2AALTOYLIOPISTON TEKNILLINEN KORKEAKOULUTekijä: Timo NaskaliTyön nimi: <strong>Renkaiden</strong> epätasapainon, <strong>ilmanpaineen</strong> <strong>ja</strong> muotovirheidenvaikutus raskaan kaluston energiankulutukseenPäivämäärä: 25.5.2010Tiedekunta:Laitos:Professuuri:Työn valvo<strong>ja</strong>:Työn oh<strong>ja</strong>a<strong>ja</strong>:Insinööritieteiden <strong>ja</strong> arkkitehtuurin tiedekuntaKoneenrakennustekniikan laitosKon16 Auto <strong>ja</strong> työkonetekniikkaProfessori Matti JuhalaDiplomiinsinööri Osku Kai<strong>ja</strong>lainenDiplomityön tiivistelmäSivumäärä:132Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää millaisia vaikutuksia renkaan epätasapainolla,ilmanpaineella <strong>ja</strong> muotovirheillä on raskaan kaluston energiankulutukseen. Samalla tarkasteltiinmillaisia muita vaikutuksia kyseisillä renkaiden ominaisuuksilla on niin ajoneuvon kuinympäristönkin kannalta. Asioita on tarkasteltu myös kustannusten <strong>ja</strong> kannattavuuden näkökulmasta.Työn alussa on käyty läpi raskaan kaluston renkaiden ominaisuuksia <strong>ja</strong> valmistusta sekä asioita joidenpoh<strong>ja</strong>lle keskeisten aiheiden vaikutukset muodostuvat.Työn perustana on suurelta osin kir<strong>ja</strong>llisuustutkimus kyseisistä asioista. Varsinaisia suoriatutkimuksia ei epätasapainon vaikutuksista energiankulutukseen löytynyt. Osaan epätasapainonaiheuttamista vaikutuksista löytyi tutkimustuloksia, esimerkiksi pyörän dynaamisen kuormituksenvaihtelun vaikutuksista. Muotovirheiden vaikutuksia koskevat tutkimukset käsittelivät lähinnämatkustusmukavuuteen vaikuttavia seikko<strong>ja</strong>. Löydettyjen lähteiden perusteella keskeisten aiheidenympärillä on markkinoilla monia erilaisia ratkaisu<strong>ja</strong>, joten aiheeseen liittyvää mainosmateriaalia tuleehelposti vastaan. Kuitenkaan mainosväitteiden perustoiksi ei löytynyt merkittäviä selvitys taitutkimustuloksia.Koottujen tulosten perusteella vaikuttaisi siltä, että renkaan epätasapainolla ei ole juurikaan vaikutustaenergiankulutuksen kannalta. Muut ajoneuvon kulumista aiheuttavat vaikutukset jäänevät myösmelko pieniksi. Tulos johtuu suurelta osin siitä, että raskaassa kalustossa pyöränkuormat ovat niinsuuria, ettei niihin aiheudu merkittävää vaihtelua epätasapainosta maantienopeuksillakaan. Tiehenaiheutuvat rasitukset kasvavat jonkin verran. Eniten vaikutusta on matkustusmukavuuteen <strong>ja</strong>oh<strong>ja</strong>uspyörän värinöihin. Epätasapainolla on oma osuutensa renkaiden nopeampaan kulumiseen. Senvaikutusten suhteellinen osuus on vaikeasti selvitettävissä, koska muita vaikuttajia kuten mm.muotovirheitä ei saada poistettua. Löydettyjen tulosten perusteeksi on tehty vertailevia laskelmia,jotka tukevat tuloksia siitä, että epätasapainolla ei ole havaittavaa vaikutusta energiankulutuksenkannalta. Nokian Renkailla tehtiin epätasapainon <strong>ja</strong> säteisheiton vaikutuksia kartoittava mittaus, jonkatulokset ovat samassa lin<strong>ja</strong>ssa edellisten arvioiden kanssa epätasapainon vähäisestä vaikutuksestaenergiankulutukseen.Renkaan ilmanpaineella on suora vaikutus vierinvastukseen <strong>ja</strong> sitä kautta energiankulutukseen. Noin10 % paineen va<strong>ja</strong>us raskaan kaluston renkaissa nostaa polttoaineenkulutusta 0,5 –0,75 % <strong>ja</strong> 20 %va<strong>ja</strong>us vastaavasti 11,75 %. Keskimäärin noin 20 %:ssa raskaan kaluston renkaista on virheellinenpaine. Renkaan rungon vahingoittumisen kannalta 20 % paineva<strong>ja</strong>us on jo kriittinen.Muotovirheistä aiheutuvat vaikutukset ovat paljolti epätasapainosta aiheutuvien kaltaisia, eikäuseimmilla tavanomaista suuruusluokkaa olevilla