Liten motor med etanol och turbo?

[JohnA]

En spinnoff på tråden om halverad bilmotor:
Eftersom etanol tål högre kompressionstryck än bensin utan att spikning uppstår borde turboladdning vara ett bra sätt att få ut mycket effekt ur en förhållandevis liten motor utan att behöva offra lågvarvsegenskaperna och verkningsgraden eller behöva införa variabla ventiltider.

Överladdning av bensinmotorer är väl sällan ett knep för att höja verkningsgraden, det hör mer ihop med dieslar, men kan det fungera mer "diesellikt" om man kör på E85?

[torbjorn]

Eftersom motorn ändå går som ottomotor vare sig den körs på etanol eller bensin, så får man inga nämnvärda dieselegenskaper för att man byter bränsle. Principen att allt bränsle som ska förbrännas redan finns i förbränningsrummet när det antänds är ju densamma (till skillnad från en diesel där bränslet sprutas in gradvis allteftersom det förbränns och kolven är på väg nedåt).

En intressant detalj är ju att det går att köra en motor på mycket magrare bränsleblandning på etanol än på bensin. Dels tycks man kunna magra ut blandningen mer utan att få misständningar och liknande problem, och dels går det åt mer energi för att förånga etanol vilket innebär att även en mycket mager etanol/luftblandning kyler förbränningsrummet så pass bra att risken för ventilskador mm vid hög belastning minskar. Man har också kunnat konstatera att en kombination av kraftig EGR (vilket ju försenar och fördröjer förbränningen en del så att det hela får något mer dieselkaraktär), mager bränsleblandning och högt kompressionsförhållande kan ge mycket bra verkningsgrad hos en motor som körs på E85.
Med turbo får man EGR-verkan så att säga gratis eftersom det höga mottrycket på avgassidan gör att det blir kvar mer avgaser i cylindern inför nästa insugningstakt än på en sugmotor.

[Chaan]

Jag har kört min SAAB 9000 2.3 turbo på 0.8 liter E85 per mil, det är vad den drar utan modifikation i jämn hastighet i drygt 80, man kan förvänta sig att NOx går upp vid den magra förbränningen, NOx är visserligen försurande, men andra bekymmer blir det ju mindre av än med bensin (bensen, dioxiner, sot, livscykel-CO2)

Hur är det med det här förresten, torbjörn, är det sant?
"Kväveoxider (NOx) bildas när förbränningstemperaturen överstiger 1370oC."
http://sunmaskin.se/utbildningar/sun-avgasskola

[Chaan]

Angående lågvarvsegenskaperna: ja precis, etanolens spiktålighet gör att du kan ha ett mer normalt kompressionförhållande även med turbo. Och visst, lågvarvsegenskaperna blir ju bättre med etanol. Sedan tycker jag kompressor är ännu bättre. Kanske inte för verkningsgraden, men för körglädjen. Turbo-kick är ju bara irriterande, det är vid låga varv det är viktigast att bilen går bra.

[torbjorn]

Hur är det med det här förresten, torbjörn, är det sant?
"Kväveoxider (NOx) bildas när förbränningstemperaturen överstiger 1370oC."
http://sunmaskin.se/utbildningar/sun-avgasskola

Det är en kraftig förenkling även om det inte är helt och hållet fel. Om motorn får onödigt fet bränsleblandning, dvs att det finns mer bränsle än vad syret i luften räcker till för att oxidera, så går allt syre åt till att oxidera bränslet och inget blir över till att oxidera kvävet oavsett temperatur. Ju magrare bränsleblandning desto mer kväveoxider bildas vid förbränningen (det är därför dieslar har så höga kväveoxidutsläpp). Det är för övrigt inte bara förbränningstemperaturen utan även trycket som spelar roll. Om förbränningen sker vid mycket högt tryck så kan kväveoxidutsläppen bli stora även om temperaturen inte är så hög (och vice versa).
En vanlig katalysator i bra skick klarar att reducera kväveoxiderna så länge det inte finns luftöverskott i avgaserna, så snart blandningen blir magrare än lambda = 1 ökar alltså kväveoxidutsläppen även efter katalysatorn.
Om man kan få förbränningen att gå långsammare, t ex genom EGR eller att på något annat sätt spä ut bränsleluftblandningen med ämnen som inte deltar i förbränningen, så bidrar det till att hålla ner tryck- och temperaturtopparna och därmed minska kväveoxidutsläppen.

