Här blir motorn ren och snål
Av: Eddie Pröckl
Publicerad
16 april 2008 00:00
25 kommentarer
Senaste av Bengt Johansson 23 april 2008 11:57
Hybridbilar och båtar kan köras rent och bränslesnålt med en ny liten motor som utvecklats på KTH. Hemligheten är några smart placerade kugghjul.Nu ska den miljövänliga motorn tas till produktion.
Jag försöker ställa tiokronan på högkant, men det darrar lite för mycket.
KTHs nya HCCI*-motor är inte riktigt vibrationsfri än, men för att vara encylindrig på 50cc är det inte långt ifrån.
Professor Hans-Erik Ångström lyser ikapp med lamporna som visar att den lilla motorn just nu ger 800W vid 4 000 varv (som en mopedmotor), men det hörs inte riktigt vad han säger.
Låter det mer eller mindre än en motorsåg vid samma varvtal? Mindre, hävdar David Larsson, som byggt motorn som ett förlängt exjobb på KTH.
HCCI, eller homogenmotorn, bygger på en strålande idé, som forskare och konstruktörer kämpat med i årtionden.
Teorin går ut på att man har en homogen bränsle-luftblandning i en cylinder som man komprimerar så hårt att den självantänder. Förbränningen sker samtidigt i hela blandningen, vilket ger hög verkningsgrad och praktiskt taget helt eliminerar utsläpp av sotpartiklar och kväveoxider.
Man kan köra den i stort sett på vilket bränsle som helst, man varierar bara kompressionen efter behov.
Praktiken medför dock några problem, där det mest grundläggande handlar om att man måste ändra normalt fasta egenskaper i motorn under gång, exempelvis kompression och ventiltider. Lösningar med variabel kompression eller ventiler som är oberoende av motorvarvet existerar, men är extremt dyra och komplicerade.
Hans-Erik Ångström och David Larsson har löst problemet med två kugghjul, och när de förklarat en stund begriper man varför de ser så nöjda ut. Det hela är enkelt, och så genialt. Och det verkar fungera. Grunden är en encylindrig tvåtakts motkolvsmotor av en typ som bland annat satt i Junkerplanen under andra världskriget.
Två kolvar klämmer ihop bränsle-luftblandningen i en cylinder från var sitt håll. De sitter på var sin vevaxel, som snurrar åt olika håll. På det viset tar rörelserna i motorn ut varandra, och vibrationerna försvinner.
Ny förbränningsluft trycks in vid den ena kolven och blåses ut vid den andra. Vevaxlarna är förbundna med fasta kugghjul, så kolvarna går exakt i takt.
Nu till det kluriga. Hans-Erik Ångström har satt två rörliga kugghjul mellan vevaxlarnas kugghjul, och genom att flytta centrum för de rörliga kugghjulen kan han fasförskjuta kolvarnas rörelse, och då ökar eller minskar förbränningsrummet, och därmed kompressionen.
*Hur kom du på det där?
- Ja, säg det, säger Hans Erik Ångström blygsamt.
- Vi började jobba med HCCI-principen för nästan tio år sedan. Nu skulle vi bygga en motor för KTHs bidrag till tävlingen Shell Eco-Marathon som går i maj varje år, och här är den.
Men den lilla motorn kan användas till mer. I labbet på KTH har man kopplat ihop den med en elmotor/generator, en superkondensator och ett batteri: en drivlina till en hybridbil. Bränslesnåla rena båtmotorer är ett annat användningsområde.
Hans-Erik Ångström har tagit patent och bildat bolaget HCCI Technology tillsammans med Tom Whitlock, affärsängel.
Riskkapitalbolaget Midroc New Technology har finansierat bolaget så här långt. Utmaningen nu är att ta motorn till produktion.
- Midroc kan gå in med ytterligare pengar, men vi behöver också en industriell partner. Det kan vara i Sverige eller i Asien, det kan vara en tillverkare eller en underleverantör, säger Göran Linder, vd för Midroc New Technology.
Fotnot: HCCI står för homogeneous charge compression ignition
(Uppdaterad version, tidigare fel i fotnot korrigerat)
Ny Teknik Jobb
- Senior utvecklingsingenjörABB AB HR Center
- Forskningsledare – Korrosion på rostfrittSwerea KIMAB
- ElektronikutvecklarePortendo AB
- Utbildare Vattenfall
- Product Standard & Regulation Expert Esab AB
-
Avdelningschef Gas Control Design
- Manager Surface CoatingFingerprint Cards AB
- Manager Analog ASIC DesignFingerprint Cards AB
-
Ingenjörer
- ElkonstruktörABB AB HR Center
Nyheter/Innovation
Annons
- Säkerhetslås för tuffa miljöer.Ett kraftigt och tåligt säkerhets och processlås som uppfyller högsta säkerhetskategorin för lås.
