88 år gammel idé skal drive fremtidens hybridbil
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Teknologiens Mediehus kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

88 år gammel idé skal drive fremtidens hybridbil

Fremtidens hybridbiler skal have benzinmotorer med frie stempler. Det håber både General Motors, Lotus og Volvo på, og alle er de i færd med at studere muligheden. På det amerikanske Sandia National Laboratory er en demonstrationsmodel allerede ved at blive bygget.

En hybridbils primære fremdriftsystem er elektrisk, og får energi fra batterier, men derudover har den en brændstofdrevet generator til at forlænge bilens rækkevidde.

Den slags generatorer vil i første omgang blive baseret på konventionelle forbrændingsmotorer og senere sandsynligvis brændselsceller - eller måske højeffektive eksplosionsmotorer med frie stempler.

Ideen stammer fra 1920, men dengang var den teknisk set for svær at gennemføre. Nu kan moderne computerteknologi imidlertid overvinde de tekniske hindringer, og så er vejen ved at være banet for de i teorien meget energieffektive eksplosionsmotorer.

Princippet er i første omgang enkel. Man tager en boksermotor, hvor cylindrene ligger ned på hver sin side af krumtapakslen. Krumtapakslen fjernes, og stemplerne forbindes med hinanden med en fælles stødstang, som har en permanent magnet på midten (vi ser lige bort fra, at cylindrene på nutidens boksermotorer er lidt forskudt i forhold til hinanden).

Omkring den bevægelige magnet findes en fastmonteret spole i krumtaphuset, og i spolen induceres en strøm, når stemplerne bevæger sig.

Fordelene er store. Med et passende styringskredsløb vil motorens fyldning og kompression kunne reguleres præcist og løbende, og med meget højt kompressionsforhold vil forbrændingen kunne ske meget effektivt.

Dertil kommer, at motoren kun har få bevægelige dele, så friktionen er meget lav.

Den samlede effektivitet fra brændsel til elektrisk energi antages at kunne komme op på 50 procent, hvilket er langt over nutidens benzingeneratorer.

En anden fordel er, at motoren vil kunne anvende mange slags brændsler, blot med et ændret styringsprogram. Ideelt set kunne bilisten bruge den type brændstof, som er billigst, hvad enten det nu var diesel, benzin, ethanol eller naturgas.

Den videnskabelige chef hos General Motors, Gary Smyth, siger til Technology Review:

»Motorer med frie stempler har nogle unikke egenskaber, enkelhed og variabel kompression, som gør dem spændende. Men der er også nogle udfordringer i dem.«

Det springende punkt er i øjeblikket den digitale styring af stemplerne, som skal ske meget hurtigt.

Dokumentation

Artikel i Technology Review

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Simple is beautiful....indtil nu er stempelmotoren blevet mere og mere kompliceret og med flere og flere bevægelige dele for hver generation....befriende hvis elbilen nu kan være med til at vende den kedelige udvikling.

  • 0
  • 0

Mit 2 semester på Ålborg designede vi præcis sådan en til semester projekt. Sjovt at se den her nu :-)
De gamle engelske kampvogne brugte samme princip, men med mekanisk timing af de 2 stempler (hvilket var det svage punkt og krævede hyppige reparationer) . Faktisk er der kørt forsøg med elektrisk/magnetisk synkronisering og det ser ud til at det kan virke, men det er ikke simpelt :-)
Personligt er det nok ikke den vej jeg ville søge de helt store forbedringer.

  • 0
  • 0

er jeg den eneste der græmmes ved overskriften "88-årig gammel ide"?

Det er ikke ligefrem relevant for nyheden, men det er da så slem en grammatik-fejl at alle burde opdage den.

  • 0
  • 0

"Eksplosionsmotor"? Sådan en ville jeg ikke bryde mig om at være i nærheden af.
Men journalisten roder noget rundt i begreberne forbrænding og eksplosion.
Korrekturlæsning, tak.

  • 0
  • 0

Eksplosion eller forbrænding? Den diskussion er en af motorhistoriens ældste travere.

