Polttoaineet saavat kylmää kyytiä Nesteen laboratoriossa

Nesteen Porvoon Kilpilahdessa sijaitsevan teknologiakeskuksen moottorilaboratorioon kuluvan vuoden aikana valmistuneet alustadynamometriatilat edustavat Suomessa huipputeknologiaa. Aivan samanlaisia ei muualla ole.

”Esimerkiksi VTT:n alustadynamometritila on kaksivetoinen eikä sillä päästä aivan yhtä kylmään kuin meillä. Meidän alustadynamometrimme on nelivetoinen, joten pystymme mittaamaan myös nelivetoisia autoja”, ryhmäpäällikkö Jukka Nuottimäki kertoo tyytyväisenä.

Nesteen tuotetestausryhmän vastuulla ovat polttoaineilla todellisissa käyttösovelluksissa tehtävät käytännön kokeet. Suurin osa testauksesta kohdistuu nimenomaan uusiin, markkinoille tulossa oleviin polttoaineisiin.

Käytössä on erilaisia koepenkkejä moottorin osajärjestelmille sekä kokonaisille moottoreille. Alustadynamometrissä voidaan ajaa testejä kokonaisella ajoneuvolla. Sellainen Nesteellä on ollut käytössään vuodesta 1974.

Tänä vuonna saatiin käyttöön kokonaan myös tutkimusympäristönsä osalta uudistettu, huippunykyaikainen alustadynamometri. Uuden alustadynamometritilan rakentaminen aloitettiin viime vuonna ja viimeistelytyöt saatiin valmiiksi tämän vuoden puolella.

Kylmäominaisuudet testissä

Nesteen tuotteiden päämarkkina-alue on pohjoinen Eurooppa, joten ymmärrettävästi se on panostanut juuri polttoaineiden kylmäominaisuuksien kehittämiseen. Dieselkäyttöiset ajoneuvot ovat herkkiä polttoineen kylmäominaisuuksille. ”Jos kylmäominaisuudet eivät ole riittävät, matkanteko loppuu siihen”, Nuottimäki kiteyttää.

Siksi Nesteellä dieselin kehityksessä panostetaankin niin paljon kylmäominaisuuksien hiomiseen ja pyritään varmistamaan, että tuotteen laatu markkinoilla on moitteeton. Se edellyttää testaamista testaamisenkin jälkeen: kemikaalisia ja fysikaalisia analyysejä laboratoriossa, testejä moottorin osilla ja moottoreilla. Myös ajoneuvokohtaisia eroja selvitetään testaamalla sekä uusia että vanhoja ajoneuvoja laboratorio-olosuhteissa.

Esimerkiksi moottorin polttoainejärjestelmän matalapainepiiriä tutkittaessa – miten nopeasti ja missä lämpötilassa polttoainesuodatin menee tukkoon – riittää tilaksi kylmäkaappi, jonka lämpötilaa voidaan säätää. Kokonaisen auton kylmäkäytettävyystestiä varten tarvitaan jo alustadynamometritila. Nesteen moottorilaboratorion uuden alustadynamometritilan lämpötila voidaan määritellä ja vakioida –35–+40 asteen välille.

Kyseessä on eräänlainen auton kylmähuone. Tehokkaat puhaltimet jäähdyttävät hygieenistä autotallia muistuttavan tilan jäähtymään ja lämpenemään nopeasti. Lukuisat anturit mittaavat lämpötiloja ja automaatio varmistaa, että olosuhteet pysyvät testiajanjakson aikana tarkasti ennalta määritellyissä raja-arvoissa.

Kylmää ajoneuvojen kylmähuoneeseen tuottaa kaksi kylmäpiiriä. Noin –5 asteeseen saakka tila voidaan jäähdyttää R134a-kylmäjärjestelmällä. Lämmönsiirtoneste voidaan jäähdyttää R134a-järjestelmällä noin –10 asteeseen, mikä mahdollistaa mittaukset noin –5 asteen lämpötilaan saakka. Sen jälkeen jatketaan CO2-koneikolla. Lämmönsiirtonesteenä on Freezium.

”Kylminä vuodenaikoina voimme myös hyödyntää vapaajäähdytystä. Vapaajäähdytystä käytämme sekä energiatehokkuus- että kustannustehokkuussyistä. Pystymme sen avulla hieman laskemaan energiankulutusta”, Nuottimäki kertoo.

Mittaustilan suurin piikkilämpökuorma on 225 kW – tämä lämpöteho toimi mitoituksen lähtökohtana. Kylmäkoneikkojen maksimiteho on tätä alhaisempi, sillä piikkikuormia varten lämmönsiirtojärjestelmän nestesäiliöiden tilavuus toimii tehoreservinä.

”Sillä pitäisi olla mahdollista pysyä annetussa toleranssissa: maksimissaan viiden asteen heitto mittausjakson aikana, ja suurin sallittu poikkeama viiden minuutin keskiarvona on +–3 astetta. On varmasti laitoksia, joilla jatkuvaa tehoa on huomattavasti enemmänkin kuin meillä, mutta alustadynamometritilan jäähdyttämisessä on haasteena nimenomaan kuormituksen epätasaisuus. Siihen on pureuduttu kylmäjärjestelmien yhteensovittamisella.”

Alustadynamometrin kylmäjärjestelmä on ehtinyt jo kovaan haasteeseen. Heinäkuussa testivaiheessa ulkona oli reippaasti +22 astetta lämmintä ja tila jäähdytettiin –35 pakkasasteeseen. ”Lämpötilaero oli yli 55 astetta. Se on maksimaalinen tilanne!” Testistä alustodynamometritila kylmäpiireineen selvisi liput liehuen.

Tyhjillään tila ei ehdi seisoskella, sillä parhaillaankin siellä on mittaussarja käynnissä. Ajoneuvolla ajetaan mittauksessa syklistä kuormaa, mikä tarkoittaa, että lämpökuorma vaihtelee mittauksen aikana hyvin paljon. Se on säätöteknisesti haastavaa.

”Kylmätehoa järjestelmässä kyllä riittää. Sen säätäminen siten, että pysytään halutussa säätöhaarukassa, on kyseisessä tilassa suurin haasteemme”, Nuottimäki huomauttaa.

Tähän mennessä testitilanteissa sallituissa mittauslämpötilarajoissa on pysytty hyvin. Kiirettä koneikoilla piisaa, sillä alustadynamometrille on kylmämittauksia tiedossa koko loppuvuodeksi.