- Flexmetall - en flexibel sträckmetallSträckmetall med variabel maska ifrån Häfla Bruk öppnar nya möjligheter beträffande design och funktion.
- Gratis handbok i termografi !Boken tar upp det viktigaste vid värmefotografering. Teori - praktisk användning - tips m.m. >>
- Avancerad teknologi för professionell fräsning.CNC-Mini-Tools från Datron. Högsta matning och perfekta snittkanter i aluminium och plast.
- PA, POM, PEHD, PP, PETP......är alla förkortningar på olika sorters konstruktionsplaster. Används till olika maskindelar.
- Mitec Instrument.Vi levererar kompletta lösningar inom dataloggning och fjärrmätning.
- Missa inte årets seminarium! För Dig som vill veta mer om Industriell Datakommunikation, välkommen att anmäla dig till vårt kostnadsfria halvdagsseminarium.
- Skador på ditt gods?Här finns tekniken som hjälper dig att lösa problemet>>
- Biomedicinska patent.Vi har en bred kompetens på det medicinska området.
- Skapa och utforska en komplett produkt digitalt. Autodesk ®Inventor® kan hjälpa dig att skapa och utforska en komplett produkt redan innan något tillverkats.
- Annonsera »
- Se alla annonser »
- Tekniska högskolan vid Linköpings universitet !Ny utbildning! Civilingenjör i medicinsk teknik.
- NYTT OM BIOGASENS KLIMATNYTTA.Biogas från avfall ger 95% lägre utsläpp av växthusgas jämfört med bensin, visar forskning från LTH.
- CAD Utbildning.Kurser i AutoCAD, Inventor, 3ds Max och SolidWorks till förmånliga priser.
- Utbilda dig inom LEAN Production!Kursen lär ut vad Lean innebär och vilka krav detta ställer på styrning och ledning av verksamheten.
- Skog och träingenjörer får bra jobb !Utbildningen är unik i Sverige just nu med distansmöjligheter och bredden i utbildningen från skog till färdig produkt.
- ADVETA TeknikutbildningarEl, elektronik, behörighet, BB2,BB1, AB, automation mm, Stockholm, Göteborg, Malmö Distans/lärarledd
- Utveckla nya produkter !Mekatronik suddar ut gränsen mellan maskin data och elektronik och skapar helt nya produkter.
- Lean Produktutveckling 7,5 hpNya kursstarter i vår på Chalmers Industrihögskola. Klicka här för mer information.
- Läs mätteknik! Med utbildning i mätteknik får företaget jämnare kvalitet, bättre lönsamhet och nöjdare kunder.
- BiTA – ledande inom ITIL/ITSM/CobiT/MOF/ISO 20000Vi erbjuder kunskaps och kompetensutveckling som verkligen ger nytta och värde för deltagarna.
- Lär solenergiteknik!Ettårigt magisterprogram i solel, solvärme/pellets m.m. erbjuds av Högskolan Dalarna.
- Projektledaren i den agila processen. Seminarieserie i 5 delar - Start 29 mars.Behövs förarbete i agila projekt? Kommunicera lättrörliga krav. Kvalitet genom Lean - en projektledares perspektiv, Projektet är slut. Dags att hämta hem effekten, Agila projekt behöver också projektledas - fast på ett annat sätt.
- Kundorientera på riktigt !Certifierad process- & verksamhetsutvecklare. Verksamhetsutveckling styrd av kundernas behov. Ny utbildning!
- Annonsera »










Kommentarer
Senaste inlagd av Bengt Johansson 23 april 2008 11:57 Sortera: Senaste överst
Etanol-HCCI
HCCI är nog bra, men hur mkt bättre är en etanol-HCCI än en mager-HCCI?
Vore roligt att få höra herr Ångströms åsikt.
Omformulerad fråga
Nytt försök, skrev fel:
HCCI är nog bra, men hur mkt bättre är en etanol-HCCI än en mager-homogen-etanolmotor?
Vore roligt att få höra herr Ångströms åsikt.
Så ska det se ut! :)
Det finns inga gränser för vad man kan göra, underbart om detta är en väg att faktiskt få ut någorlunda verkningsgrader ur en förbränningsmotor? Kul att höra och all lycka framåt! Tänk att bli av med oljeelendet också i en framtid...
