Investigation of the energy efficiency and environmental impact of central tire inflation systems for commercial vehicles focusing on agriculture and forestry
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2020-12-14
Department
Major/Subject
Sustainable Energy Conversion Processes
Mcode
ENG3069
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions (AAE)
Language
en
Pages
64
Series
Abstract
Based on existing research studies, it is known that the adjustment of tire inflation pressures shows evident improvements in the operating performance of agriculture and forestry vehicles, especially when used in challenging off-road conditions. Often encountered by abruptly varying road surface qualities, these vehicles require systems that allow the continuous adjustment of the tire inflation pressures to be able to sustain a high level of operational efficiency as regards to energy efficiency and environmental impact. In this work, a central tire inflation system (CTIS) designed to allow on-the-go adjustment of the tire inflation pressures was studied. The primary focus of this study was emphasized on tractors used in the agriculture industry as well as logging trucks used in transportation operations of the forestry industry. The content of this thesis was divided into an initial introduction of the origin of CTIS and its available variations, gradually proceeding to analyze various tire inflation pressure-related concepts affected by the system usage. Based on the comprehensive literature analyses presented in this work, the average savings in fuel consumption for agricultural tractors was 8.9% when CTIS was implemented. For logging trucks, the improvements in fuel economy resulted in more moderate fuel consumption savings of 0.5 to 1.7% due to the limited working range of approximately 6 to 7% where the use of CTIS proved beneficial. However, under the influence of extreme weather effects, the use of CTIS highlighted in the extension of the timber harvesting seasons which alone shows considerable monetary benefits to the operators of the forestry industry. Though the benefits of CTIS have already been proven, the widespread adoption of the system is yet to happen. Based on the industry-specific case studies presented in this work, the reason is that often the initial acquisition costs directed to the vehicle owner are not justified by the system’s short-term benefits. Secondly, as investigated in a brief market study, the availability of the system hinders the widespread use of CTIS as currently there is only one original equipment manufacturer (OEM) offering CTIS as a factory-new installment in their production of agricultural tractors. Based on the results, CTIS is a solution with proven benefits and a high level of technological maturity. To increase the market penetration of the system, the number of OEMs collaborating with the CTIS suppliers should be increased. Additionally, to overcome consumer hesitance in the system acquisition, cost-sharing models should be implemented within agricultural subsidies as well as between the benefitting parties such as the operators of the forestry industry.Olemassa olevien tutkimusten perusteella tiedetään, että rengaspaineiden säätö osoittaa ilmeisiä parannuksia maa- ja metsätalouden ajoneuvojen toimintatehokkuuteen, erityisesti kun ajoneuvoja käytetään haastavissa maasto-olosuhteissa. Äkillisesti vaihtelevien tienpintojen laatujen vuoksi nämä ajoneuvot vaativat järjestelmiä, jotka sallivat jatkuvan rengaspaineiden säätämismahdollisuuden ylläpitääkseen korkeatasoisen toimintatehokkuuden suhteessa energiatehokkuuteen ja ympäristövaikutuksiin. Tässä diplomityössä tutkittiin rengaspaineiden säätöjärjestelmää (CTI), joka mahdollistaa rengaspaineiden ajonaikaisen säädön. Tutkimuksen pääpainoa korostettiin maataloudessa käytettävien traktoreiden sekä metsäteollisuuden kuljetukseen liittyvien puutavara-autojen yhteydessä. Tämän diplomityön sisältö jaoteltiin CTI-järjestelmän alkuperän ja järjestelmästä olemassa olevien erilaisten variaatioiden alustavaan esittelyyn, josta vähitellen edettiin analysoimaan useita rengaspaineiseen liittyviä käsitteitä joihin CTI-järjestelmä toiminnallaan vaikuttaa. Perustuen diplomityössä esitettyihin laajoihin kirjallisuustutkimusanalyyseihin, keskiarvolliset polttoainekulutussäästöt maataloustraktoreissa olivat 8,9 %, kun CTI-järjestelmää käytettiin. Puutavara-autoilla maltillisemmat polttoainetaloudellisuuden 0,5–1,7 % parannukset johtuivat rajallisesta noin 6–7 % käyttöalueesta, jossa CTI-järjestelmän käyttö osoittautui hyödylliseksi. Kuitenkin, äärimmäisten sääolosuhteiden vaikutuksen alaisena CTI-järjestelmän käytön hyödyt korostuivat puunkorjuukausien pidentymisellä, joka yksinomaan osoittaa merkittäviä rahallisia hyötyjä puutavarateollisuuden toimijoille. Vaikka CTI-järjestelmän hyödyt ovat jo osoitettu, järjestelmän laajamittaista käyttöönottoa ei ole vielä tapahtunut. Perustuen diplomityössä esitettyihin toimialakohtaisiin tapaustutkimuksiin syynä on usein se, että järjestelmästä aiheutuvat alustavat hankintakustannukset ajoneuvon omistajalle eivät usein ole perusteltu järjestelmän lyhytaikaisilla hyödyillä. Toiseksi, kuten tutkittu työn lyhyessä markkinatutkimuksessa, järjestelmän saatavuus rajoittaa laajamittaista käyttöönottoa, koska tällä hetkellä vain yksi alkuperäinen laitevalmistaja (OEM) tarjoaa CTI-järjestelmää tehdasasennuksena uusien maataloustraktoreiden tuotannossa. Perustuen tuloksiin, CTI-järjestelmä on ratkaisu, jolla on todennetut hyödyt ja korkeatasoinen teknologinen kypsyys. Järjestelmän markkinaosuuden lisäämiseksi yhteistyötä tekevien OEM-valmistajien määrää CTI-järjestelmien toimittajien kanssa olisi lisättävä. Lisäksi, jotta kuluttajien epäröintiä järjestelmän hankinnan suhteen saataisiin poistettua, kustannusten jakamismalleja täytyisi panna täytäntöön maataloustukiin sekä hyötyvien osapuolien kuten metsäteollisuuden toimijoiden välille.Description
Supervisor
Larmi, MarttiThesis advisor
Corneli, TobiasKeywords
CTIS, tire inflation pressure, tractor, truck, fuel consumption, environmental impact