Ikke-elektriske hybridmotorer

En ny slags hybridbil kunne tilbyde reduceret brændstofforbrug til forbrugere, der er bekymrede over gaspriserne. Maskiningeniører i Det Forenede Kongerige har udviklet en ny slags forbrændingsmotor, der er i stand til at skifte mellem at være en totakts- og en firetaktsmotor. Systemet, siger de, kan reducere brændstofforbruget med 27 procent.

En ny hybrid: Denne prototype hybridmotor, kaldet 2/4SIGHT, kan skifte mellem fire- og totaktstilstande og reducerer derved brændstofforbruget med mere end 25 procent.

Det forbedrede brændstofforbrug kommer hovedsageligt af at reducere motoren, siger Neville Jackson, teknologidirektør for Ricardo Storbritannien , et ingeniørfirma i Shoreham-on-Sea, der udviklede den nye motor. En mindre motor har mindre intern friktion og giver et bedre brændstofforbrug, siger han.

Men små bilmotorer, som normalt er baseret på et firetaktsdesign, tilbyder ikke meget kraft. De kan være særligt problematiske, når de betjenes ved lave hastigheder med høj belastning, såsom ved acceleration op ad bakke. Sådanne forhold kan endda få en lille motor til at gå i stå, hvis føreren ikke sætter gear.

Fire slag er mest effektive ved fuld gas; med to slag er det modsat, siger Robert Kee , en mekanisk ingeniør med speciale i forbrændingsmotorer ved Queen's University i Belfast, Nordirland.

Forskellen mellem to- og firetaktsmotorer er, at sidstnævnte udfører de fire faser af luftindtag, kompression, forbrænding og udstødning i fire slag med et stempel. En totaktsmotor derimod gør dette på kun to stempelslag.

To-taktsmotorer er i sig selv enklere i design og har højere effekt-til-vægt-forhold ved høje belastninger og lave hastigheder, fordi de får dobbelt så mange kraftslag pr. omdrejning. Men traditionelle totaktsmotorer kræver, at olie blandes i brændstoffet og producerer derfor højere emissioner. På grund af dette bruges de ikke typisk i biler. I stedet bruges de til letvægtsapplikationer såsom motorsave, plæneklippere og nogle motorcykler.

Men nu har forskere hos Ricardo udviklet et stempelhoved, der fungerer i både to- og firetaktstilstand, og det kan skifte automatisk mellem de to tilstande, afhængigt af motorens behov. Dette gør det muligt for en mindre motor at håndtere lavhastigheds- og højbelastningsforhold uden at gå i stå.

Det er et interessant koncept, siger Martti Larmi , leder af Internal Combustion Engine Laboratory ved Helsinki University of Technology, Finland.

Den største udfordring ved at bygge sådan en motor er at perfektionere renseprocessen, siger han, når restgasserne fra den forrige forbrændingscyklus erstattes med frisk luft og brændstof.

Man skal bruge en form for tryk på indsugningssiden for at skubbe de gasser ud, der allerede er brændt, siger Larmi.

I en traditionel totaktsmotor driver kraften fra brændstof- og luftindtaget udstødningen ud. Desværre medfører denne proces, at noget uforbrændt brændstof går tabt som udstødning, hvilket resulterer i højere emissioner. Firetaktsmotorer tvinger de brugte dampe ud af cylinderen gennem en knaststyret ventil ved hjælp af et opadgående slag af stemplet. Under det efterfølgende nedadgående slag sprøjtes frisk luft og brændstof ind i cylinderen, mens udstødningsventilen er lukket.

Ricardos motor, kaldet 2/4SIGHT, bruger ventiler som en firetaktsmotor, men i totaktstilstand holder motoren både indsugnings- og udstødningsventilerne åbne på samme tid, så brændstof og luft i cylinderen fyldes op hver cyklus snarere end hver anden cyklus.

Der har været stor interesse for at udvikle en totaktsmotor med lav emission. Men det er en vanskelig konfiguration at perfektionere, fordi der er lidt tid til at få brændstof-luftblandingen ind og udstødningen ud, siger Larmi. Faren her er, at friskluftindtaget kan gå direkte ud gennem udstødningen, siger han.

Ricardo bruger et par tricks til at omgå dette problem. For det første bruger designet af Ricardos stempelhoved omvendt tumbling, en proces, hvor luftindtaget ledes væk fra udstødningsventilen, for at reducere chancerne for, at det strømmer lige ud af cylinderen. Ricardo har også skiftet de knaststyrede ventiler ud med elektrohydrauliske ventiler, som sammen med brændstofinjektoren kan styres af software.

Bilproducenter har tidligere vist interesse for at bygge denne slags hybridmotorer, siger Kee. Men der er mange udfordringer, siger han. Faktisk så både Toyota og Ricardo på dette problem i slutningen af ​​1980'erne og begyndelsen af ​​90'erne.

Men før i tiden var teknologien der simpelthen ikke. Ifølge Ricardo er den eneste grund til, at virksomheden er i stand til at lave et levedygtigt system nu, på grund af softwaren, der styrer gasudvekslingen og motortilstandene. Motorens kontrolsystem overvåger førerens efterspørgsel, siger Jackson. Når der kræves mere drejningsmoment, end det ville være muligt i firetaktstilstand, skifter den, siger han. Virksomheden vil dog ikke afsløre detaljer om, hvornår tilstanden skiftes i motorcyklussen.

Ricardos prototype, en tilpasset 2,1-liters V6-motor, er blevet testet af forskere ved University of Brighton og har vist sig at kunne producere den slags ydeevne, man normalt ville forvente af en tre-til-fire-liters motor. Baseret på New European Driving Cycle, som er en standardpræstationstest designet til at måle motoreffektivitet og emissioner under typisk bilbrug, har prototypen vist en brændstofbesparelse på 27 procent, og den reducerer emissionerne med en tilsvarende mængde. Den næste fase er at forsøge at inkorporere en prototypemotor i et fungerende køretøj, siger Jackson.

skjule