[Nuffield]

Det är en kraftig förenkling även om det inte är helt och hållet fel. Om motorn får onödigt fet bränsleblandning, dvs att det finns mer bränsle än vad syret i luften räcker till för att oxidera, så går allt syre åt till att oxidera bränslet och inget blir över till att oxidera kvävet oavsett temperatur. Ju magrare bränsleblandning desto mer kväveoxider bildas vid förbränningen (det är därför dieslar har så höga kväveoxidutsläpp). Det är för övrigt inte bara förbränningstemperaturen utan även trycket som spelar roll. Om förbränningen sker vid mycket högt tryck så kan kväveoxidutsläppen bli stora även om temperaturen inte är så hög (och vice versa).
En vanlig katalysator i bra skick klarar att reducera kväveoxiderna så länge det inte finns luftöverskott i avgaserna, så snart blandningen blir magrare än lambda = 1 ökar alltså kväveoxidutsläppen även efter katalysatorn.
Om man kan få förbränningen att gå långsammare, t ex genom EGR eller att på något annat sätt spä ut bränsleluftblandningen med ämnen som inte deltar i förbränningen, så bidrar det till att hålla ner tryck- och temperaturtopparna och därmed minska kväveoxidutsläppen.

Ber om ursäkt för trådkapnigen men nu när vi ändå är inne på EGR har jag en liten följdfråga: Jag kör själv turbodiesel och jag vet att många på ett eller annat sätt sätter EGR-ventilen ur funktion. Exakt vad får detta för effekt? Jag har hört vissa påstå att det sänker bränsleförbrukningen på bekostnad av mer kväveoxider medan andra säger att det ökar effekten genom att motorn ersätter de återcirkulerande avgaserna med mer luft. Har sett avskräckande bilder på hur det kan se ut i insugsröret när blandningen av avgaser och olja från vevhusventilationen förenar sig  Dieslar går så vitt jag vet redan med ett bränsleunderskott så den första förklaringen känns mer logisk.

[torbjorn]

Nu vet jag inte vad som är brukligt på moderna dieslar, men på bensinmotorer brukar EGR-ventilen alltid vara inkopplad så att avgaser återcirkuleras vid delgas, men ventilen stänger helt och hållet vid tomgång och fullgas, ofta dessutom vid kall motor.
Eftersom EGR-systemet ändå inte är aktivt vid fullgas, så kan det aldrig påverka motoreffekten.
Enklare EGR-system har bara till/från-reglering av ventilen, då bestäms mängden återcirkulerade avgaser av en fast strypning, medan lite mer avancerade system har en slags analog reglering, ofta med hjälp av en s k vakuumförstärkare.

Vanligtvis får motorn lägre bränsleförbrukning med fungerande EGR-system, men det har funnits vissa undantag, framför allt bland 70-talsbilar med tidiga och grovhuggna försök till avgasrening.

Vissa motorer som har relativt hög kompression och en tändförställningskurva som är optimerad för låg bränsleförbrukning kan börja spika trots rätt inställd tändning om EGR inte fungerar. Många Opel från 80-talet uppför sig på det sättet.

Om motorn har ett lite mer avancerat tändsystem med knackreglering så kan man råka ut för att det ställer tändningen sent för att eliminera spikningarna när man försöker köra utan EGR, och då kan följden bli mycket hög bränsleförbrukning trots att man inte hittar något tydligt fel på motorn. Volvos K-motorer och B230E från 80-talet är typiska exempel på sådant beteende. Jag har sett en Volvo 740 med B230E där bränsleförbrukningen vid landsvägskörning sjönk ca 25 % bara genom rensning av EGR-rörets anslutning till gasspjällhuset!

[fishyerik]

Ett av de där bil-trimnings-företagen hävdade väl att de lyckats konvertera en dieselmotor till E85-drift, med alla fördelar i kombination. De planerade väl att ta fram ett konverterings-kit, huruvida det är tekniskt rimligt eller ens möjligt är inte jag kunnig nog att avgöra, men det luktade lite scam generellt.

Det här var, om jag minns rätt, precis innan massmedia hamrade in att en fattig familj svalt ihjäl varje gång man tankade E85. Det var kanske inte ordagrannt så de uttryckte det, men de framställde det som att vi inte skulle ha någon befolkningstillväxt på jorden vid det här laget av på grund av etanolproduktionen.

