SMÅBIL: Ved å premiere valg av mindre bil og straffe valg av større, kan USA redusere sitt kolossale forbruk av drivstoff, hevder en MIT-professor. På bildet en Puma - som i størrelse tilsvarer en europeisk Fiesta. FOTO: FORD
TOPP MED TRYKKLUFT: Cargine har kjørt eksperimentmotorer med svært godt resultat.
KOMPAKT Et topplokk basert på trykkuftstyrte ventiler kan bygges kompakt.
TRYKKLUFTDRIFT: I en Carginemotor er det trykkluft som styrer ventilbevegelsene i stedet for en kamaksel. Ved å slippe en nøyaktig mengde luft inn i ventilkammeret til riktig tid kan ventilbevegelsene optimaliseres etter motorens turtall. I tillegg kan ventilbevegelsen styre motorpådraget i stedet for et spjeld.

Bensinforbruket kan halveres

Forbrenningsmotoren har vært med oss i over hundre år og fortsatt klarer vi å forbedre den.

De siste par tiårene har informasjonsteknologien bidratt til en aldri så liten motorrevolusjon.

Selv om moderne biler veier mye mer enn tidligere, bruker de mindre drivstoff og slipper ut mindre forurensninger enn tidligere.

Mekanikk

I gamle dager var tenningen mekanisk styrt og bensinen doserte seg selv gjennom forgasseren. I dag er tenningssystemet og innsprøytningen av bensin og diesel styrt av en datamaskin med enorm presisjon.

Men fremdeles er gassutvekslingen i motoren styrt av kamakselen og hvordan den er utformet. Det gjør at gassvekslingen bare er optimal på et turtall og med et gasspådrag.

Opp gjennom årtiene har det vært gjort mange forsøk på å styre ventilene på en bedre måte slik at motoren kan puste bedre på ulike turtall og belastninger. Nå gjør et svensk selskap, Cargine Engineering AB, et nytt forsøk på å forbedre forbrenningsmotoren.

Valve control

Løsningen de bringer til torgs er å koble hele ventilmekanismen fra motoren slik at den kan styres like optimalt som tenning og innsprøytning. Full kontroll med ventilmekanismen utløser samtidig en rekke andre muligheter som til sammen kan halvere bensinforbruket.



Trykkluftdrift

I stedet for å bruke en kamaksel åpnes og lukkes ventilene med trykkluft på mellom 4 og 8 bar.

Ved å kontrollere tid og mengde på trykkluften kan ventilenes åpningstid og åpningshøyde varieres uavhengig av veivakselen. Kompressoren bruker opptil 4 kW ved maks turtall. Det er litt mer enn ved kamakseldrift, men på middels turtall er krafttapet omtrent likt.

Luftig tap

En vanlig bensinmotor reguleres med et spjeld som struper innsugningsluften. Strupingen av luften er et stort krafttap og bruker omtrent 10 prosent av energien.

Gjenvinning

I Cargines motor brukes ventilene til å regulere pådraget og da unngås dette tapet. (En dieselmotor har heller ikke spjeld.)

Samtidig gir den fullt variable ventilkontrollen vesentlig bedre virkningsgrad over hele turtallsregisteret. I tillegg tillater den at sylindere kobles helt ut ved å stenge alle ventilene. Ved dellast er det bedre å operere færre sylindre på høyere last enn alle på dellast. Det gir bedre virkningsgrad. Til sammen kan ventilstyringen gi mellom 20 og 25 prosent mindre forbruk.



Variabel kompresjon

En annen effekt av ventilstyringen er at den tillater bensinmotorer å ha et svært høyt kompresjonsforhold. Mens en vanlig bensinmotor ligger på 1:10, ligger dieselmotorer på rundt 20:1. Cargine ser for seg en økning opp mot dieselmotorenes kompresjon uten at det vil gi sylinderbank.

Det kan de gjøre fordi de kan regulere gasstrykket med ventilene og ta ut den bedre virkningsgraden som kommer av høyt kompresjonsforhold på dellast. Dette kan også gjøre at bensinmotorer kan utstyres med turbo uten at kompresjonsforholdet må senkes.



Hybrid

En annen mulighet, som full ventilstyring åpner for, er å bruke motoren til å fange bremseenergi. I dette tilfellet får begrepet motorbrems en ny mening fordi den kan kjøres som luftkompressor og ta vare på energien som trykkluft. Mellom 40 og 48 prosent av bremseenergien kan lagres på denne måten. Så kan den brukes til å kjøre motoren direkte ved å ekspandere luften i sylindrene.

Totalt kan det senke bensinforbruket rundt 20 prosent i bytrafikk og 10 prosent ved blandet kjøring. Alternativt kan trykkluften brukes til å trykklade motoren. Hybridløsningen er svært billig og krever stort sett en trykktank på rundt 50 liter.



Varmegjenvinning

Selv om det er mulig å forbedre bensinmotoren betydelig, kommer likevel de store tapene i form av varme. Over 60 prosent av energiinnholdet i bensinen forsvinner i form av kjølevann og eksosvarme. Cargine ser for seg to måter å redusere varmetapene på. For det første er det mulig å bruke enkelte stempelslag til varmegjenvinning i stedet for forbrenning.

Ved å sprøyte inn vann i stedet for bensin i sylinderen, vil varmen fordampe vannet og gjøre arbeid omtrent som i en dampmaskin. Ved å kjøre et eller to slag av ti som dampsyklus er det mulig å gjenvinne rundt fem prosent av den tapte energien.

En annen måte å gjenvinne energi på er å ha en varmeveksler på eksossiden hvor temperaturen kommer opp i rundt 800 grader. Den kan brukes til dampgenerering og drive sylindere som dampmaskiner. Dette kan bidra til rundt ti prosent varmegjenvinning.



To og fire takter

Ventilstyringen gir også mulighet til å kjøre motoren som både to- og firetakter. Det kan høres underlig ut, men på turtall under 1600 omdreininger kan det oppnås ganske god sylinderspyling mellom innsugnings- og eksosventilene.

Poenget med en slik veksling av driftsmåten er å dra nytte av det mye høyere dreiemomentet en totakter har på lavt turtall hvor den har et arbeidsslag for hver omdreining. Det kan gjøre det mulig å bygge billige tresylindrede motorer med veldig jevn gange.