Alternativ.nu
Övriga ämnen => Energi => Fordonsdrift => Ämnet startat av: JohnA skrivet 05 jun-14 kl 09:53
-
Har länge funderat över alla youtubeklipp som visar småmotorer med turbo, inte sällan tvåtaktare dessutom. I boken Turbochargers nämns tvåtaktarna väldigt kort och mest bara att det går men att det är svårt att få att fungera bra. Boken är 15-20 år gammal så tekniken och know-how:et har kanske kommit ikapp? Eller youtubefilmerna kanske mest resultaten av spexare och okunniga busgrabbar?
Här är en 50-kubikare som enligt videon ger närmare 20 hk: http://m.youtube.com/watch?v=gv377_f3cvU (http://m.youtube.com/watch?v=gv377_f3cvU)
Turbon ser ut att vara i samma storleksordning som den jag satte på en 1050-kubikare i min Fiat 126 för 20-talet år sedan. Så hur i hela friden kan en ynklig mopedmotor ge avgasflöde nog för att driva en så "stor" turbo? Man hör tydligt hur turbon spinner upp i arbetsvarv när moppemotorn kommer igång ordentligt.
Vad jag förstått är cylindervolymen inte ensam den avgörande faktorn. Går en liten motor med mycket högt varvtal och dessutom lämnar en relativt hög effekt redan utan överladdning måste rimligen avgasflödet och pulserna också bli relativt ordentligt. Om 50-kubikaren i filmen ovan ger ca 15 hk utan överladdning är det fortfarande långt från de kanske 50 en liten bilmotor ger oladdat till en turbo av samma storlek.
Så kan det fungera bra eller är det något fuffens på gång?
Notera att turbon är monterad efter expansionskammarens stingerpipa! Jag antar det är för att inte störa den reflekterade tryckvågen. Sent monterad turbo får kallare avgaser med lägre energiinnehåll men till en tvåtaktare kan jag tänka mig att den placeringen är bästa alternativet.
En tvåtaktare med separat oljeinsprutning direkt i lager och cylindrar kan också ha bränsleinsprutning direkt i topplocket. Tror de dyrare tvåtakts båtmotorerna fungerar så. Därmed kan man vänta med insprutningen tills kolven stängt avgasporten och på så vis undvika spolförlusterna. En sådan motor kanske fungerar lika effektivt utan expansionskammare och ihop med turbo borde den fungera ännu bättre. Eftersom förbränningsrummet spolas med ren luft (och oljedimma förvisso) är det inte samma slöseri att blåsa i lite extra.
En TT med turbo, separatsmörjning och direktinsprutning av bränslet borde faktiskt kunna hålla sig igång helt utan vevhuset som spolpump. Vid låg belastning och start skulle kanske en elektrisk högtrycksfläkt (typ dammsugarmotor) kunna gripa in. Med vevhuset isolerat från spolningsprocessen kan man återvinna smörjoljan, vilket är en urgammal teknik på t.ex. tvåtaktsdieslar. Stora TT fartygsdieslar har ibland elektriska fläktar som spolpumpar har jag läst någonstans.
Så varför krångla till det så här? En turbo-TT med elektrisk startfläkt borde bli ganska billig, lätt och kompakt jämfört med en fyrtaktare (med turbo och insprutning även den). Moderna TT båtmotorer med liknande teknik (fast utan turbo och sluten smörjning) går nästan lika snålt som fyrtaktarna enligt en båtrejsarkompis.
Men nu var det ju det där med riktigt små motorer! Om avgasmängderna inte räcker till för att få snurr på de minsta turboaggregaten kanske man kan ta till en teknik jag läst om från tractor pulling: Man sätter en liten brännkammare parallellt med motorn! Brännkammren slösar förstås bränsle men man får rejält laddtryck i en jätteturbo direkt från start. Om tekniken funkar ihop med tvätktare är tveksamt men till en mopedbilsliten diesel kanske den kan fungera som en rejäl extraknuff när det behovet går före bränsleekonomi. En rejäl höjning av lågvarvsvridet borde det gå att få, förutsatt att insprutningspumpen kan leverera bränsle. Det finns visserligen pyttesmå turboaggregat nuförtiden men jag förmodar att de är ganska dyra och ändå så pass stora att de allra minsta dieselmotorerna inte klarar att driva dem ens om man tokrusar motorn.
