Teknik / LTH
Publicerad: 2011-02-02 09:40
Varje gång man trycker på bilbromsen uppstår energi. Idag används inte den här energin, men ny forskning visar att den går alldeles utmärkt att spara i form av tryckluft för senare användning. Då kan den ge motorn en extra skjuts vid start och spara in på bensinen vid tomgångskörning.
Lufthybrider, eller pneumatiska hybrider som tekniken också kallas, finns ännu inte i produktion. Däremot tillvaratar redan elbilar och elhybrider bromsenergin, men då för att driva en generator som laddar batterierna. Men enligt Per Tunestål, forskare i förbränningsmotorer vid Lunds Tekniska Högskola, skulle lufthybrider bli mycket billigare att tillverka. Steget till kommersialisering behöver inte vara särskilt långt.
– Tekniken är fullt realistisk. Nyligen blev jag kontaktade av fordonstillverkare i Indien som ville köra igång med lufthybrider, berättar han.
Särskilt attraktiv är tekniken för ryckig och sakta körning, exempelvis för bussar i storstadstrafik.
– Mina resultat visar att stadsbussar i storstäder skulle kunna minska bensinförbrukningen med 6o procent, berättar Sasa Trajkovic, doktorand i Förbränningsmotorer vid LTH som nyligen la han fram en avhandling i ämnet.
Sasa Trajkovic kom också fram till att 48 procent av bromsenergin, som komprimeras och sparas i en liten lufttank som kopplas till motorn, senare kan återanvändas. Det gör att lufthybriderna återvinningsgrad kan gott och väl kan mäta sig med dagens elhybrider. Motorn kräver inga dyra material och blir därför billig att tillverka. Dessutom tar de mycket mindre plats jämfört med en elhybridmotor.
I den här forskningen har lundaforskarna samarbetat med det svenska företaget Cargine som levererar system för ventilstyrning.
Idén med lufthybrider kläcktes från början av Ford på 1990-talet, men det amerikanska bilföretaget la ganska snart planerna på hyllan eftersom det då saknades nödvändig teknologi för att gå vidare med planerna.
Idag forskar man om lufthybrider på ETH i Schweiz, Orléans i Frankrike och vid Lunds universitet. Ett företag som har för avsikt att satsa på motorer med lufthybridteknik är amerikanska Scuderi. Men de har inte presenterat några experimentella resultat utan endast simuleringar.
– Detta är första gången någon kör experiment i en riktig motor. Forskningen hittills har endast varit teoretisk. Dessutom har vi använt sådan ingångsdata, exempelvis från stadsbussarnas körmönster i New York, som gör att vi får trovärdiga körcykelresultat, anser Sasa Trajkovic.
Närmast hoppas LTH-forskarna kunna omsätta sina forskningsresultat från en encylindrig till en hel, flercylindrig motor. Därigenom skulle de kunna ta konceptet ett steg närmare ett riktigt fordon.
Läs mer om Sasa Trajkovics avhandling här: www.lu.se/o.o.i.s?id=12588&postid=1748970
_______________________________________________________________________________
-------------------------------------------------ENGLISH SUMMARY
The Pneumatic Hybrid Vehicle - A New Concept for Fuel Consumption Reduction
Urban traffic involves frequent acceleration and deceleration. During deceleration, the energy previously used to accelerate the vehicle is mainly wasted on heat generated by the friction brakes. If this energy that is wasted in traditional internal combustion engines (ICE) could be saved, the fuel economy would improve. Today there are several solutions to meet the demand for better fuel economy and one of them is the pneumatic hybrids. The idea with pneumatic hybridization is to reduce the fuel consumption by taking advantage of the, otherwise lost, brake energy. In the work presented in this study heavy duty Scania engines were converted to operate as pneumatic hybrid engines. During pneumatic hybrid operation the engine can be used as a 2-stroke compressor for generation of compressed air during vehicle deceleration (compressor mode) and during vehicle acceleration the engine can be operated as an air-motor driven by the previously stored pressurized air (air-motor mode). The compressed air is stored in a pressure tank connected to one of the inlet ports. One of the engine inlet valves has been modified to work as a tank valve in order to control the pressurized air flow to and from the pressure tank. In order to switch between different modes of engine operation there is a need for a fully variable valve actuation (FVVA) system. The engines used in this study are equipped with pneumatic valve actuators that use compressed air in order to drive the valves and the motion of the valves is controlled by a combination of electronics and hydraulics. Initial testing concerning the different pneumatic hybrid engine modes of operation was conducted. Both compressor mode (CM) and air-motor mode (AM) were executed successfully. Optimization of CM and AM with regards to valve timing and valve geometry has been done with great improvements in regenerative efficiency which is defined as the ratio between the energy extracted during AM and the energy consumed during CM. A model of the pneumatic hybrid engine was developed in the engine simulation package GT-Power and validated against real experimental data. After a successful validation process, the model was used for parameter studies. In this way the influence of important parameters such as tank valve diameter, tank valve opening and closing could, together with their effect on the pneumatic hybrid engine performance, be investigated. A pneumatic hybrid vehicle model was developed in Matlab™/Simulink. The engine part of the vehicle model consisted of engine data obtained from the GT-Power model. Vehicle drive cycle simulations showed that the fuel consumption of a conventional bus could be reduced by up to 58% when converted to a pneumatic hybrid bus.