[Chaan]

Det är en kraftig förenkling även om det inte är helt och hållet fel. Om motorn får onödigt fet bränsleblandning, dvs att det finns mer bränsle än vad syret i luften räcker till för att oxidera, så går allt syre åt till att oxidera bränslet och inget blir över till att oxidera kvävet oavsett temperatur. Ju magrare bränsleblandning desto mer kväveoxider bildas vid förbränningen (det är därför dieslar har så höga kväveoxidutsläpp). Det är för övrigt inte bara förbränningstemperaturen utan även trycket som spelar roll. Om förbränningen sker vid mycket högt tryck så kan kväveoxidutsläppen bli stora även om temperaturen inte är så hög (och vice versa).
En vanlig katalysator i bra skick klarar att reducera kväveoxiderna så länge det inte finns luftöverskott i avgaserna, så snart blandningen blir magrare än lambda = 1 ökar alltså kväveoxidutsläppen även efter katalysatorn.
Om man kan få förbränningen att gå långsammare, t ex genom EGR eller att på något annat sätt spä ut bränsleluftblandningen med ämnen som inte deltar i förbränningen, så bidrar det till att hålla ner tryck- och temperaturtopparna och därmed minska kväveoxidutsläppen.

Väldigt intressant, men då måste den formuleringen vara fel, som jag klistrade in.

[torbjorn]

Väldigt intressant, men då måste den formuleringen vara fel, som jag klistrade in.

Allting är relativt. Förvisso fel, men kanske så rätt det kan bli vid en så kraftig förenkling. Den där avgasskolan är ju tillrättalagd för att kunna förstås någorlunda även av ... hmm ... något mindre studievana personer som inte gärna tar till sig annat än oneliners.

[Markus_Almroth]

katjinggg...

;-)

[JohnA]

En annan infallsvinkel på min ursprungliga fråga: Kan överladdning, eventuellt lite extra hårt ihop med E85, vara ett bra sätt att höja verkningsgraden i en gammaldags relativt lågkomprimerande bensinmotor utan att behöva skruva isär den och plana topplocket?

Kompressionen har ju betydelse för verkningsgraden men HUR stor är den?

Med utgångspunkten att en hårt arbetande motor har högre verkningsgrad än en dubbelt så stor på halvgas vore det klart intressant att använda turbo för att simulera fram en större cylindervolym istället för att höja effekten genom att höja varvtalet (och därmed friktionerna). I mitt funderande utgår jag från en luftkyld tvåcylindrig 600-kubikare på 23 hk och låg kompression (Fiat 126) där behovet ligger gissningsvis 50-70% högre. Frågan är vad som blir snålast, en 50-70% större sugmotor eller att täcka upp glappet med en turbo?

Följdfrågan är huruvida det går att finna en turbo som är tillräckligt fysiskt liten för att passa in i sammanhanget men då funderingen är mestadels hypotetisk spelar det mindre roll.

[Markus_Almroth]

Det finns väldigt små turbo. Dels från småmaskiner som snöskotrar och liknande och dels från små dieselmotorer på ca litern cylindervolym. Diesel genererar ju mindre avgaser, så en dieselturbo som suttit på en enlitersmotor borde gå att använda på en kanske 700cc bensin.

Den minsta överkomliga turbon jag känner till satt i fiat Panda turbo, som i sig måste vara en synnerligen märklig bil.

/M

[JohnA]

Väcker tråden igen för en mer generell fråga:

Kan turbo användas för att höja verkningsgraden i en given bensin- eller etanolmotor vid oförändrat effektuttag, eller är det enbart den relativa verkningsgraden som kan höjas? (d.v.s. att motorn utan att öka friktionsförlusterna kan uppföra sig som en volymmässigt större motor)

-----------

Då det pratats en hel del om EGR-reglering i denna tråd undrar jag om införsel av EGR-system på en äldre motor kan vara ett bra sätt att öka verkningsgraden vid låga varvtal och hög belastning? Om jag fattat rätt kan en dieselmotor ge hög verkningsgrad vid hög belastning på låga varvtal genom att den arbetar med konstant tillförsel av bränsle under en stor del av kolvslaget. Bensin- och etanolmotorn däremot borde tappa verkningsgrad vid låga varv genom att förbränningen sker som en enda puls. Är varvtalet väldigt lågt borde förbränningstrycket hinna klinga av innan det omsatts till vevrörelse. En sänkning av förbränningshastigheten genom EGR-reglering kanske kan förbättra situationen, men i så fall hur mycket och vid vilka varvtal?

[torbjorn]

Det finns folk som hävdar att man kan vinna mycket i verkningsgrad på kraftig EGR, i synnerhet vid körning på E85 som verkar tåla mer EGR än bensin utan risk för misständningar. Se etanolforumet och kolla i synnerhet efter inlägg skrivna av "karlmb".