Indtil man fik højhastighedskameraer troede man jo, at benzinmotorers forbrænding var en eksplosion (= momentan afbrænding af hele ladningen), så derfor hed det eksplosionsmotorer. Med kameraerne blev man klar over, at forbrændingen sker over tid med en flammefront og så blev det i sproget efterhånden til ”forbrændingsmotorer”.

Dieselmotorer tænder mange steder i kammeret på en gang. Så dem kunne man måske med lidt bedre ret kalde eksplosionsmotorer.

Selv de fleste (bombe)eksplosioner foregår jo ikke momentant. Forudsætter eksplosion for øvrigt destruktion? Og sådan kan vi jo flække nogle tændstikker på langs.

Jeg er derfor enig i, at ordet eksplosionsmotor er lidt old school, men så er det heller ikke værre.

Til gengæld var der en klar fejl i overskriften, og den er nu rettet.

Og så tilbage til emnet: Det tekniske princip.

Med venlig hilsen
Rolf Ask Clausen
Redaktionschef, ing.dk

  • 0
  • 0

Hastigheden af digital elektronikken, er næppe et problem. Mekanik, magneter, og sensorer, plejer at være den "sløve" del. I prototyper, kan anvendes kraftige processorer - og når man ved hvordan de skal kodes, vil det typisk kunne gøres i en FPGA, eller koden kan optimeres i en microcontroler, måske kombineret med FPGA's. I en FPGA, kan opnås svartider for digitalelektronikken på få nanosekunder, hvis det f.eks. er reaktion på en hændelse. En hurtig microcontroler, programmeret i maskinkode, kan ofte opnå ned til få mikrosekunders forsinkelse, ved reaktion på interrupt. Forsinkelsen ligger sandsynligvis i de mekaniske dele, samt i magneternes reaktion på den påtrykte spænding.

  • 0
  • 0

Og så tilbage til emnet: Det tekniske princip.

En sætning som en eller anden moderator skulle benytte ofte.

Det er træls at gode emner ofte ender i nonsens og religion, som eks. for/imod kerneKraft, er klimaændringerne reelle, CO2 osv.

  • 0
  • 0

Fristempelmotorer har også været brugt til kompressorer. Jeg har selv en stående der blev flittigt brugt til ramning af træspuns. Den blev indkøbt omkring 1954 og er af det Tyske fabrikat Junckers. Den har så ikke været brugt i mange år, men jeg har set tilsvarende model brugt i de danske U-både ! De kørte på diesel og gav et frygteligt spetakel. De blev startet med trykluft ligesom mange fiskerimotorer den gang !
Hilsen Jacob Petersen !

  • 0
  • 0

Og hvorfor de motorer larmede, skyldtes sikkert en sådan motors manglende afbalancering.

Kent Krøyer skriver"

"Dertil kommer, at motoren kun har få bevægelige dele, så friktionen er meget lav."

Lavere end hvad? Stempelfriktionen er vel ikke anderledes end i andre motorer

  • 0
  • 0

Det er virkelig godt nyt. Hvis de kan få den op på en virkningsgrad på 50%, så kan alle lavtemperatur brædselscellerne godt pakke sammen. Selv om brændselsceller har en teoretisk virkningsgrad tæt på 100%, er den praktisk realiserbare langt mindre. Alene på grund af de kulstof/platin baserede katoder, som polariserer mindst 0,4 volt, kommer den ikke over ca. 65%. Dertil kommer diverse andre tab samt en masse vægt at slæbe rundt på.

Der er to andre problemer med lavtemperaturbrændselsceller. Det ene er prisen, som er voldsom på grund af den nødvendige mængde platin, og den anden er den nødvendige kvalitet af brændslet. Enten skal den køre på brint, som har lav energitæthed og ingen forsyningskæde eller så skal den køre på super rent metanol. I øvrigt så har metanol cellerne endnu lavere virkningsgrad.

Den direkte koblede fristempelmotor er simpel (=lav pris) og bruger stort set kun kendt teknologi - blot i en lidt anden indpakning. Ligeledes kan den forbrænde eksisterende brændstoffer som benzin og diesel.

