Nyheter

Reportage

Framtiden för förbränningsmotorn och lufthybriden

Elbilarna är på väg. flera biltillverkare talar om en framtid med eldrivna bilar medan andra ser dem som en omöjlighet och pekar på batteriernas vikt och pris i relation till energiinnehållet. Frågan är om förbränningsmotorn går mot sin död.

Killarna på Cargine i Ängelholm tvekar inte en sekund i sin tro på förbränningsmotorns framtid. Kanske sitter de på en lösning som dessutom kan göra större motorer rimligt bränslesnåla. En lösning som redan testas i en bil som körs dagligen. Vi tog chansen att provköra morgondagens motor i dag och fick samtidigt ett samtal om framtida teknik som fria ventiler och lufthybrider. En teknik som samtidigt öppnar för en ökad användning av biodrivmedel.



Medan Koenigseggs supersportbilar testkörs på den avlysta landningsbanan i bakgrunden går en av Cargines utvecklingsingenjörer Herman Jonsson och jag ut till den oansenligt grå Saaben på parkeringen. Herman kom till Cargine 2009 efter att ha jobbat med koncept- och serie-utveckling åt BMW i Tyskland och USA. Där var han med och tog fram grundsystem till tekniken bakom Active Hybrid samt BMW:s ”Efficient Dynamics” med start-/stopp-teknik och bromskraftsåtervinning.

Herman Jonsson i testbilen med dator för justering av bilens ventiltider.

– Vi är ju ett litet företag med små resurser så det gäller att hitta nya vägar för att lösa de problem som även de stora jättarna brottas med, och det tycker jag att vi har lyckats bra med, säger Herman.

Cargine har jobbat med utvecklingen av sin teknik med tryckluftsstyrda ventiler under ett par år och nu finns en topp med tekniken monterad i en testbil som körts i praktiska tester över 2 000 mil. Bilen man använder för testerna är en Saab 9-5 med fyrcylindrig turbomotor och den ser ut som vilken annan Saab som helst utifrån. Allt som inte har med Cargines motorstyrning att göra  är original för att man skall kunna sortera ut skillnaderna. Under skalet döljer sig dock en teknik som gör alla former av ventilstyrning med kamaxel omoderna.

Urban Carlsson, t.v. och Anders Höglund med en motor där ventilstyrningen monterats i toppen.

– Det här handlar om ett lika avgörande utvecklingssteg för förbränningsmotorn som insprutningstekniken var när den ersatte förgasarna, säger Cargines vd Urban Carlsson innan det är dags för provkörning.

Herman lyfter på huven och visar ett antal tunna rör för lufttrycket som används till ventilstyrningen. Kompressorn till luftkonditioneringen är ombyggd för att lämna tryckluft till ventilstyrningen. Dessutom finns det en del nya kabeldragningar för mät- och styr-enheten samt en lambdasond per cylinder. De senare används för att mäta hur effektiv förbränningen är.

– I den här bilen är det bara ventilstyrningen på insugssidan som är fritt variabel med tryckluftsstyrningen, förklarar Herman när det är dags för provkörning. Men om ett år räknar vi med att ha en testbil där alla ventiler är tryckluftsstyrda.

Egentligen är det ingen större dramatik att provköra testbilen. Några extra varv för att styrenheten skall kunna konstatera i vilket läge ventiler och vevaxel befinner sig i och så är vi på rull.

– En justeringsgrej som inte kommer att finnas när motorn går i serieproduktion, förklarar Herman.

Herman sitter med datorn i knät och på skärmen fladdrar kurvorna förbi i ett tempo som gör det omöjligt att ha koll på dem för mig som förare.

– Du kan ta femman redan nu. säger Herman.

Jag petar i femte växeln och hastighetsmätaren visar på knappa 50 km/t medan varvräknaren ligger strax över 1 000 varv/minut. Motorn svarar som en sofistikerad V8:a genom att omedelbart öka varvet utan vare sig tveksamma ryck eller knackningar. Något som i sig skulle kunna ge möjligheter för framtidens bilkonstruktörer att ha en högre utväxling. Det i sin tur skulle möjliggöra lägre förbrukning vid högre hastigheter.

– Stämmer, säger Herman.

Han ber mig peta försiktigt på en knapp på blinkersspaken för att visa att vi redan nu kan sänka förbrukningen när vi håller en jämn hastighet. Jag följer skyltningen på motorvägen och lägger mig på 120 km/t.

– Nu kör vi i något som kallas Miller-mode, förklarar Herman.

Datorn visar att bilen gått över i Miller-mode

Ralph Miller var en amerikansk ingenjör som var verksam på fyrtiotalet. Första gången jag hörde talas om honom var under en föreläsning av Saabs legendariske motorkonstruktör Per Gillbrand. Per nämnde hans namn med största respekt, vilket definitivt vidimerar Millers storhet.

När bilen går över i Miller-mode öppnas gasspjället så att tryckfallet minskar. Det betyder att man minskar motståndet då kolven går upp och komprimerar luften i en av de fyra takterna i en fyrtaktsmotor.

Efter en stund tittar jag på färddatorn som visar 0,67 liter/mil i förbrukning. En mycket låg förbrukning för en bil som väger 1,6 ton. i praktiken betyder det här att förbrukningen ligger i närheten av förbrukningen i en dieselbil i motsvarande storlek.

– Detta är bara första steget, säger Herman med ett leende. Det finns stora möjligheter att utveckla det här ännu mer och då handlar det om lägre förbrukning och bättre körbarhet.

