Icke-elektriska hybridmotorer

En ny typ av hybridfordon skulle kunna erbjuda minskad bränsleförbrukning för konsumenter som är oroliga över gaspriserna. Maskiningenjörer i Storbritannien har utvecklat en ny typ av förbränningsmotor som kan växla mellan att vara en tvåtakts- och en fyrtaktsmotor. Systemet, säger de, kan minska bränsleförbrukningen med 27 procent.

En ny hybrid: Denna prototyphybridmotor, kallad 2/4SIGHT, kan växla mellan fyr- och tvåtaktslägen och minskar därmed bränsleförbrukningen med mer än 25 procent.

Den förbättrade bränsleförbrukningen kommer huvudsakligen från att minska motorn, säger Neville Jackson, teknikchef för Ricardo Storbritannien , en ingenjörsfirma i Shoreham-on-Sea som utvecklade den nya motorn. En mindre motor har mindre intern friktion och ger bättre bränsleförbrukning, säger han.

Men små bilmotorer, som vanligtvis är baserade på en fyrtaktsdesign, ger inte mycket kraft. De kan vara särskilt problematiska när de körs i låga hastigheter med hög belastning, till exempel när du accelererar uppför. Sådana förhållanden kan till och med få en liten motorstopp om föraren inte växlar ner.

Fyra takter är mest effektiva vid full gas; med två slag är det tvärtom, säger Robert Kee , en maskiningenjör som är specialiserad på förbränningsmotorer vid Queen's University, i Belfast, Nordirland.

Skillnaden mellan två- och fyrtaktsmotorer är att de senare utför de fyra stegen luftintag, kompression, förbränning och avgas i fyra kolvslag. En tvåtaktsmotor däremot gör detta på bara två kolvslag.

Tvåtaktsmotorer är i sin konstruktion enklare och har högre effekt-till-vikt-förhållanden vid höga belastningar och låga hastigheter eftersom de får dubbelt så många kraftslag per varv. Men traditionella tvåtaktsmotorer kräver att olja blandas in i bränslet och ger därför högre utsläpp. På grund av detta används de vanligtvis inte i bilar. Istället används de för lätta applikationer som motorsågar, gräsklippare och vissa motorcyklar.

Men nu har forskare på Ricardo utvecklat ett kolvhuvud som fungerar i både två- och fyrtaktsläge, och det kan växla automatiskt mellan de två lägena, beroende på motorns behov. Detta gör att en mindre motor kan hantera låga hastigheter och hög belastning utan att stanna.

Det här är ett intressant koncept, säger Martti Larmi , chef för förbränningsmotorlaboratoriet vid Helsingfors tekniska högskola, i Finland.

Den största utmaningen med att bygga en sådan motor är att fullända reningsprocessen, säger han, när restgaserna från föregående förbränningscykel ersätts med frisk luft och bränsle.

Man behöver något slags tryck på insugssidan för att trycka ut de gaser som redan har brunnit, säger Larmi.

I en traditionell tvåtaktsmotor driver kraften från bränsle- och luftintaget ut avgaserna. Tyvärr gör denna process att en del oförbränt bränsle går förlorat som avgaser, vilket resulterar i högre utsläpp. Fyrtaktsmotorer tvingar de förbrukade ångorna ut ur cylindern genom en kamstyrd ventil med ett uppåtgående slag av kolven. Under det efterföljande nedslaget sprutas frisk luft och bränsle in i cylindern medan avgasventilen är stängd.

Ricardos motor, kallad 2/4SIGHT, använder ventiler som en fyrtaktsmotor, men i tvåtaktsläge håller motorn både insugs- och avgasventilerna öppna samtidigt så att bränslet och luften i cylindern fylls på vardera. cykel, snarare än varannan cykel.

Det har funnits ett stort intresse för att utveckla en tvåtaktsmotor med låga utsläpp. Men det är en svår konfiguration att perfekta eftersom det är lite tid att få in bränsle-luftblandningen och avgaserna, säger Larmi. Faran här är att friskluftsintaget kan gå direkt ut genom avgasutloppet, säger han.

Ricardo använder ett par knep för att komma runt det här problemet. För det första använder konstruktionen av Ricardos kolvhuvud omvänd tumbling, en process där luftintaget riktas bort från avgasventilen, för att minska chanserna att det rinner rakt ut ur cylindern. Ricardo har även bytt ut de kamstyrda ventilerna mot elektrohydrauliska ventiler, som tillsammans med bränsleinsprutaren kan styras av mjukvara.

Biltillverkarna har visat intresse för att bygga den här typen av hybridmotorer tidigare, säger Kee. Men det finns många utmaningar, säger han. Faktum är att både Toyota och Ricardo tittade på denna fråga i slutet av 1980-talet och början av 90-talet.

Men tidigare var tekniken helt enkelt inte där. Enligt Ricardo är den enda anledningen till att företaget kan skapa ett fungerande system nu på grund av mjukvaran som styr gasutbytet och motorlägena. Motorns styrsystem övervakar förarens efterfrågan, säger Jackson. När det krävs mer vridmoment än vad som skulle vara möjligt i fyrtaktsläge växlar den, säger han. Företaget kommer dock inte att avslöja detaljer om när, i motorcykeln, läget ändras.

Ricardos prototyp, en anpassad 2,1-liters V6-motor, har testats av forskare vid University of Brighton och har visat sig kunna ge den typ av prestanda man normalt kan förvänta sig av en tre-till-fyra-litersmotor. Baserat på New European Driving Cycle, som är ett standardprestandatest utformat för att mäta motoreffektivitet och utsläpp vid normal bilanvändning, har prototypen visat bränslebesparingar på 27 procent, och den minskar utsläppen med en liknande mängd. Nästa fas är att försöka infoga en prototypmotor i ett fungerande fordon, säger Jackson.

Dölj