  • 0
  • 0

Til Bjarke

Udover friktionen mellem stempler og foring er der friktion i de mange lejer som forbinder stempler til plejlstang og krumtap samt knastaksel. Dertil kommer transmissionen fra motor til hjul (kobling og gear).

Friktionen i et frit glidende stempel er i øvrigt mindre end for et stempel der har en sideværts påvirkning fra plejlstangen.

  • 1
  • 0

Det er jeg ikke i tvivl om Troels D. Th..

Men er der ikke friktion i den elektromotor der skal drive hjulene og den frekvensomformer der skal regulere hastigheden?

Min anden indvendig lagde du slet ikke mærke til vel?

HVORDAN VIL DU AFBALANCERE LORTET ? :-)
(Skrevet med stort og med et lavere lix så det er lettere, at læse)

Jeg er gammel nok, jeg har lært at knappe bukserne :-)

  • 1
  • 0

Eksplosion eller forbrænding? Den diskussion er en af motorhistoriens ældste travere.

Indtil man fik højhastighedskameraer troede man jo, at benzinmotorers forbrænding var en eksplosion (= momentan afbrænding af hele ladningen), så derfor hed det eksplosionsmotorer. Med kameraerne blev man klar over, at forbrændingen sker over tid med en flammefront og så blev det i sproget efterhånden til ”forbrændingsmotorer”.

Dieselmotorer tænder mange steder i kammeret på en gang. Så dem kunne man måske med lidt bedre ret kalde eksplosionsmotorer.

Selv de fleste (bombe)eksplosioner foregår jo ikke momentant. Forudsætter eksplosion for øvrigt destruktion? Og sådan kan vi jo flække nogle tændstikker på langs.

Jeg er derfor enig i, at ordet eksplosionsmotor er lidt old school, men så er det heller ikke værre.

Gammeldags! Nej bare mere præcist for en ICE-motor! "Forbrændingsmotor" er synonymt med det ældre begreb "kraftvarmemaskine", og lige så upræcist!

  • 0
  • 0

Indtil man fik højhastighedskameraer troede man jo, at benzinmotorers forbrænding var en eksplosion (= momentan afbrænding af hele ladningen), så derfor hed det eksplosionsmotorer. Med kameraerne blev man klar over, at forbrændingen sker over tid med en flammefront og så blev det i sproget efterhånden til ?forbrændingsmotorer?.

Nu er det jo før min tid, men måske kunne man have troet sådan, eftersom flammehastigheden er for lav til at forklare hvor hurtigt det brænder. Men turbulent luftbevægelse i forbrændingsrummet hjælper med at fordele ilden.

Dieselmotorer tænder mange steder i kammeret på en gang. Så dem kunne man måske med lidt bedre ret kalde eksplosionsmotorer.

Det lyder næsten som om du snakker om HCCI. Dieselmotorer plejer generelt set at sprøjte brændstoffet ind i cylinderen i 4-6 stråler radielt ud fra midten, så du har ret i at det tænder flere steder næsten samtidigt. Hvis man benytter pilot injection (en lille mængde brændstof indsprøjtet tidligt i kompressionstakten), så har du ret i at denne mængde brændstof brænder meget hurtigt når det tænder. Når hovedindsprøjtningen starter er der normalt en lille forsinkelse før det tænder, og den lille mængde brændstof der når at komme ind inden da, brænder også meget hurtigt efter det tænder. Men langt hovedparten af brændstoffet brænder i den takt man kan nå at sprøjte det ind og det kan nå at blande sig med ilten, og det går ikke ret hurtigt på en diesel. At kalde en diesel for en eksplosionsmotor forefalder mig at være vildledende; det brænder meget langsommere end på en benzinmotor, der også er en forbrændingsmotor (hvis ikke man har trimmet den for hårdt).

mvh Jens

  • 0
  • 0

Hej igen Bjarke

Frekvensomformere er elektroniske og har derfor ikke friktion men en virkningsgrad, som ligger omkring 95 %. Elmotorer ligger omkring 90 - 92 % i virkningsgrad, hvor friktion udgør en mindre andel.