Redan uppfunnen???
Hur var det med alvin motorn? Hade den inte en liknande princip??
HCCI
Med en HCCI motor så får man i princip verkningsgraden hos en direktinsprutad dieselmotor (över 40%), medans avgaserna innehåller i princip inget NOx eller partiklar som hos en diesel, bara HC vilket man enkelt kan hantera med en oxidationskatalysator.
En indirekt insprutad ottomotor har en maximal verkningsgrad runt 34% och en direkt insprutad ottomotor har runt 36% verkninsgrad, men den senare är framförallt bättre på dellast, men inte så effektiv som en direktinsprutad dieselmotor.
Sandia har förövrigt konstruerat en frikolvsmotor med HCCI förbränning; den har nått verkningsgrader över 50%.
Det finns dock en del problem med HCCI motorer; att få dem att tända i rätt ögonblick och hur man styr tändögonblicket. Ett annat problem är hur man ska få ned ljudnivån från förbränningarna.
Bra
Djävligt bra , nu är oljebolagen och miljörörelsens dagar räknade.
Kan ni på nyteknik publicera mer info om tekniken, effektivtet och liknande.
Oklart...
Men hur balanseras motorn när den inte kör full kompression och de båda kolvarna slår i otakt? Är det en del av företagshemligheten kanske?
NOx? Oklart?
"Johan - 2008-04-16 17:30" Var tar kvävet vägen om det inte bildas NOx?
"Robert - 2008-04-16 22:14"
Kolvarna slår inte i otakt, bara olika slaglängd.
Otakt eller slaglängd
Om skissen är korrekt förstår jag inte hur slaglängden kan varieras då vevaxlarnas infästning inte flyttas och kolvstängernas längd är fix. Tyvärr behöver jag tänka en längre stund för att förstå geometrin i den varierbara "otakten", jag har inte greppat det än.
En bild kan beskriv mer än tusen ord
Varför inte fler bilder i ny tekniks reportage? Då skull även jag förstå!
Solklart
Det stämmer Magnus, slaglängden är ju fast och bestäms av vevaxeln. Läser man artikeln noga står det ju att kolvarnas rörelse fasförskjuts.
fasförskjutning = otakt ?
Illustrera mera
Finns både bilder och en animation under "Dokument" i artikeln...
Vad jag förstår så
Varieras avståndet mellan de bägge vevaxlarna, vilket ger kompresionsskillnad, men icke otakt.
Jag har inte läst noggrant, bara byggt bilden av det som beskrivs, i skallen, då jag läste..
Kanske fattar jag noll och nix..
EL-BATTERIER-ELMOTOR!!!!
Jääsp.
Vad är bilindustrin rädd för. Hur kommer det sig att företagen fortsätter med den här typen av projekt då framtiden ligger på ett helt annat plan.
Tänk vad skönt det blir när vi inte längre behöver olja ner oss och ha en massa rörliga delar i en Ottomotor.(men visst det var ju faktiskt kul när man var LITEN och mekade inne i mopedmotorn)
Stadsbilar och mopedbilar kan precis som i Kina ha elmotorer. Var i Kina förra året jag såg tusen och åter tusen mopder utan bensinmotor.
KINA LIGGER FÖRE VÄST, jag skäms.
Gunnar L
Du har säkert fattat rätt! Man kan laborera mycket med kugghjul. Jag kommer speciellt på vinjetten till Tekninskt magasin med Erik Bergsten och de roterande eliptiska, trekantsformade och exentriskt lagrade kugghjulen. Var själv inne mycket på rotationsmotorer i ungdommen innan jag förstod att förbränningsmotorer överhuvudtaget inte är en miljövänlig och energisnål lösning.
Elmotorer och då speciellt trefas asynkronmotorn är bland de bästa motorer som finns. Med modern varvtalsreglering och styrning kan de göra det mesta. Dessutom har de bästa vridmoment vid lägsta varv. Vilket ger bra startprestanda och acceleration.
Mvh K.A.J
justerbar kompression
När kolvarna går i otakt kommer de aldrig att mötas i inre vändläget samtidigt, alltså inte uppnå full kompression.
verkningsgrader
om man lyckas med att ha tillräckligt mycket koll på tändtidpunkten (kräver cylindertrycksensor) så kan man maximera den termodynamiska verkningsgraden eftersom förbränningen är väldig snabb. denna snabba, homogena förbränningen gör att man slipper NOx och partiklar på bekostnad av HC och CO.