Tekniken med fria ventiler ger möjlighet att stänga av cylindrar, ändra till tvåtakt (för bättre lågvarvsegenskaper) och mycket mer som för konsumenten betyder bättre motorkultur och lägre förbrukning medan miljön skonas lite mer. Tekniken gör det också betydligt enklare att bygga en motor som går på flera olika bränslen vilket öppnar för biodrivmedel.

Herman är testförare med uppgift att programmera motorstyrningen optimalt och han hänvisar flera gånger till sin kollega Anders Höglund. Anders är chefstekniker och värvades till Cargine från Volvo 2004.

– Jag fick bara halva lönen men jag fick ett delägarskap i något jag tror väldigt mycket på säger Anders.

Anders jobbar med motorutveckling åt Cargine men hjälper även närmaste grannen Koenigsegg när det kör ihop sig. Den naturliga frågan är hur det här skulle kunna fungera i en supersportbil som just Koenigsegg.

– Riktigt bra, säger Anders. I större motorer kan förbrukningen minskas med upp till 30 procent och man kan få en väldigt mjuk gång i tvåtaktsläget. En V8:a tänder lika tätt som en V16.

Anders förklarar hur man kan stänga av cylindrar som inte används och hur vinsten av att köra i Miller-mode med lägre internt motstånd blir än större i en V8:a. Nästa fråga blir då hur fort man skulle kunna köra med samma förbrukning som Saaben hade på motorvägen, 0,67 liter/mil.

– Med tanke på att luftmotståndet är lägre och utväxlingen högre skulle det nog kunna bli bortåt 160 km/t.

Anders fortsätter att spekulera i framtiden och kommer snart in på små kostnadseffektiva sugmotorer som antingen skulle kunna användas i billiga lätta småbilar eller till att driva en generator i laddhybrider där hela drivlinan är elektrisk men en förbränningsmotor laddar batterierna för längre räckvidd.

– Betydligt billigare än bränsleceller, konstaterar han och tillägger att de kan mycket väl drivas med biodrivmedel på ett energieffektivt sätt om de har de fria ventilerna.

När vi ändå är inne på framtiden så vänder jag mig till företagets vd, Urban Carlson, med frågan om när vi kan tänkas få se en serieproducerad bil med en motor som har fria ventiler.

– En rimlig uppskattning är att det rör sig om fem år till, säger han. Vi utvecklar fortfarande tekniken och är nu inne på tredje generationen av själva ventilstyrningsenheten.

Samtidigt som tekniken utvecklas jobbar Cargine vidare med att hitta olika lösningar för hur den kan användas.

– Pneumatisk hybrid är en lovande teknik som vi tror mycket på, säger Urban.

Urban Carlsson tror mycket på tekniken bakom lufthybriden.

De fria ventilerna kan användas så att motorn vid retardation arbetar som en kompressor och bygger upp ett lufttryck i en trycktank. Den luften kan sedan användas för att driva motorn vid start, överladda motorn och i stället för startmotor i ett start-/stopp-system. Utvecklingen av den pneumatiska hybriden drivs tillsammans med Lunds universitet. Urban är projektledare och en doktorand jobbar heltid med projektet.

– Så sent som i april i år var vår doktorand Sasa Trajkovic över i USA och presenterade vårt projekt med pneumatisk hybrid på en SAE-konferens i Detroit.

De beräkningar som gjorts pekar på en 30-procentig bränslebesparingar för en stadsbuss och detta med en teknik som är avsevärt billigare, lättare och enklare än elhybridtekniken.

Då återstår frågan om vilket bilmärke som blir först ut med den nya tekniken. Urban svävar lite på målet. Saab, frågar jag. Är de med i bilden.

– Absolut, säger Urban. Tekniken passar utmärkt för Saabs image och de är fortfarande med på tåget.

När vi ändå är inne på Saab och företagets image med en historik av små bränsleeffektiva motorer med överladdning kan jag inte låta bli att fråga om Gillbrands sista projekt hos Saab. Motorn med variabel kompression.

– Känner du till Alvar-motorn, frågar Anders.

Anders Höglund berättar om fördelarna med variabel kompression.

Jag kan inte förneka att Per Gillbrand talat lyriskt även om den motorn och dess möjligheter till variabel kompression.

– Vi har analyserat den, naturligtvis, och nu har vi ett patent på en teknik med variabel kompression. En teknik som fungerar allra bäst med just de fria ventilerna, fortsätter Anders med ett leende.

Ett litet företag i Ängelholm sitter alltså med lösningar för att höja både körbarhet, bränsleeffektivitet och effekt för förbränningsmotorn så död är den definitivt inte. En vital veteran som hela tiden förnyas är nog närmare sanningen och just nu tycks spetstekniken utvecklas i Ängelholm. Eller är det i Italien. Fiat har tagit fram en teknik med elektriskt styrda ventiler som kanske skulle oroa teknikerna på Cargine.

– Nejdå, vi är inte oroade, säger Anders. De banar väg för oss när man inser möjligheterna och så är vår teknik både billigare och erbjuder fler möjligheter.

Fördel Ängelholm med andra ord. Och fördel förbränningsmotorn i ett set till.

  • Pingback: Överoptimistisk media()

  • Pefo

    Vad spelar det för roll för oss konsumenter, skattepengarna skall in ändå, myndigheterna höjer väl skatten på 95 blyfri om bilarna dricker mindre. När erat patent går ut om 10 år typ ska ni då leva på ert varumärke cargaine ?