Renault Optifuel LAB 2 – energiatehokkuutta Ranskasta

Renault Trucks on edelläkävijä polttoaineenkulutusta pienentävien ratkaisujen kehittäjänä ja tekee jatkuvasti tutkimus- ja kehitystyötä kuljetusautojen energiatehokkuuden parantamiseksi. Optifuel Lab 2 -konseptiauton avulla Renault Trucks pyrkii yhdistämään lukuisia kulutusta pienentäviä teknologioita ja raivaamaan tietä tuleville sarjatuotantomalleille.

Polttoaineenkulutuksen pienentäminen oli tärkein yksittäinen näkökohta Renault Trucks T -mallin kehitystyössä. Tavoitteena oli tehdä siitä tulosyksikkö kuljetusyrityksille. Nyt Renault Trucks jatkaa tutkimustyötä tällä alueella katse tiukasti tulevaisuudessa pyrkien tutkimaan perinpohjaisesti kaikki mahdolliset keinot polttoaineenkulutuksen pienentämiseksi. Tätä tutkimusta tehdään Renault Trucks T -malliin perustuvalla Optifuel Lab 2 -konseptiautolla, joka jatkaa vuonna 2009 esitellyn Optifuel Lab 1 -konseptiauton viitoittamalla tiellä. Projektin kehitystyössä on ollut mukana kahdeksan yhteistyökumppania: Plastic Omnium, Michelin, Sunpower, Renault, IFP Energies Nouvelles, CEP-Armines sekä lyonilaiset CETHIL-INSA ja LMFA-Ecole Centrale. Projektia tukee myös Ranskan ympäristö- ja energiavirasto ADEMA.

Optifuel Level 2 -konseptiautolla tehtävässä tutkimustyössä painopiste on eri energianlähteiden hallinnan optimoinnissa.

”Ideana on, että polttomoottoria käytetään energian tuottamiseen niin vähän kuin mahdollista”, Claude Covo kertoo. ”Siksi muutimme useita ajoneuvon apujärjestelmiä sähkökäyttöisiksi. Niitä ovat esimerkiksi ilmastointi, vesipumppu, polttoainepumppu ja ohjaustehostimen pumppu. Tämän jälkeen moninkertaistimme sähköenergian lähteiden määrän asentamalla ajoneuvoon aurinkopaneeleita sekä Rankine-prosessiin perustuvan pakokaasujen lämpöenergiaa talteenottavan järjestelmän. Kun ajoneuvon kuljettaja tarvitsee energiaa, tietokone analysoi tarpeen, paikantaa tehokkaimman ja parhaiten käyttövalmiin lähteen (kuten aurinkoenergia tai Rankine-prosessin) ja jakaa energiaa reaaliajassa. – Optifuel Lab 2 toimii energiamarkkinoiden kysynnän ja tarjonnan lakien mukaan”, Claude Covo kertoo. – Mitä enemmän edullista energiaa on tarjolla, sitä enemmän sitä käytetään.

Priorisoimalla ”ilmaisia” energianlähteitä, kuten aurinkoenergiaa ja pakokaasujen lämpöenergiaa, Optifuel Lab 2 pienentää polttomoottorin laturin tuottaman energian käyttötarvetta, jolloin polttoaineenkulutus pienenee vastaavan määrän. Energianlähteiden kehittyneen hallinnan lisäksi Renault Trucks on pyrkinyt pienentämään ajoneuvon kulutustarvetta. Siksi ohjaamon eristykseen on kiinnitetty erityistä huomiota. Lasipäällysteisissä kohdissa käytetään paremmin eristävää erikoislasia, ja katolla on säätyvä kattoilmanohjain. Kun ajoneuvo on paikallaan, ilmanohjain aukeaa ja suojaa ohjaamoa auringolta. Samalla ilmanimuri, joka saa käyttövoiman omasta aurinkopaneelistaan, poistaa lämmintä ilmaa ohjaamosta. Kun ajoneuvo käynnistyy, ilmanohjain taittuu kokoon ja parantaa näin ajoneuvon aerodynaamisia ominaisuuksia.

Ohjaamon jäähdyttämistä varten Renault Trucks on asentanut ilmastointijärjestelmän, joka saa kaiken tarvitsemansa energian omista aurinkopaneeleista. Järjestelmä voi näin tuottaa jäähdytysilmaa jopa silloin, kun ajoneuvo on paikallaan ja moottori sammuksissa.

Optifuel Lab 2 -konseptiauton aurinkopaneelit on kehitetty erityisesti tätä projektia varten. Niiltä edellytetään kykyä mukautua tiettyihin rajoituksiin: ”Aurinkopaneelien täytyy mukailla perävaunun kaarevaa muotoa, jotta ne eivät heikennä ajoneuvon aerodynaamisia ominaisuuksia”, Claude Covo kertoo. ”Samalla niiden täytyy kuitenkin kestää monenlaiset olosuhteet ja tilanteet, joihin kuorma voi tien päällä joutua. Siksi tavalliset aurinkopaneelit eivät tulleet kysymykseen. Optifuel Lab 2 -konseptiautoa varten kehitetyt aurinkopaneelit ovat kevyitä ja mukautuvia. Ne koostuvat 48 moduulista, peittävät 40 m²:n alan ja tuottavat 30 prosenttia enemmän sähköä kuin tavalliset paneelit”.

Dieselmoottoreiden jatkuvasta kehityksestä huolimatta osa niiden käyttämästä energiasta menetetään hukkalämpönä. Renault Trucks on siksi kehittänyt järjestelmän, joka ottaa talteen pakokaasujen lämpöenergiaa. Idea on hyvin yksinkertainen: pakokaasujen lämpö muunnetaan sähköenergiaksi.

