Användning av skumplast i luftkanaler medför förbättrade ljud- och värmeegenskaper i kupén

Abstract

Inom bilindustrin sker en ständig teknikutveckling med målet att vara bäst inom sitt område, både för kunden och som bilmärke. Det främsta målet är att få kunden att känna sig trygg och bekväm i sin bil, men även att skapa en trevlig upplevelse i bilen. Ett problem är ljudnivån i kupén som blivit mer framträdande med anledning av att väl utvecklade motorer och komponenter blivit tystare. Men en lika stor utmaning är att utveckla bilar med låga bränsleutsläpp och på så sätt minska dess påverkan på miljön. Utifrån dessa aspekter uppkom ett uppdrag på Volvo Cars, avdelningen för HVAC & Climate Control där materialegenskaper i instrumentpanelens luftkanaler behövde analyseras. Projektets syfte blev att ta reda på om ljud-, värmeöverförings och viktegenskaper förbättras vid materialbyte av luftkanaler i instrumentpanelen. Idag använder sig Volvo Cars av hårda plastkanaler tillverkade av polyeten med hög densitet, medan konkurrenter använder sig av mjuka skumkanaler gjorda av polyeten med låg densitet. Det är känt att luft, vilken utgör en stor andel av skumkanalerna, absorberar värme och dämpar ljud. Volvo Cars saknade information om hur mycket bättre skumkanalerna skulle bli och varför konkurrenter använder sig av dem. Detta blev således frågeställningarna som skulle undersökas i arbetet. För att frågeställningarna skulle kunna besvaras under arbetet, behövdes en uppsättning skumkanaler tillverkas för att kunna jämföras med dagens hårda plastkanaler. Under arbetet utfördes tester på NVH som står för ”Noise, Vibration & Harshness” samt värmeöverföring. Vid NVH-testerna användes en Volvo V90 för mätning av ljudnivån i kupén för de två olika kanaluppsättningarna vid olika fläktvarvtal. Värmeöverföringstesterna genomfördes på lösa kanaler i en AC-rigg beståendes av en stor kammare där luftflödet i kanalerna, kammartemperatur samt kanalernas inloppstemperaturer kunde regleras. Det var även av intresse att undersöka vad de olika materialen har för miljöpåverkan. För att kunna genomföra denna analys vägdes de olika kanaluppsättningarna och användes som data i materialdatabasen CES EduPack där beräkningar på koldioxidutsläpp kunde utföras. Resultaten av de olika testerna för båda kanaluppsättningarna analyserades och jämfördes för att kunna avgöra om de mjuka kanalerna har förbättrade egenskaper. Mjuka kanaler isolerade värme med 3-4°C bättre än hårda kanaler och lyckades även dämpa ljudet i de frekvensband som nivåskillnaderna i ljudet är som mest kännbar för örat. Genom att använda mjuka kanaler reduceras vikten med 80 % vilket bidrar till minskade koldioxidutsläpp. Det är oklart om det bara är materialet som har den största påverkan på ljudet och värmeförlusten i kanalerna. Det kan bero på bland annat geometri, men detta har arbetet avgränsats från. Likaså har arbetet avgränsats från den ekonomiska aspekten, då detta får bli ett vidare arbete och utgöra grund för Volvo Cars beslut om materialbyte. För att veta hur väl skummaterialet håller i längden bör även undersökningar kring materialets livlängd göras, där även detta får bli ett vidare arbete och kommer inte att analyseras i detta arbete.