel- ja ureasäiliöitä. Kaikissa mallivaihtoehdoissa tulee olemaan 170 litran dieseltankki ajoneuvon oikealla sivulla. Ureasäiliö on FH-malleissa 65-litrainen ja FM-malleissa 50-litrainen.
LNG-säiliöitä tulee puolestaan tarjolle kolmea eri kokoa, 115, 155 ja 205 kilon täytölle. Nestemäistä kaasua tullaan kauppaamaan kiloissa, joten siihen lienee hyvä totutella jo tässä vaiheessa. Edellä mainittuja kilomääriä vastaavat tilavuudet 275, 375 ja 495 litraa. LNG-säiliö on kokonaan uutta konstruktiota, ja se tulee sijaitsemaan aina vasemman etupyörän takana. Sen paikka on tarkkaan määrätty, eikä sen sijaintia saa muuttaa. Se on seikka, joka tulee huomioida päällirakenteiden teossa. Säiliö on rakenteeltaan suuri termospullo. Siinä on kaksi kerrosta ruostumattomasta teräksestä tehtyä vaippaa. Kerrosten välillä on eristävä tyhjiö eli vakuumi. Säiliön takapäädyssä on runsaasti kaasun käsittelyyn liittyvää tekniikkaa, muun muassa hydrauliikkamoottori, joka pyörittää säiliön sisällä olevaa pumppua. Se syöttää nestemäistä kaasua höyrystimelle, missä se lämpenee ja näin kaasuuntuu hallitusti. Höyrystimeltä matka jatkuu edelleen itse moottoriin.

LNG-säiliön rakenne on termospullomainen. Siinä on kaksi ruostumattomasta teräksestä valmistettua vaippaa ja niiden välissä tyhjiö. Säiliön päädyssä on nestemäisen maakaasun käsittelyyn liittyvää tekniikkaa, kuten hydrauliikkamoottori. Se pyörittää säiliön sisällä olevaa, nestettä höyrystimelle siirtävää, pumppua.

Tupla common rail

Volvon uusi LNG-moottori perustuu pitkälti aikaisempaan 13-litraiseen dieselmoottoriin. Keltaisella näkyvät osat ovat dieseljärjestelmää ja punaisella näkyvät liittyvät kaasun käsittelyyn. Moottoriin ruiskutetaan samanaikaisesti maakaasua ja dieseliä. Maakaasu yksinään ei syty ilman kipinää, vaan mukaan ruiskutettu diesel syttyy joutuessaan paineenalaiseksi toimien näin palon ylläpitäjänä. Dieselin kulutus kokonaispolttoaineenkulutuksesta on noin viisi prosenttia.

Polttoaineiden syöttö sylinteriin tapahtuu kahden common rail -järjestelmän avulla, toinen kaasulle ja toinen dieselille. Yksittäinen ruiskutussuutin on varustettu kahdella ulostulolla, joita moottorin ohjausjärjestelmä koko ajan kontrolloi. Kylmään moottoriin ruiskutetaan suhteessa enemmän dieseliä, mutta suhde muuttuu, kun käyntilämpötila nousee. LNG-auton käytön yhteydessä on huomioitavaa seuraavaa. Jos jäähdytinnesteen lämpötila on alle +40 astetta, käy auto aluksi vain dieselillä, kunnes lämpötila nousee tuohon lukemaan. Suomessa kaikki autot tullaan varustamaan tehtaan diesel-lisälämmittimellä. Sen avulla auto saadaan nopeasti ajovalmiiksi myös kylmemmillä keleillä. Kaasun syöttöön liittyy samanlainen takaisinkierrätys mitä dieseljärjestelmässäkin, eli käyttämätön polttoaine palautuu takaisin tankkiin. Kaasun loppumistapauksissa pystyy Volvon LNG-autolla ajamaan rajoitetulla teholla lyhyitä matkoja. Se mahdollistaa ajoneuvon siirron pois pääväylältä tai vaikkapa junaraiteilta. Dieseltankin tyhjennyttyä loppuu matkanteko kuitenkin vääjäämättömästi, koska kaasu ei siis yksinään syty moottorissa paineenalaisenakaan.

Rata-autoilua
Moottorin lyhyen teknisen sekä vaihtoehtoisen polttoaineen (LNG) esittelyn lisäksi tapahtumassa päästiin myös itse LNG-auton rattiin. Koeajo suoritettiin suljetulla rata-alueella. Ennakko-odotuksista poiketen kyseinen rata muistutti enemmänkin vuoristorataa kuin tasamaalle rakennettua kisapaikkaa. Monet auto- ja rengasvalmistajat käyttävät paikkaa testeihin sen suurten korkeuserojen johdosta.