”Teknisen toteutuksen näkökulmasta järjestelmä toimii Rankine-prosessin mukaisesti”, Claude Covo kertoo. ”Pakokaasujen energia otetaan talteen lämmönvaihtimella, joka höyrystää nesteen, ja höyry toimii sähkögeneraattorin käyttövoimana. Näin ajoneuvossa on käytettävissä jälleen uusi sähköenergian lähde ja perinteisen laturin kuormitustarve vähenee”.

”Optifuel Lab 2 -konseptiauton aerodynamiikan kehitystyö kohdistui koko ajoneuvoyhdistelmään, niin kuorma-autoon kuin perävaunuunkin”, painottaa Claude Covo. ”Pyrimme yhdistämään nämä kaksi elementtiä ihanteellisella tavalla, jotta päästään mahdollisimman lähelle optimaalista pisaramuotoa, aerodynaaminen jättöpyörre vaimenee ja kulutus pienenee. Katon liikkuva ilmanohjain, joka edistää ohjaamon eristystä aukeamalla pysähdyksissä, taittuu alas yli 50 kilometrin tuntinopeudessa. Näin syntyy perävaunuun ulottuva yhtenäinen muoto. Pisaramuotoa tavoitellaan myös katon kaarevalla muodolla, takaosan 70 cm:n sivuilmanohjaimilla sekä perävaunun sivun profiloinnilla. Kannattaa muistaa myös, että taka- ja etupeilien tilalla on kamerat. Ne on upotettu runkoon niin, että pyörteitä aiheuttavia alueita on aiempaa vähemmän ja ilma virtaa niiden ohi ihanteellisella tavalla”.

Optifuel Lab 2 -konseptiauton jäähdyttimen ristikossa on myös liikkuva virtaussuuntain. Kun se on avattuna, ilma kulkeutuu kuorma-auton alle ja virtaa näin vapaammin ja hankaus alustan alla vähenee. Virtaussuuntain taittuu automaattisesti kokoon alle 50 kilometrin tuntinopeudessa, jotta se ei vahingoitu esimerkiksi töyssyissä tai ahtailla kulkuväylillä.

Aerodynaamisten näkökohtien lisäksi Renault Trucksin suunnittelijat keskittyivät kuorma-auton vierintävastukseen. He sovelsivat omaperäistä ratkaisua, jossa vetoakselin öljymäärää sopeutetaan jatkuvasti sen voitelu- ja jäähdytystarpeen mukaan. Kun ajoneuvolla tehdään raskasta työtä ja vääntöä tarvitaan, järjestelmä lisää vetoakselin öljyn määrää. Kun ajoneuvolla ajetaan tasaista vauhtia ja vetoakselin voitelu- ja jäähdytystarve vähenee, myös öljyn määrää vähennetään. Öljy varastoidaan vetoakselin pääsäiliön erilliseen osaan. Näin järjestelmä voi vähentää öljyn ylimääräisen liikehtimisen aiheuttamaa energiahukkaa.

Optifuel Lab 2 on varustettu myös Michelinin erityisesti kehittämillä prototyyppirenkailla. Ne on optimoitu niin, että vierintävastus on mahdollisimman pieni ja polttoaineenkulutusta vähentävä vaikutus mahdollisimman suuri. Kuljettaja on edelleen ratkaisevan tekijä, kun polttoaineenkulutusta pienennetään. Ajotavan vaikutus kulutukseen voi olla jopa yli kolme litraa sadalla kilometrillä. Optifuel Lab 2 -hankkeen suunnittelijat eivät jättäneet tätä huomioimatta vaan kehittivät erityisiä kuljettajaa avustavia järjestelmiä. Optifuel Lab 2 -konseptiautoon onkin asennettu erityinen mukautuva nopeudenrajoitin.

Omalla GPS:llä varustettu rajoitin laskee optimaalisen enimmäisnopeuden kuorma-auton sijoittumisen ja tien profiilin mukaan – reaaliajassa ja ennakoivasti. ”Käytännössä tämä tarkoittaa, että järjestelmä voi ohittaa kuljettajan antamia nopeuskäskyjä ylä- tai alamäkiosuuksien ennakoinnissa”, Claude Covo kertoo. – Kaikki tapahtuu ilman viiveitä.

Samalla tavalla myös kaasupoljin mukautuu tilanteeseen. Polkimen resistanssi suurenee tai pienenee sen mukaan, onko kuljettajan syytä kiihdyttää vai hidastaa. Jos järjestelmä esimerkiksi havaitsee edessä olevan kiertoliittymän tai nousun päättymisen, polkimen resistanssi kasvaa ja aiheuttaa sen, että kuljettaja hidastaa. Kun järjestelmä on toiminnassa, kuljettaja näkee sen kojelaudan kuvakkeesta ja edessä olevaa tapahtumaa (kuten kiertoliittymää, ylä- tai alamäkiosuutta tai tietullia) esittävästä havaintokuvasta. Näin kuljettaja osaa sopeuttaa ajoa kaikissa tilanteissa polttoaineen säästämisen kannalta mahdollisimman suotuisalla tavalla.

Optifuel Lab 2 -konseptiauton ansiosta Renault Trucksilla on jatkuvasti käytettävissään eräänlainen liikkuva tutkimuslaboratorio, jolla tehdään tutkimustyötä ja testataan erilaisia polttoaineenkulutusta edelleen pienentäviä teknologioita. Ajoneuvo on parhaillaan tien päällä, jotta sen saavuttamat polttoainesäästöt voidaan laskea. Luvut julkistetaan vuoden 2015 ensimmäisen neljänneksen aikana.