Pointen er imidlertid at en fristempel motor kan optimeres til høj virkningsgrad ved alle omdrejningstal. Eftersom motorens frekvens ikke er koblet med køretøjets hastighed kan den nødvendige elektriske effekt leveres ved at regulere hastigheden på motoren ved høj belastning, fremfor at drøvle motoren som er den traditionelle løsning for benzin motorer.

En afbalancering af denne motor er kun muligt hvis en tilsvarende masse i motoren svinger i modfase med samme frekvens. Dette kan realiseres ved at koble flere motorer sammen i parallel og lade dem arbejde i modfase. Fristempel motoren er særligt velgenet til dette da den er meget smal. Fire motorer i en kvadratisk konfiguration med to i modfase vil principielt være 100 % i balance.

  • 0
  • 0

Er i sikker på det er fristempel motorer der er tale ved brug i kampvogne og ubåde?

Jeg vil tro der er tale om en modstempelmotor. En modstempel motor fungere modsat en boksermotor ved at to stempler i en cylinder og bevæger sig mod hinanden. De to stempler er forbundet til hver deres krumtapaksel der så er mekanisk forbundet således synkronisering er sikret. Motoren fungerer efter totaktsprincippet og har(mig bekendt altid) en kompressor for at sikre skylning.
Synkronisering af de krumtapaksler kan selvfølgelig også ske med generatorer, så kommer den producerede energi også ud som strøm.
Modstempel motoren har været brugt i kampvogne fra England og den tidligere østblok, jeg ved ikke om de stadig benyttes.

  • 1
  • 0

[quoteAt kalde en diesel for en eksplosionsmotor forefalder mig at være vildledende; det brænder meget langsommere end på en benzinmotor, der også er en forbrændingsmotor (hvis ikke man har trimmet den for hårdt).

mvh Jens[/quote]

Al forbrænding sker med en eller anden hastighed, så det er bare et spørgsmål, om man mener at forbrændingen skal hedde detonation, eksplosion eller bare "forbrænding"!

Man kan ikke bruge forbrændingens udbredelseshastighed til at sondre mellem brand/forbrænding og eksplosion. Det handler mere om der er forudsætninger for en trykopbygning. En røggaseksplosion har en temmelig langsom forbrændingshastighed, men brandfolkene har defititivt respekt for dén "eksplosion" !

Man kan også skabe høje tryk, selv om forbrændingen sker i åbne rum, men det kræver integreret iltningsmiddel (krudt og sprængstoffer). Det ved vist enhver lille hjemmefyrværker. (Ja ja, jeg gør det ikke mere, men dér først i 1950'erne "forskede" jeg ret meget i den slags! ;-)

  • 0
  • 0

Princippet er i første omgang enkel. Man tager en boksermotor, hvor cylindrene ligger ned på hver sin side af krumtapakslen. Krumtapakslen fjernes, og stemplerne forbindes med hinanden med en fælles stødstang, som har en permanent magnet på midten (vi ser lige bort fra, at cylindrene på nutidens boksermotorer er lidt forskudt i forhold til hinanden).

Omkring den bevægelige magnet findes en fastmonteret spole i krumtaphuset, og i spolen induceres en strøm, når stemplerne bevæger sig.

Fordelene er store. Med et passende styringskredsløb vil motorens fyldning og kompression kunne reguleres præcist og løbende, og med meget højt kompressionsforhold vil forbrændingen kunne ske meget effektivt.

Dertil kommer, at motoren kun har få bevægelige dele, så friktionen er meget lav.

Den samlede effektivitet fra brændsel til elektrisk energi antages at kunne komme op på 50 procent, hvilket er langt over nutidens benzingeneratorer.

Forklar det lige nærmere. Hvorfor giver en permanentmagnet i en boksermotor en fordel. Der er vel mange andre gode måder at holde styr på positionen på.

Hvorfor kan man pludselig undvære krumtapakslen? Man har vel stadig behov for at omsætte stempelmotorens reciprocerende bevægelse til rotation.

