Autojen voimalinjatekniikoiden kehitys - ennuste eri tekniikoiden yleistymisestä ja niiden vaikutus autoilun kokonaiskustannuksiin

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2013
Department
Insinööritieteiden korkeakoulu
Major/Subject
Auto- ja työkonetekniikka
Mcode
Kon-16
Degree programme
Language
fi
Pages
vii + 73 s. + liitt. 34
Series
Abstract
This thesis studied the effect on total ownership cost and the widespread use of the different powertrain technologies possibly used in the C-segment vehicles in Finland. The types of vehicles studied were petrol, diesel, flex fuel, battery electric, hybrid electric, plug-in hybrid, fuel cell, flywheel hybrid, natural gas and internal combustion hydrogen vehicles. The total ownership costs of each vehicle is calculated by decomposing the vehicles into their major constituent parts and by then taking into account the different technical characteristics of each powertrain technology. The forecast of the widespread use of the different powertrain technologies is formed by also taking into account the key energy source and raw material supply chains and their market behaviours. The size of Finland's future vehicle fleet and the possible effect of the biofuel policies on it are estimated mathematically. The thesis found that resale value had strong impact on the total ownership costs during the two estimated periods of operations of 36 months/90 000 km and 48 months/120 000 km, especially on vehicles which had high capital costs. The maximum share of new powertrain technologies in year 2020 (32 %) and 2030 (72 %) were calculated from the future fleet estimations, but more precise estimates require further studies. Finland's more demanding biofuel policies may have effect on the structure of future vehicle fleet if significantly more flex fuel vehicles are needed to compensate the bio consumption of the average vehicles. Oil and its future estimations were found to be affected by many uncertainties, especially the effects of the resent use of shale gas is hard to predict. The critical materials used in the most new powertrain technologies were also found to be a negative factor for widespread use and it is most likely that these technologies will be competing from same resources with consumer electronics and other high-end products. In the different vehicle energy source estimations the liquid fuels were determined to be to most efficient way of providing energy on today's infrastructure. The gaseous fuels and electric were found to have many obstacles in their ability to provide efficient energy supply for large vehicle fleets. From the points discussed in this thesis the regular internal combustion vehicles are estimated to stay as the major powertrain technology in the Finland's future vehicle fleet. Biofuels will be favoured as a result of the demanding biofuel policies. In scope of this study the other powertrain technologies were found to be lacking any major advantage over the regular internal combustion vehicles. Further studies should be made with different yearly mileages and operation periods to have more accurate data on the subject.

Tässä diplomityössä tutkittiin eri C-segmentin autojen voimalinjatekniikoiden yleistymistä Suomessa ja niiden vaikutuksia autoilun kokonaiskustannuksiin. Valitut ajoneuvotyypit olivat bensiini-, diesel-, flexifuel-, sähkö-, sähköhybridi-, pistokehybridi-, polttokenno-, vauhtipyörähybridi-, maakaasu- ja vetypolttomoottoriautot. Tutkimuksessa haettiin vastausta tavoitteisiin jakamalla jokainen ajoneuvotyyppi keskeisiin komponentteihin, joiden teknisillä ominaisuuksilla laskennallisesti määriteltiin kunkin ajoneuvotyypin kokonaiskustannuksia. Yleistymisen ennustamisessa perehdyttiin ajoneuvotyyppien keskeisten polttoaineiden ja materiaalien toimitusketjujen markkinaluonteisiin sekä tuotantoon. Laskennallisesti on myös arvioitu Suomen tulevaisuuden ajoneuvokantaa ja biovelvoitteiden mahdollisia vaikutuksia siihen. Tutkimuksessa havaittiin jälleenmyyntiarvon olevan keskeisessä osassa vaikuttamaan valittujen käyttökausien 36 kk/90 tkm ja 48 kk/120 tkm kokonaiskustannuksiin etenkin ajoneuvoissa, joiden pääomakustannukset olivat korkeita. Ajoneuvokannan kehityksen laskelmista voitiin päätellä suurimmat mahdolliset uuden tekniikan ajoneuvojen osuudet vuosille 2020 (32 %) ja 2030 (73 %), mutta yksityiskohtaisten osuuksien päättely vaatii asialle omistettuja jatkotutkimuksia. Suomen EU:ta korkeammat biovelvoitteet arvioitiin aiheuttavan mahdollisia haasteita ajoneuvokannan flexifuel-autojen osuuksien vaatimuksissa, jos bensiiniajoneuvojen biovelvoitteet toteutetaan yksinomaan bensiiniajoneuvokannan kulutuksesta. Öljyn merkityksen tulevaisuuden arvioinnissa huomattiin sisältyvän useita epävarmuustekijöitä, joiden lisäksi viimeaikainen liuskekaasun kasvava hyödyntäminen hankaloittaa entisestään selkeiden ennusteiden tekemistä. Vaihtoehtotekniikoissa käytetyt kriittiset materiaalit havaittiin potentiaalisiksi ongelmatekijöiksi laajamittaisessa tällaisten ajoneuvojen tuotannossa, ellei materiaalien kaivostoimintaa pystytä päivittämään vastaamaan niin autoteollisuuden kuin elektroniikkateollisuuden tarpeita. Energiamuotojen jakelussa arvioitiin nestemäisiä polttoaineita käyttävien ajoneuvotyyppien hyötyvän jo voimassa olevasta jakeluinfrastruktuurista, kun kaasumaisia polttoaineita ja sähköä käyttävät ajoneuvot tulevat kohtaamaan useita jakeluun liittyviä haasteita. Tutkimuksessa käsiteltyjen seikkojen perusteella voidaan ennustaa tavanomaisten polttomoottoriautojen säilyvän vielä huomattavan kauan pääajoneuvotyyppinä ajoneuvokannassa. Biopolttoaineet tulevat biovelvoitteiden takia yleistymään lähivuosina selkeästi, mutta muilla voimalinjatekniikoilla ei havaittu selkeitä tavanomaisen polttomoottoriautoa päihittäviä ominaisuuksia. Jatkotutkimukset eri käyttökausilla ja vuotuisilla ajosuorituksilla on syytä tehdä saadakseen tutkimuksen aihealueen kannalta kattavampia tuloksia.
Description
Supervisor
Juhala, Matti
Thesis advisor
Sainio, Panu
Ali, Johanna
Keywords
automotive, ajoneuvo, passenger car, henkilöauto, total ownership cost, kokonaiskustannukset, resale value, jälleenmyyntiarvo, forecast, ennustus, powertrain, voimalinja, vehicle fleet, ajoneuvokanta, petrol, bensiini, diesel, diesel, hybrid, hybridi, plug-in hybrid, pistokehybridi, battery electric vehicle, sähköauto, fuel cell vehicle, polttokennoauto
Other note
Citation