Brännkammare mellan turbininloppet och kompressorutloppet borde även fungera fint ihop med en bensinmotor. Som sagt säkert med dålig bränsleekonomi men till ett fordon med underdimensionerad motor kanske ett sparsamt användande av denna konstgjorda andning totalt sett kan bli en vinst.
-
Snålbilskonceptet Edison 2 är ett exempel på turboladdning av småmotorer. Sist jag kollade hade förbränningsversionen av Edison 2 en encylindrig MC-motor på 300-500 cc som med insprutning och turbo gav ca 40-50hk. Orsaken till motorvalet var förmodligen kompakt format och låg vikt men också att det är en motortyp som säkert tillverkas i stora volymer till en mängd asiatiska motorcyklar.
De flesta mindre bilar klarar att hålla en hyfsad marschfart på mindre än 20hk så även om en liten turboladdad högvarvig MC-motor förmodligen slits hårt när den pressas maximalt kan jag tänka mig att den både blir mycket bränslesnål och ganska långlivad om man praktiserar ecodriving duktigt.
http://www.edison2.com (http://www.edison2.com)
-
Allt detta ger värme. Om du skall få en snål motor skall du satsa på att motorn inte behöver kylas av eller att den lämnar varma avgaser.
-
Här ett youtubeexempel med turbo på minidiesel som jag har svårt att tro på:
http://m.youtube.com/watch?v=F49NTjbfIOA (http://m.youtube.com/watch?v=F49NTjbfIOA)
"Why not?" skriver killen, och det kanske säger allt... Turbon är förvisso bland de minsta jag sett, men jämfört med motorn är jag ändå tveksam till om turbon kan ge något extra. Den ryker ganska mycket vid pådrag och det talar kanske för att insprutningen modifierats för att ge mer bränsle ihop med turbon. Utan kompensation för laddtrycket borde resultatet bli mycket rök innan turbon kommit igång. Tre minuter in i filmen drar det iväg ganska duktigt men rökkvasten består och inget turbotjut hörs. Jag tror inte det funkar helt enkelt.
-
Det finns ju många knepiga sätt att vrida och vända på de olika termodynamiska cyklerna (Otto, Diesel, Carnot, Rankine osv osv) beroende på vad man vill uppnå och vilka förutsättningar man har.
En av de mer udda lösningarna är Götaverkens s k drivgasmaskineri från 30-talet. En dieselmotor drev en kolvkompressor som användes för att överladda dieselmotorn i fråga till ca 5 bar laddtryck. Man tog inte ut någon nyttig energi från dieselmotorns vevaxel utan istället fick avgaserna driva en gasturbin som i sin tur drev fartygets propeller.
-
@SÄBD: Helt sannt! Spillvärme från vilket energisystem som helst är en styggelse. Att generera ett tillskott av avgaser enbart för att bygga upp laddtryck i en för stor turbo kommer naturligtvis ge usel verkningsgrad, men används tekniken sparsamt, kanske mest som säkerhetsmarginal, kanske den kan ge en ekonomivinst totalt sett. Ofta klarar man sig ganska bra med löjligt klena motorer men ibland uppstår situationer som kan bli direkt farliga när man inte kan gasa sig ur dem. Även bilbältet, airbags och låsningsfria bromsar är teknik man bär med sig på färden i hopp om att alrig behöva den...
Jämfört med dessa är en besparing av motorns vikt och fysiska storlek på över 50% kanske en ganska bra nedskärning?
Att ta upp turboladdning av tvåtaktare i samma tråd blev kanske lite rörigt då det ju är något helt annat...
