Hydraulisk hybriddrift?

[JohnA]

Denna tråd är en avknoppning från granntråden om pelletsbilen.
Det påstods i den tråden att en nackdel med stirlingmotorn är att den inte hänger med så snabbt i belastningsväxlingar. Elhybriddrift fyller säkerligen ut "glappet" men sådana system blir ofta tunga och dyra. Även miljömässigt ingår otäcka kemikalier och en mängd olika ämnen (om man bryter ner elektroniken i sina beståndsdelar).
Dessutom har jag läst/hört någonstans att de klassiska bly-ackumulatorerna är dåliga på att snabbt ta emot laddning, någonting som är ett måste vid regenerativ bromsning. Alkaliska ackar är bättre på detta men dyrare. Miljömässigt kan jag inte uttala mig.

Jag har under många år funderat på hydrauliska transmissioner och var nyligen nära att dra igång ett snålbilsprojekt (10hk, 300kg bil) med en dieselhydraulisk hybrid där hydraulikens smidighet skulle ge steglös växling i stadstrafik och sedan tas över av direktdrift på landsvägen. Direktdriften skulle då kunna ske med hög verkningsgrad helt utan en växellådas friktionsförluster som kan vara ganska stora med traditionell kugghjulsteknik.

Hydraultransmissionen har förvisso sämre (80-90%) verkningsgrad men med en hydraulisk ackumulator borde denna förlust med god marginal kunna tjänas in genom regenerativ bromsning. Dieselmotorn skulle då kunna vara snålt dimmensionerad för bästa driftekonomi på landsväg, och ändå ge en snabb och smidig stadsbil.

Hydraulsystemen består mest av stål, aluminium, lite gummi och några liter hydraulvätska. Även om hydraulvätskan knappast är någon hälsojuice för naturen borde den vara bättre än syra och alkalier i elektriska ackumulatorer.

Varför hör man aldrig talas om hydraulhybrider i samband med miljöarbete och landsvägsfordon?
Tankar någon?

[Filip Skräplund]

Hej JohnA!

Kan du förklara vad du menar med en hydraulisk ackumulator?
Vätskor är ju inkompressibla, så hur lagrar man energi då?


Kollade lite, det är tydligen en gasmängd, oftast kvävgas, som komprimeras med t ex en hydraulkolv.
En följdfråga är då, hur stor och tung skulle en sån hydraulisk ackumulator behöva vara för en stirlingmotordriven bil?

[ollebolle]

Ja, blyacckar är förtvivlat dåliga på att ta åt sig korta energipulser. Ett blybatteri tar laddning i takt med att full laddning ska ta 10 timmar. En inbromsningsgenerering på 5 sekunder kan man ju räkna ut att det ger nästan inget. (5/36000-del av full laddning per inbromsning är inget att ha, 7000 inbromsningar för full laddning).

Med supercap eller en liten snabb r-accackare emellan kan man ändra på det. Mellangrunkan tar energin från inbromsningen och lägger till sin energi under lite längre period.

Då får den hålla betydligt högre spänning än batteribanken förstås men det går att åstadkomma.

[JohnA]

Exakt Zeke, brukar vara kvävgas som skiljs från hydraulvätskan med ett tjockt gummimembran. Genom denna förladdning får man en större arbetsvolym med användbart tryck men det tar slut mer tvärt. Jag kan inte räkna på hydraulik men jag är tämligen säker på att en hydraulack blir ruskigt stor om den ska rymma samma energimängd som en elektrisk blyack. Fördelen är enkelheten och att verkningsgraden är hög vid snabba förlopp som bromsning t.ex.

Eftersom trycket stiger under bromsningen får man en progressiv inbromsning vilket inte är så kul. Bästa sättet att hantera problemet är förmodligen minst två hydraulackumulatorer med automatisk överkoppling varefter de blir fulladdade och en steglöst ställbar pump. Nu börjar det förstås krävas styrelektronik och systemet blir ganska dyrt... Någonstans måste man förmodligen kompromissa.

[Tapio]

Jag kan inte räkna på hydraulik

Halaj!