virheillä ole kovinkaan suurta vaikutustaenergiankulutukseen. Muotovirheistä vain pyörän huomattavalla säteisheitolla on energiankulutustalisäävä vaikutus. Sen si<strong>ja</strong>an matkustusmukavuuteen useimmat muotovirheet <strong>ja</strong> erityisesti pyöränsäteisheitto vaikuttavat. Muotovirheistä <strong>ja</strong> epätasapainosta aiheutuu pitkällä aikavälillä renkaannopeampaa <strong>ja</strong> epätasaisempaa kulumista, joka nostaa rengaskustannuksia.Avainsanat: rengas, raskas kalusto, Kuormaauto, epätasapaino, muotovirhe, rengaspaine,energiataloudellisuus, polttoaineenkulutus, vierinvastus, säteisheitto
3AALTO UNIVERSITY SCHOOL OF SCIENCE AND TECHNOLOGYAuthor: Timo NaskaliTitle of the The Influence of Tyre Unbalance, Pressure and UnuniThesis: formity on the Energy Consumption of Heavy VehicleDate: 25 May 2010Faculty:Department:Professorship:Supervisor:Instructors:Faculty of Engineering and ArchitectureDepartment of Engineering Desing and ProductionKon16 Automotive EngineeringProfessor Matti JuhalaOsku Kai<strong>ja</strong>lainen, M.Sc. (Tech.)Abstract of Master’s ThesisNumber of pages:132The aim of this Master’s thesis was to investigate the effects of tyre unbalance, pressure andununiformity on heavy vehicle energy consumption. Also investigate what other effects these featureshave to the vehicle as an environmental viewpoint. Issues are also being considered from theperspective of costs and profitability. The first part of the thesis deal with heavy vehicle tires, theproperties and manufacture, and matters which effects on key issues.Work is largely based on the literature survey on these subjects. No formal studies on the directeffects of imbalance on energy consuption are found. Some studies have found of effects thatimbalance caused, for example, the dynamic wheel load variation effects. Studies on the effects ofununiformity, mainly dealt with matters affecting the ride comfort. A wide range of tire balancingsolutions are on the market, so advertising materials will be readily received. However, there couldnot be found significant research results for the claims of advertisements.Based on the results gathered, it would appear that the tire unbalance has no impact on energyconsumption. The vehicle component wear is likely quite small. Result is largely that the heavyvehicle wheel loads are so large that unbalance does not cause significant variation. The stress of theroad will increase. Most impact is the travel comfort and the steering wheel vibration. Comparativecalculations have been made in support of the results and the unbalance does not have any detectableeffect. In Nokian Tyres was made the measurement of tyre unbalance and radial run out effects. Theresults are in line with previous estimates. The measurements show no effect of imbalances in energyconsumption.The tire pressure has a direct effect on rolling resistance and thus energy consumption.Approximately 10 % of the pressure deficit in heavy vehicle tires increase fuel consumption by 0,5 –0,75 % and 20 % deficit 1 –1,75 %. On average approximately 20 % of the heavy vehicle tirespressure is incorrect.The effects of ununiformity are largely similar to an unbalance. Most of the normal magnitudes ofununiformity have no impact on energy consumption. Tyre radial run out cause some increase inenergy consumption. Tyre ununiformity especially radial run out decrease the ride comfort. In longtermuse tyre ununiformity and unbalance caused faster and irregular tread wear, which increases tyrecosts.Keywords: tyre, tire, wheel, heavy vehicle, truck, unbalance, pressure, ununiformity, energyconsumption, fuel consumption, rolling resistance, radial run out