-
Intressant lösning Torbjörn! Knappst ekonomiskt och utrymmesbesparande men gasturbintekniken på den tiden var väl i det närmaste ouppfunnen? Som SÄBD var inne på spelar egentligen systemuppbyggnaden ingen roll för verkningsgraden, det är hur mycket nyttigt arbete respektive spillvärme man får ut ur hela processen.
Har man t.ex. nytta av extra värme (t.ex. i stationärt elverk för uppvärmning av villan) kan man gott kosta på sig att driva en kylkompressor för att sänka temperaturen ut ur avgasröret, förutsatt att strålningsvärme, kylvatten och värmen från kompressorn tas till vara som nyttigt arbete. Men nu skulle vi ju ut på vägarna och sladda!
-
@ Torbjörn: Du menar att avgaserna fick driva en turbin som drev propellrarna? En gasturbin genererar sin egna gas. På den tiden var turbinteknik ganska långt gången men gasturbinerna i sin operationella vagga.
Turbocompound är en annan princip som användes nyligen av Scania. En andra turbo fick driva vevaxeln direkt. Trodde jag var ensam om att tänka brännkammare på högpresterande sprintmotorer men där har någon tänkt samma tanke. Det jag gillar med överladdning är att man kan ta ut en ganska stor effekt ur en liten motor men problemet är att få ut låg effekt ur samma motor. Bränsleförbrukningen för bensinmotorer bestäms mycket av mängden genomlupen luft per tidsperiod. Därför experimenterade Saab med variabel kompression. Låg kompression vid högt laddtryck och högre vid lågt. Det bästa ur två världar. På semidieslar har man ju dessutom en spolventil som med överladdning spolar förbränningsutrymmet. Sen sker insprutningen som på en vanlig diesel. Har hört en sådan Detroitdiesel igång och när jag var orolig för att Afrikanerna skulle spränga den stora motorn gick den på tomgång. Det blev ett härligt ylande när de drog igång den på varv för att driva en skruvkompressor. (Brunnsborrning i Mozambique).
-
Rubensgården: Precis. Fördelen med drivgassystemet jämfört med direktdrift från en dieselmotor var tydligen att man fick en mycket smidigare manövrering och större användbart varvtalsområde hos propellern. 30-talets marindieslar hade ofta inte mer än 30 % skillnad mellan lägsta användbara tomgångsvarv och maxvarvtal.
Den där Turbocompoundlösningen har jag för mig användes på en del flygmotorer under andra världskriget.
-
Det där med variabel kompression, och även variabelt deplacement/slagvolym är något jag ofta funderar på. Tror det var på tidigt 90-tal jag läste en artikel om Alvarmotorn som hade en extra uppsättning kolvar med egen vevaxel, alltihop i topplocket. Då begrep jag inte vad det skulle vara bra för men naturligtvis handlade det om att kunna höja kompressionen när motorn går med låg belastning, något de flesta bilmotorer gör den mesta av drifttiden. Helt galet egentligen!
Jag antar att Alvarmotorns kompressionsreglerande kolvar inte rörde sig synkront med de "riktiga" kolvarna, utan att deras lilla vevaxel reglerades fram och tillbaka med ett litet elektriskt servo efter motorns belastning. Det faktum att vi inte ser sådan lösning idag tyder på allvar-liga (haha, jag é rolig) brister. Kan tänka mig förbränningsrummens form inte är så optimala m.a.p. knackningsbenägenhet, restgaser, kylning, läckage m.m. Dessutom blir motorn klumpig, dyr och krånglig.
Kan det varit Saab som i stället testade en variant där hela topplocket satt på gångjärn? -Samma resultat men förmodligen mycket enklare teknik. Det senaste jag sett, och som jag vill minnas varit uppe på Alternativ.nu, är en motor med variabel slagvolym/kompression genom med servo vridbara excentriska hylsor mellan vevaxel och vevstakar.