Volvon LNG-autoissa on aina myös pieni dieseltankki (kuvassa keskellä) auton oikealla sivulla.

Kuljettajan penkille istuttaessa, ei LNG:n läsnäolosta kieli kuin mittaristossa oleva yksi ylimääräinen, sekin pieni, mittari. Muutoinkin näkymiä kuljettajan valtakunnasta tiirailtaessa, ei eroa dieselmalleihin ole. Kaikki ajotapahtuman varsinaiset sekä aputoiminnot ovat nekin dieselin kaltaisia. Moottori kierähtää tutusti käyntiin, ja tyhjäkäynnillä hyrräävän moottorin äänet eivät havaittavasti poikkea vastaavan dieselmoottorin hurinasta. Kylmiltään on mahdoton kertoa, mikä polttoaine pannussa palaa. Ehkä pidempi tutustuminen voisi tuoda esiin poikkeavia nyansseja. Seuraavaksi pykälää silmää ja radalle. Moottori vastaa kaasupolkimen painamiseen täysin dieselin tavoin. Edelleenkin on korvakuulolta ja takapuolituntumalta mahdoton sanoa, millä polttoaineella auto kulkee. Varikolta lähdettäessä on pitkä loiva lasku, jonka jälkeen on edessä pitkä nousu. Siinä vääntömomentin läsnäolo todella punnitaan. Suomenmaassa tällaiset nousut mahtuvat kahden käden sormiin, ainakin pääteiden varrella. Auto kiipeää mäkeä nöyrästi ja tasaisesti ylös. Verrokkina olleeseen saman tehoiseen dieselmalliin verrattuna ei mäennousukyvyssä ole havaittavissa mitään eroa. Mainittakoon myös, että koeajoautoissa oli kaikissa yhtäläinen 30 tonnin kuorma. Tasamaata ei radalla juurikaan ollut, mutta sen puuttuminen tuskin muuttaa loppupäätelmää. LNG-auto selviää eteen tulevista nousuista ja muista haasteista dieselmoottorilla varustetun tavoin.

Sarjatuotanto käyntiin
Teknisesti Volvon LNG-mallit ovat nyt valmiina ja sarjatuotanto käynnistyy kuluvan vuoden aikana. Tässä vaiheessa ei ole vielä tiedossa, milloin asiakasautoja tai koeajomalleja saadaan Suomeen. Volvo Trucksin palvelutuotteista vastaava Vesa Soppi uskoo, että niitä nähdään tositoimissa teillämme jo vuoden 2018 aikana.
Diesel- ja LNG-polttoaineiden hintaerot vaihtelevat maittain monista eri syistä. Parhaimmillaan ero on jopa 50 prosenttia, ja pienimmillään noin 20 prosenttia. Keskimääräinen saman energiamäärän sisältämien polttoaineiden hinnan ero koko Euroopan laajuisesti on 40 prosenttia. Laskelmia sekoittaa ainakin alkuun se, että LNG-hinnoittelussa puhutaan kilohinnoista. Edellä mainittu 40 prosentin hintaetu koskee siis pelkästään polttoaineen kustannuksia. Hankintahinnaltaan kaasutekniikka tulee toki olemaan arvokkaampaa. Volvolta ei vielä kerrottu uuden tekniikan tuomaa hintalisää, joten maakohtaisten kokonaiskustannuslaskelmien teko on vielä liian aikaista. Suomessa maakaasun käyttöön kannustetaan viranomaisten taholta mahdollisuudella kuljettaa tällöin yksi tonni enemmän hyötykuormaa. Laskentaparametrejä on siis monia, joten lopulliset tulokset selviävät vasta, kun Volvo julkistaa LNG-autojen hinnat. Varmaa on hiilijalanjäljen pienentyminen 20 prosentilla, ja rahallistakin säästöä varmasti saadaan säännöllisessä liikennöinnissä, kunhan autojen ulkopuolista LNG-tekniikkaa saadaan maahamme riittävästi.

Koeajopaikkana oli vuoristoratamainen moottorirata. Tässä ollaan tulossa jo vauhdikkaasti alamäkeen. LNG-moottorilla varustettu auto kiipesi mäkeä ylös dieselauton tavoin. Eroa ei ollut havaittavissa. Vääntömomenttia löytyy yhtä lailla.