/Kim

  • 0
  • 0

Hvorfor kan man pludselig undvære krumtapakslen? Man har vel stadig behov for at omsætte stempelmotorens reciprocerende bevægelse til rotation.

jow,- men man har jo ikke brug for rotationen for at fremstille og frembringe energien til konsumenten. Man har brug for rotationen, hvis man har noget at bruge rotationen til, - f.eks. at drive et køretøj frem ved hjulrotation. Man kunne så passende anbringe konsumenten i hjulet, og lade den fremstille rotationen.

Hvad JEG ikke forstår er, hvorledes fylning og tømning af cylinderen foregår???
Som jeg ser konstruktionen, kan det kun foregå ved hjælp af en perifær skylleluft-pumpe, - elektrisk eller mekanisk hjulpet turbo?

Jens

  • 0
  • 0

>>
»Motorer med frie stempler har nogle unikke egenskaber, enkelhed og variabel kompression, som gør dem spændende. Men der er også nogle udfordringer i dem.«
<<
Den største fordel i forbindelse med hybridbiler ser jeg i at princippet gør det umuligt for gammeldaws konstruktører at lave usmarte mekaniske forbindelser mellem kraftkilden og de trækkende hjul (a la Prius'en); ergo, yt med det parallelle hybridbilsprincip!

Jeg er dog usikker på om en generator med permanentmagneter har så store fordele, som det antydes. Det er selvfølgelig rart at kunne undgå elektriske forbindelser til en "stang" der fiser frem og tilbage, men at en generator med permanentmagneter skulle give en større total virkniningsgrad, kommer lidt bag på mig!

  • 0
  • 0

50% virkningsgrad virker overraskende - motoren skal jo køles. Den permanente magnet, virker ikke ved høje temperaturer, og det er nødvendigt, at holde temperaturen på et niveau, hvor den stadigt er magnetisk.

  • 0
  • 0

Ja, Jens Madsen

Til Troels Dyhr Pedersen, 03.10.2008 kl 18:58

Tak for en gammel gennemgang af din DME motorforskning og et nyt indlæg.

For sikkerheds skyld:
Er dette mon en to- eller firtaktsmotor?

Til dine anførte tab kommer tabene i den lineære generator, som blir vanskelig at køle mellem de varme partier.

Dine afsnit om balancering og omløbstal stemmer med min viden.

En svaghed med den her presentrede motor er, at de varme dele ikke kan koncentreres (midt i).

I øvrigt tror jeg stadigvæk på Ole Sommers F1 motor fra 1955 anpasset for DME!

Din forskning om forbrændingshastighed må jo være aktuel her, hilser Tyge

  • 0
  • 0

For sikkerheds skyld:
Er dette mon en to- eller firtaktsmotor?

Totakter! Der er ikke moment til en firtakters forskellige arbejdsfaser i en motor af den viste konstruktion, hvis enheden ikke på en eller anden måde er forbundet til andre enheder.

Man kan fordoble antallet forbrændingskamre og bruge firtaktsprincippet, men i alle tilfælde tror jeg at det er mere fornuftigt, at vende på stegen og lægge forbrændingskamrene centralt og genereratordelene yderligt, evt. på begge sider (Det er vel dét du tænker på, Jens?), så skulle der vel også være gode muligheder for at starte maskinen!

En totakter med dette princip, kræver kun ét stempel, men dét skal jo smøres på en eller anden måde, så det er måske ikke nogen større fordel (eller vægtbesparelse)!

  • 0
  • 0

Nej, - det jeg mener er, at som motoren er illustreret her, har den (for mig at se) ikke en logisk chance for at kunne køre. Lad os starte fra en ende af: Stemplet står i top i højre cylinder under kompression og forbrændningen starter. Stemplet bevæger sig mod venstre og åbner en udstødnings-kanal, og affaldsgassen begynder at strømme ud. I mellemtiden har stemplet nået kompressions-toppunktet i venstre side, og vi har stadig en højrecylinder, hvor der er let overtryk og fyldt med affaldsgas, og der er ikke noget tryk til at skylle affaldsgassen ud, eller fylde cylinderen med ny ladeluft.
Hvordan beskrive sådan en motors arbejdsgang? Som en 1-takter? Som en 3/4-takter (Ét kompessions-slag og ét tre-i-ét-slag til forbrænding-udstødning-indsugning)??