Det där om ottomotorns p.g.a. spjället varierande kompression borde vara en av anledningarna att en dieselmotor är effektivare?
Dieseln borde därmed ha en rakare verkningsgradskurva än ottomotorn, d.v.s. skillnaden blir större ju mindre motorn belastas. -Jag syftar nu på sugdieslar, med turbo kan jag tänka mig att verkningsgradskurvan blir mer lik en ottomotors.
-----
Det där med liten brännkammare mellan kompressor och turbin på en turbo kallas i min bok (av Hugh MC:Inness eller något i den stilen) för Hyperbar. Jag har både googlat och letat på Youtube efter begreppet men inte hittat rätt. Däremot lyckades jag nu återfinna en filmsnutt med en turbodiesel på dragstrippen som jag minns för att den hade något synnerligen misstänkt ljud för sig strax innan den for iväg: https://www.youtube.com/watch?v=bt8w3qlzZhs (https://www.youtube.com/watch?v=bt8w3qlzZhs)
Motorn hålls först på ett ganska konstant men förhöjt tomgångsvarv. Turbon visslar sedan sakta upp i allt högre varvtal jämnt och fint trots att föraren låter motorvarvet pendla lite sådär otåligt som en 19-åring vid trafikljuset. Motorn får rikligt med bränsle och det ryker förstås, men är det inte förvånansvärt lite rök under "uppladdningsfasen" innan start och kommer inte kraften ovanligt explosivt när julgranen säger "kör"? Jag ger mig sjutton på att den bilen har en brännkammare till en jätteturbo.
Hmm, säger inte speakern något med "it's got a .....burner, thatś gonna be interesting" vid 0:20? Vad säger han egentligen?
Med tanke på youtubes alla garagemicklare som byggt jetmotorer av gamla turboaggregat råder knappast några tvivel om att det
fungerar att sätta en brännkammare mellan kompressor och turbin. Med en kolvmotor tillkopplad får turbon dessutom både starthjälp, kontrollerat oljetryck och eventuell vattenkylning. En kritisk detalj i sammanhanget borde vara huruvida kompressorns flöde räcker både för brännkammaren och till motorn sedan denna kommit igång ordentligt, men där handlar det nog mest om HUR mycket turbon behöver överdimmensioneras för motorn, och förstås om man tycker det är värt bränslet som slösas bort på att driva brännkammaren.
Mina tekniska funderingar utgår ofta från mina personliga projektidéer och det jag har liggande i garaget eller som kan hittas lätt för ganska små pengar. I detta fall utgår jag från den tvåcylindriga 600cc kubotadiesel på ca 12hk som ofta figurerar i mina olika idéer. Det finns otroligt små turbos idag men att hitta dem begagnade är förmodligen svårt och nypriset är knappast frestande då de kanske inte tillverkas i personbilsbranschens jättevolymer. Dessutom är jag tveksam till om ens den allra minsta turbon får bra snurr av en så liten motor. 12hk borde kunna bli 20 med en modifierad eller utbytt insprutningspump men det är fortfarande väldigt lite för en turbo, samtidigt som det utan tvekan räcker för att hålla en lätt bil i respektabel marschfart. Jag har kört extremt motorsvaga fordon så pass mycket att se värdet i möjligheten att under sällsynta och kortare stunder få rejält med extra kraft även om det sliter på motorn, slukar bränsle och skjuter ut en pinsam rökkvast bakom bilen. Vill man samtidigt köra ecoXtrm kan man inte dra runt till vardags med en onödigt stor motor.
En turbo med brännkammare borde bli relativt kompakt och lätt samtidigt som det inte kostar onödig energi medan det inte används.
En annan lösning jag säkert yrat om tidigare är att backa upp den lilla dieseln med en hårdtrimmad luftkyld tvåtaktsmotor. En tvåcylindrig snöskotermotor på 80-100hk lyfter man med en hand och den tar inte mycket plats, men den är tyngre och större än turbolösningen och kräver dessutom någon slags transmission samt eget bränle.