Forbrenningsmotoren har en framtid

Problemet for forbrenningsmotoren er at den har så lav virkningsgrad. Med den samme energimengden kan en elbil kjøre 2,5 ganger lenger.

Om det var så enkelt ville vi nok bare ha sett elbiler på veiene. Dessverre er det å lagre den ekvivalente elektriske energimengden som finnes i en bensintank helt håpløst med dagens batteriteknologi.

Kilo for kilo kan en bensinbil kjøre rundt 40 ganger så langt når man sammenlikner bensin mot batteri.

Stort potensial

Selv om ingeniørene hos Bosch er dypt involvert i utviklingen av en ny og mer miljøvennlig biltype, har de stor tro på fremtidens forbrenningsmotor.

Det tyske gigantkonsernet leverer motorteknologi til svært mange av bilprodusentene rundt om i verden. Fremtidens forbrenningsmotor er ingen slappfisk.

Den er like sprek som dagens, men mye mindre og lettere, mener de. Om noen år vil vi se små biler som bare slipper ut 70 g CO ₂ per kilometer, på tross at den vil veie rundt 1200 kilo.

Det er langt bedre enn de harde politiske kravene bransjen nå sliter med. I 2007 var snittet av europeiske biler på 158 g CO ₂ per km. Det politiske målet for 2012 er 120.

Fremdeles har de fleste biler bensinmotor, men dieselmotoren har fått en stor markedsandel de siste 10 årene.

Det lavere forbruket har vært et godt salgsargument. Boschingeniørene tror bensinmotoren vil kunne utvikles videre slik at forbruket, og derigjennom CO ₂-utslippet, reduseres med mellom 25 og 30 prosent i løpet av noen år.

Potensialet for dieselmotoren er enda lavere utslipp.

Mindre

Det trengs mange nye teknologier for å få ned forbruket. En av de viktigste endringene er en drastisk reduksjon av sylindervolumet.

En vanlig bensinmotor i en mellomklassebil i dag er en toliter med bensininnsprøytning i manifolden.

En slik motor yter typisk 100 kW og har et dreiemoment på 200 Nm. Utslippet ligger på 182 g CO ₂ per km.

Mange bilprodusenter har allerede tatt i bruk like sterke, men langt mindre motorer. Ved å redusere sylindervolumet til 1,4 liter i kombinasjon med turbo og sprøyte bensinen direkte inn i sylinderen, er det mulig og opprettholde effekten og faktisk få en liten økning i dreiemomentet.

Når slik nedskalering om noen år kombineres med variabel styring av ventiltidene, får man bedre sylinderfylling(dreiemoment) på lavt turtall.

I tillegg vil bilene komme med start/stopp-automatikk som stanser motoren når bilen står stille, samt bedre styring av temperaturforholdene i motoren. Til sammen vil slike endringer gi en reduksjon i forbruket på rundt 22 prosent.

Men Bosch har ikke tenkt å stanse der. For neste teknologigenerasjon frem mot 2015 er målet å spare 29 prosent. Det skal skje gjennom en ytterligere reduksjon av slagvolumet til 1,1 liter, og av sylinderantallet fra fire til tre, uten tap av ytelse.

For å få til det skal turbotrykket økes fra 1,8 til 2,4 bar slik at den mindre motoren kan behandle like mye luft/bensin som den større. I tillegg vil den få en mer avansert ventilstyring hvor både ventiltidene og løftehøyden kan reguleres med turtall og belastning.

HCCI

En ytterligere forbedring av bensinmotoren er det som kalles Homogeneous Charge Compression Ignition, og som Bosch tror vil redusere forbruket med enda to til tre prosent.

Slike motorer, som bruker magre blandingsforhold og så høy kompresjon at blandingen selvantenner, har vært vist av flere bilprodusenter.

Utfordringen er at teknikken krever ekstremt nøyaktig kontroll med innsprøytning og andre motorparametre.

Hybrider

Hybridbiler har allerede gjort et stort innhogg i markedet. Men fremdeles er det bensin som er den viktigste energikilden.

Batteriet og elektromotoren brukes først og fremst til å ta vare på bremseenergi og assistere bensinmotoren slik at totalvirkningsgraden øker.

Fremtidens hybrider vil få glede av alle forbedringer av forbrenningsmotorene og gjøre at bilene bruker enda mindre drivstoff.

Utfordringen er at teknologien introduserer mer kompleksitet, kostnader og vekt.

Dieselforbedringer

En moderne dieselmotor bruker allerede rundt 30 prosent mindre drivstoff enn en tilsvarende bensinmotor, men har likevel et svært stort forbedringspotensial i årene som kommer.

Dieselmotoren skal også krympes, om ikke så mye som bensinmotoren. En toliter vil snart bli til en 1,6-liter og få de samme forbedringer som bensinmotoren i form av bedre termisk styring og start/stopp-automatikk.

Bedre innsprøytningsteknologi er svært viktig i denne utviklingen. Disse tiltakene vil redusere forbruket med 22 prosent, og det er lavere enn hybridbilene basert på bensin.

Avgassbehandling

I neste runde vil ny teknologi for å behandle avgassen bli introdusert. Nitrøse gasser er et problem med dieselmotorer på grunn av den høye forbrenningstemperaturen.

Med bedre avgassbehandling kan både NO _X-nivået senkes samtidig som forbrenningstemperaturen kan økes ytterligere.

Det vil senke forbruket med 28 prosent fra dagens typiske motorer.

Mindre

I neste runde er det aktuelt å redusere sylindertallet til tre og slagvolumet til 1,2 liter. Det bidrar til å redusere forbruket med ytterligere fem prosent.

Selv om slike dieselmotorer i mellomklassebiler bare vil bruke 0,36 liter per mil vil de også kunne få glede av å bli hybridisert.

Med et 1 kWh batteri og en 25 kW elmotor vil forbruket gå ned til 0,32 liter per mil. I tillegg vil slike hybrider få et voldsomt dreiemoment tilgjengelig for akselerasjon.

Dieselmotoren vil gi 340 Nm som kan suppleres av elmotorens 140 Nm.

Kilde: Bosch