HC och CO emissionerna i sin tur minskar förbränningsverkningsgraden ner till 0.8 om självtändningen hamnar riktigt kass.
därutöver minskar varje kugghjulingrepp motorns mekansika verkningsgrad med sisådär 0.95.
Smörjningen ?
Hur har man tänkt sej att smörjningen ska funka. Portarna i cylindrarna kommer ju att stå "öppna" (otätade) mot vevhusen under tändläget, möjligen kolvring längre ner på kolven som tätning men då blir mellersta delen av cylindern osmord. Tvåtaksbränsle? inte vidare miljövänligt eller så finns det en lösning som är hemlig.
Virker linket til grafi`k?
(Skrevet på dansk - jeg er fra Danmark:)
Virker linket i artiklen til grafiken om HCCI-motoren? Jeg kan ikke få det til at virke på min pc!
Linket til KTH:s film om HCCI-motorn virker derimod fint, mens grafiken sker der bare ingenting med?
mvh.
Junkers Jumo
Motorns grundkonstruktion är jämförbar med Junkers Jumo 205, en tvåtakts dieselmotor från 1930-talet.
http://www.enginehistory.org/Diesels/CH4.pdf
Vad man sedan har gjort är att införa en mekanism som tillåter att man justerar vevaxelfasningen och därmed kompressionsförhållandet.
N. Roheda: Kväveoxider ingår normalt inte i en motors förbränningsförlopp utan bildas i huvudsak termiskt vid luftöverskott. Vid HCCI drift bildas inget NOx, kväve i inloppsluften leder alltså bara till kväve i avgaserna.
4-takt & bränsleval?
Hej, grymt intressant!
Men kan man inte tillämpa HCCI på 4-taktare?
I artikeln står det att vilket bränsle som helst kan man köra på, hur beräknas då kompressionen ut m.a.p bränsleval, i realtid?
Bonusfråga, varför låter det mycket om HCCI motorer?
HCCI -framtidens motor
Kul att fotnoten i texten är fel. HCCI=homogeneous charge compression ignition och inget annat.
HCCI går att köra på alla bränslen. I Lund har vi kört på både bensin och diesel och dessutom på bägge samtidigt. I den första svenska SAE-artiken om HCCI från 1997 skrev vi från LTH om hur det var att köra på etanol. Det gick utmärkt. Vi har även kört på biogas, naturgas,vätgas och andra mer eller mindre konstiga blandningar. Vi har även publicerat lite om hur det är att köra HCCI i små motorer och det visade sig inte vara så enkelt. Att styra med variabel kompression är dock bra och väl fungerande.
Angående apans frågor: Fyrtaktare fungerar bättre än tvåtaktare för HCCI. Olika bränslen antänder vid olika temperatur och krver då antingen olika temperatur in till motorn eller olika kompressionsförhållanden. Det går att styra både komp. och insugstemperatur tillräckligt snabbt.Jari Hyvönen och Göran Haraldsson disputerade på detta för något år sedan. Att HCCI låter mycket beror på den snabba förbränningen. Eftersom trycket ökar snabbt i cylindern fås blocket att vibrera. Genom att lägga förbränningen sent kan tryckderivatan minska och bullert då också. Det kräver dock aktiv kontroll av förbränningen för att stabilisera förloppet.
Janne: En elmotor är något helt annat än en förbränningsmotor. El finns inte utan måste skapas. Idag är det främst kolkraft som står för elproduktionen i EU och världen och elbilar är alltså främst koldrivna.
HCCI
Man kan tillämpa HCCI förbränning på fyrtaktare. Scania motorn med HCCI som har nämnt tidigare är ett exempel, den fyrcylindriga motor som hittas under huven på ex. Saab 9-3 finns även den i ett experimentellt HCCI utförande; problemet är att på ett enkelt sätt kunna styra tändtidpunkten.
Ljudnivån är relaterad till "maximum rate of pressure rise" vilket anges i ex. bar/vevaxelvinkel.
Tandrem
Jasså, man tappar 5% mekanisk energi i kugghjulen. Skulle en tandrem eller kedja göra någon skillnad? Fasförskjutningen skulle åstadkommas med två flyttbara spännhjul som ändrar proportionerna mellan remmens löplängd på slingans två sidor. Axlarna skulle förstås rotera åt samma håll då.
Re: yes
En rem eller kedja har också förluster. Normalt är 98-99% verkningsgrad per kuggingrepp medan en rem kan gå ner till 90%. En kedja är ofta något bättre men ändå sämre än kugghjul om de inte är för många.