Nytænkning af 100 år gammel ide skal skubbe elbiler fremad
Turboladerens teknologiske fætter skal udvikles til en supereffektiv benzinmotor til de kommende elbilers range-extendere. Ideen om en såkaldt bølge-rotor er 100 år gammel, men en fem-dobling af energieffektiviteten påstås at være inden for rækkevidde.
Den uforbrændte indsugningsluft er her lyseblå, mens den varme udstødsgas er rød. Indsugnings- og udstødskanaler ses i den faste bund under rotoren. (Grafik: University of Michigan)
Fakta
Læs mere om
Dokumentation
En ny, avanceret forbrændingsmotor, som er under udvikling på Michigan State University, kan blive den byggeklods, som for alvor skubber elbilmarkedet i gang. Den kan nemlig bruges som range-extender med stor brændstofeffektivitet.
Elbilernes svage punkt er den høje fremstillingspris på de helt nødvendige, genopladelige batterier. Den høje pris betyder, at elbiler ikke kan køre ret langt, hvis de skal være til at købe for almindelige forbrugere. Omkring 100 kilometer per opladning lader til at være, hvad de fleste bilfabrikanter tør satse på, ellers bliver elbilerne meget dyre. Og dertil kommer, at med de elinstallationer, de fleste mennesker har, er elbilen dømt til opladning i garagen i 6-8 timer før hver 100 kilometers kørsel.
Derfor må der i en overgangsperiode være løsninger, der øger rækkevidden. Herhjemme satser Dong Energy og Better Place på servicestationer, hvor man hurtigt kan bytte et afladet batterimodul med et opladet.
Men en anden løsning er range-extenderen, som gør bilisten uafhængig af servicestationer. Det er en kombineret forbrændingsmotor og generator, som oplader og i forskellig grad trækker elbilen, når batterierne er tømte - omtrent som håndværkerens benzingenerator kan bruges til at oplade batteriværktøjet uden at være i nærheden af en stikkontakt.
Energitabet i range-extenderens elproduktion skal sammenlignes med energitabet i en konventionel mekanisk biltransmission. Men dertil kommer, at forbrændingsmotoren i en range-extender kan energioptimeres, når de får lov til at køre med fast opdrejningstal og belastning. Ny teknologi for fossilafbrændende motorer er igennem hundrede år blevet fintunet til variabelt omdrejningstal og belastning.
Effektive range-extendere udvikles i øjeblikket af adskillige virksomheder, der har kik på det kommende elbil-marked med vidt forskellige motorteknologier. For eksempel bilfabrikken Lotus og Capstone Turbine Corporation, som begge har været beskrevet på Ingeniøren.
Og nu kommer altså Michigan State University med en ny motortype til konstant omdrejningstal, som giver range-extenderen intet mindre end gyldne løfter om større energieffektivitet og stærkt formindsket CO2-udledning.
Energiminister giver 15 mio kr. til range-extender
Målet er at 5-doble energieffektiviteten i forhold til nutidens modne benzin- og dieselmotorer. Samtidig kan motorens fremstillingsomkostninger reduceres med 30 procent, fordi den består af færre dele. Desuden skal den kunne nedsætte en bils CO2-udledning med 95 procent.
Endelig skal den bringe USA tilbage i førersædet, når det drejer sig om ny, klimavenlig teknologi. Og derfor har projektet fået tildelt 15 millioner kroner af det amerikanske energiministerium efter en kræsen selektion af lovende projekter.
Hverken stempler, ventiler eller kølesystem
Motoren er en såkaldt "bølge-skive motor". Den har kun en enkelt roterende del, som via en aksel skal trække en elgenerator.
Den roterende del består af en skive med støbte turbinevinger. Indsugningen sker inde ved akslen og udstødning længere ude ved periferien.
Der er ingen stempler og ingen klaprende ventiler eller kølesystem. Ingen karburator eller indsprøjtningsautomatik. Rotationen skaber et lavt lufttryk ved centrum og et højere tryk yderst. Når indsugningsluften rammer den varme, komprimerede luft i den spinnende rotor, opstår en kraftig trykbølge, heraf navnet bølge-plade eller bølge-rotor.
Ide til bølgemotor er 100 år gammel
Ideen om den roterende bølge-forbrænding stammer i virkeligheden fra 1906, og i samme familie er senere blevet produceret bølgemotorer, der blev brugt som kompressorer til gasturbiner og dieselbiler.
Men forskerne på Michigan State University mener, at med moderne computersimulation vil det lade sig gøre at få fuld kontrol over den vilde trykbølge og den dynamiske forbrænding langs turbinevingerne, som er motorens kerneelement. Især hvis man går et skridt tilbage i udviklingen for at udforske en særlig type - Radial Internal Combustion Wave Rotor - som man i sin tid sprang for hurtigt hen over.
Motoren findes allerede i en prototype ved Michigan State University. Og det er den motor, som nu skal forbedres, så den kan vise, om de høje, teoretiske mål kan nås.
Og selv hvis det ikke lykkes, kan bølgemotorens principper bruges til at øge effektiviteten i nutidens gasturbiner betydeligt.