Jeg er ikke uddandet ingeniør. Jeg har en folkeskole-eksamen fra Grønland, hvor jeg er opvokset og har sejlet som motorpasser, og arbejdet som diesel-mekaniker, blandt mange andre beskæftigelser. Med det sat på plads håber jeg, ikke at få bidt hovedet af, i mit forsøg på at prøve og bruge det!

Hvis man deler cylinderen og stemplet i to og forbinder de to stempeltoppe med en stødstang, og så lukker de nu to cylindre i 'bunden' med en foring til stødstangen, og forsyner bunden med en indsugningsventil, så kan motoren køres som alm. 2-takter med skyllekanaler.

Som 4-takts motor, er den nødt til at have fire forbrændingskamre, som du også er inde på, John. Stødstangen må forbinde alle 4 stempler i en H-formation, og der må være en forbrænding på én af cylindrene, for hvert arbejds-slag der er i en 4-takter, og skiftevis i hver ende af stødstangen. For at mindske skæv-vridningen kunne man placere de parvise cylindre så tæt sammen som muligt, og gøre stødstangen så lang, som nødvendigt. Ventilstyringen kunne med fordel gøres elektro-mekanisk, frem for mekanisk.

Da jeg nu har blotlagt stempelforbindelsen (her på fantasiens grønne mark) mellem de to eller fire forbrændingskamre, kan permanent-magneten og spolen fint anbringes her, uden at der er en cylindervæg i mellem de to og uden at magneten bliver udsat for opvarmning fra forbændingen. Men jeg kan ikke se nogen grund til ikke at bruge en elektromagnet, som får strøm via en glideforbindelse og kulbørster.
En anden ting, man ville kunne anbringe på stødstangen, er en to-kamret hydraulisk stempelpumpe. Et forbrændings-slag vil nærmest uhindret blive omsat til tryk i ekspansions-beholderen.

Jeg kan få en 2 og en 4-takter til at køre i fantasien.
Men den illustrerede "what-ever"-takt motor, kan jeg ikke, med min bedste vilje, få til at gi' mere end to skrald, og det endda under de mest fantasifulde forhold.

Mest af alt får illustrationenen og dens kommentarer mig til at tænke på et H.C.Andersen citat,

Ih, - hvor fint, sagde alle folk, og de smilede og klappede i deres hænder, mens Kongen paraderede forbi.

Jeg føler ikke den illustrerede motor 'har noget tøj på', men det kan jo tilskrives min manglende indsigt.

Men sådan er der så meget!

Jens

  • 0
  • 0

som motoren er illustreret her, har den (for mig at se) ikke en logisk chance for at kunne køre. Lad os starte fra en ende af: Stemplet står i top i højre cylinder under kompression og forbrændningen starter. Stemplet bevæger sig mod venstre og åbner en udstødnings-kanal, og affaldsgassen begynder at strømme ud. I mellemtiden har stemplet nået kompressions-toppunktet i venstre side, og vi har stadig en højrecylinder, hvor der er let overtryk og fyldt med affaldsgas, og der er ikke noget tryk til at skylle affaldsgassen ud, eller fylde cylinderen med ny ladeluft.

Som jeg tolker billedet, så er det en totakter med gul turbo, rødligt luftfiler, hvid lydpotte, og sorte (elektromagnetiske?) udstødningsventiler. Skylleluftportene ses i den ende af cylinderen som er nærmest elgeneratoren. Dette koncept har jeg ikke nogen problemer med at forestille mig køre, men hvis man ikke har fået øje på turboen, så ser det naturligvis værre ud.

Nu er totaktere ikke hverdagskost for mig, men det er mit indtryk at, mens man kan løse HC-problematikken ved at gøre dem direkte indsprøjtede, så brænder det så ofte i cylinderen, at der bliver så varmt der, at NOx bliver et næsten uoverstigeligt problem under moderne emissionslovgivning. Forslagene i tråden med at vende på det hele og have forbrændingsrummene nærmere hinanden vil næppe hjælpe på dette.

mvh Jens

  • 0
  • 0