Hur skall snåla bensinmotorer bli ännu snålare?
Varför blir inte bränsleförbrukningen så låg som man hoppats för de direktinsprutade bensin-motorerna? Hur skall de bli ännu snålare? Finns det långtidsproblem som måste lösas? Dessa frågor behandlas i en doktorsavhandling av Håkan Sandquist vid Institutionen för termo- och fluiddynamik på Chalmers i Göteborg.
Till följd av Kyotoavtalet har de europeiska biltillverkarna lovat att minska koldioxidutsläppen från bensindrivna bilar till 140 g/km till år 2008, vilket motsvarar en bränsleförbrukning på ungefär 0,6 liter per mil. Biltillverkarnas mål är att 2012 skall medelbilens bensinförbrukningen vara nere i 0,5 liter per mil.
En lovande teknologi för att minska bränsleförbrukningen hos bensinmotorer är att spruta bränslet direkt in i cylindern för att skapa en skiktad bränsle-luftblandning, en så kallad stratified charge. Målet med den skiktade blandningen är att skapa ett moln av bränsle och luft i närheten av tändstiftet så att antändning säkerställs, medan resten av cylindern bara skall innehålla luft. Teoretiskt är det på detta sätt möjligt att vid låga belastningar och varvtal minska bränsleförbrukningen med 20 – 25 % jämfört med konventionella bensinmotorer. Dagens direktinsprutade bensinmotorer ger hittills ungefär halva denna förbruknings-vinst, men varför når man inte hela vägen? Ytterligare frågor är hur motorerna påverkas av olika bensinsammansättning och lång användningstid.
För att besvara dessa frågor undersökte Håkan Sandquist bränsle-luftblandningsprocessen och förbränningen i en direktinsprutad bensinmotor. Det visade sig att utsläppen av oförbränt bränsle ökade med 50 % vid drift med skiktad bränsle-luftblandning jämfört med normal drift. För att ytterligare minska bränsleförbrukningen måste utsläppen av oförbränt bränsle reduceras; förbränningen måste helt enkelt bli mer fullständig. I avhandlingen föreslås en rad åtgärder för hur förbränningsprocessen bör förändras för att göra motorerna ännu snålare.
Effekter av lång användning av direktinsprutade bensinmotorer har också undersökts. Inuti bränsle-insprutarna byggs det upp beläggningar. Detta problem kan motverkas med tillsatser i bensinen. I förbränningsrummet bildas mer beläggningar i direktinsprutade bensinmotorer än i konventionella motorer. Detta måste man ta hänsyn till när man utvecklar nästa generation direktinsprutade bensinmotorer.
Användning av förnyelsebara bränslen är en aktuell fråga och Håkan Sandquist har också studerat inblandning av etanol i bensinen. Att blanda 5 % etanol i bensinen medför ingen ökning av utsläppen och bränsleförbrukningen ökar bara marginellt för den undersökta motorn. Högre inblandning av etanol gör dock att utsläppen av oförbränt bränsle ökar.
Arbetet har genomförts i samarbete med Aspen Petroleum, SAAB Automobile AB, Statoil samt Volvo Personvagnar AB.
Avhandlingen ”Emission and Deposit Formation in Direct Injection Stratified Charge SI Engines” försvaras vid en offentlig disputation vid Chalmers tekniska högskola i Göteborg den 5 oktober kl. 13.15 i sal HA2, Hörsalsvägen 4.
Mer information:
Håkan Sandquist, Termo- och fluiddynamik, Chalmers tekniska högskola, tel. 031-772 5031,
e-post: hast@tfd.chalmers.se
