En mer effektiv motor

En ny version av förbränningsmotorn, som avsevärt skulle kunna minska gasförbrukningen, kan vara förvånansvärt praktisk och lätt att installera, enligt nya rön av forskare vid MIT. Tester på en prototyp baserad på tekniken, som gör att motorer kan växla mellan konventionell teknik och den nya gasbesparande typen av förbränning, visar att den inte kräver något speciellt bränsle, och motorer som använder tekniken kan billigt tillverkas av konventionella bilar. delar.

Ren förbränning: En ny gnistfri gasmotor skulle kunna minska bränsleförbrukningen avsevärt. I en konventionell motor (överst) antänds en blandning av bränsle och luft av ett tändstift. I en diesel (mitten) antänds bränslet när det sprutas in i varm, komprimerad luft. Ett alternativ till båda kallas homogen laddningskompressionständning (botten). Här komprimeras en blandning av bränsle och luft tills den förbränns. Eftersom bränslet och luften är förblandade, brinner de jämnare än de gör i en dieselmotor och producerar mycket mindre sot och kväveoxid.

Den gasbesparande tekniken, som kallas homogen laddningskompressionständning, eller HCCI, använder en form av förbränning som är mycket effektivare än konventionell gnisttändning. Under vissa förhållanden kan det minska bränsleförbrukningen med 25 procent, säger William Green , en professor i kemiteknik vid MIT som var medförfattare till den nya studien. Det är mycket likt effektiviteten hos en dieselmotor, som också uppnår förbränning genom kompression snarare än en gnista. Men till skillnad från dieselmotorer ger HCCI en mer enhetlig förbränning och är därmed mycket renare. Ett system som kombinerar HCCI med konventionell förbränning kan förbättra bränsleekonomin med några miles per gallon i genomsnitt, säger Green.

Flera forskargrupper arbetar med den nya typen av förbränning. Volvo har till exempel byggt ett hybridsystem som kan växla mellan konventionell gnisttändning och HCCI. Vissa experter hade dock förväntat sig att den nya typen av motor skulle kräva speciellt bränsle.

MIT-forskningen visar att en HCCI-motor kan fungera med vilken som helst av de bensinvarianter som säljs i Nordamerika, vilket gör ett speciellt bränsle onödigt. Forskarna testade en rad olika bensiner tillverkade på olika raffinaderier. De fann att HCCI-motorn var mindre känslig för bränslet än vad folk hade befarat, säger Green.

Även om HCCI har flera prestandabegränsningar, kan dessa åtgärdas med en hybridmetod, där en motor kan växla mellan HCCI och konventionell gnisttändning. Att använda redan massproducerade delar kan göra det relativt billigt att bygga en sådan hybrid, säger Green.

I konventionella bensinmotorer antänder en gnista en blandning av bränsle och luft i en förbränningskammare, vilket skapar en explosion som driver en kolv. Även om detta händer mycket effektivt när motorn arbetar hårt, är det mindre effektivt vid lägre belastningar, till exempel under cruising, när mindre bensin pumpas in i förbränningskammaren. Vid dessa tillfällen, för att hålla förhållandet mellan bränsle och syre optimerat, skapas ett partiellt vakuum i kammaren. Det krävs extra energi för att göra detta vakuum, vilket minskar motorns effektivitet.

HCCI-tekniken undviker användningen av ett energislösande vakuum. Istället förblir heta gaser från en tidigare förbränningscykel i kammaren; motorn använder en kombination av värme från dessa heta gaser och värme som genereras genom att komprimera blandningen för att höja temperaturen tillräckligt hög för att blandningen exploderar.

Men om motorns temperatur är för låg, till exempel när den startas eller körs under mycket låg belastning, blir blandningen inte tillräckligt varm för att förbrännas. Och vid höga belastningar, när temperaturen är hög, kan blandningen förbrännas för tidigt, osynkroniserat med motorns cykling, vilket orsakar ett potentiellt skadligt fenomen som kallas knock. Skillnader i bränslen kan också påverka exakt när blandningen förbränns.

Hybridsystemet växlar mellan de två förbränningsformerna. För att göra detta krävs att man ändrar hur motorn hanterar förbrända gaser. Vid gnistförbränning tvingas gaserna ut genom en öppen ventil. I HCCI ändras tidpunkten för öppningen av den ventilen så att den stänger innan gaserna helt försvinner och fångar dem inuti.

John Heywood , en professor i maskinteknik vid MIT som inte var involverad i detta arbete, säger att HCCI så småningom kan ge ännu större fördelar eftersom forskare hittar sätt att anpassa motorn så att de kan använda den för ett bredare spektrum av belastningar. Dessutom kan den användas i kombination med andra gasbesparande tekniker som redan finns på många fordon. I vilken utsträckning HCCI kan kombineras med andra tillvägagångssätt kan avgöra hur brett det har antagits, föreslår Heywood.

Dölj