Du har friska idéer, vilket är roligt.
Jag har inga synpunkter, men kanske kan bidra med lite dimensioneringshjälp.

Tryckenergi = P*V, Där
P =Tryck
V = Volym

Rörelseenergi = m*w²/2, där
M = massa
W= hastighet

Vilket tryck får en given volym om en given massa bromsas från en given hastighet?
Jo, vi får att:
P = mw²/2/V

Jag drar ett ex. med en tank på 200 liter, en bil som väger 1000 kg och bromsas från 50 km/h.
Vi får:
P=1000*(50/3,6)²/2/0,2 = 482 kPa

//T

[JohnA]

De flesta moderna hydraulsystem arbetar med maxtryck om 200-400bar (=samma i kpa tror jag) vill jag minnas.

Tapio, utan att orka räkna igenom ditt exempel antar jag att du utgått från en helt tom och trycklös tank. I praktiken brukar hydraulackumulatorer ha ett separerande gummimenbran med oljan på ena sidan och kvävgas under högt tryck på den andra. På så vis kan man få en ackumulator som arbetar mer linjärt under en större volymvariation. Dessutom får man användbart arbetstryck från ackumulatorn ner till "sista droppen" varefter kraften tvärt tar slut. (jag menar då att man accelererar ett fordon enbart från ack.)

Även vid bromsningen är det fiffigt med kvävgasens förladdningstryck eftersom oljeflödet in i tanken annars skulle behöva vara extremt stort för att få REGENERATIV bromsverkan då ackumulatorn innehåller relativt lite olja och därför har lågt tryck.

Troligen skulle bromsningen bli mer flexibel och mer effektivt ta vara på rörelseenergin om man har flera små ackumulatorer än en stor. Genom automatisk omkoppling mellan ackarna vartefter de blir fulladdade kan systemet arbeta effektivare. Tyvärr får man troligen ett fordon vars bromskraft lever sitt eget liv med resultat att man antingen blir påkörd bakifrån eller att man själv kör in i bilen framför när bromskraften hoppar fram och tillbaka...

Man kan säkerligen hävda att det går att återvinna ca 80% av rörelseenergin vid bromsning mot hydraulackumulator och sedan få till baka 80% av denna energi till ny acceleration. En total verkningsgrad på över 60% är ju inte att förakta men i praktiken tror jag man får nöja sig med mindre eftersom trafiksituationerna ofta kommer att kräva friktionsbromsning (hydraulisk eller vanlig mekanisk) som komplement. Om man i slutänden hamnar på  så lite som 30% återvinning av rörelseenergin är det fortfarande
mycket intressant!

Den hydrostatiska transmissionen (hydraulisk pump+motor) har lägre verkningsgrad än vanlig växellåda med kugghjul men den arbetar steglöst vilket bättre utnyttjar en förbränningsmotor. Om man sedan kan få tillbaka 1/3 av rörelseenergin har man troligen mer än väl täckt upp för förlusterna i stadstrafik där det rullar sakta och bromsas väldigt mycket.

På landsväg med långa körsträckor i hög hastighet skulle den hydrostatiska transmissionen snabbt förlora mot kugghjulsväxellådan. Med torra kuggremmar istället för oljeplaskande kugghjul får man ännu högre verkningsgrad men kuggremmar passar troligen bäst för lättare fordon.

Med en hydrostatisk regenerativ transmission för hastigheter upp till ca 60km/h och en kuggremsbaserad direktväxel för högre hastighet tror jag man kan få ett väldigt effektivt system totalt sett. Det är en sådan transmission jag skissat på till min Heinkel MC-bil. Jag har dock inte fnulat in den regenerativa bromsningen i systemet.  

Heinkeln är en tvåsitsig trehjuling med täckt kaross, tjänstevikt på 270kg och en toppfart på ca 80km/h med en 200cc tiohästars bensindriven fyrtaktsmotor. Bensinförbrukningen håller sig på ca 0,35.  -Ett tämligen perfekt fordon för snålbilsexperiment och i de flesta fall fullt tillräcklig i storlek för säkert 80% av mina transporter. Gäller dock att hålla de fiffiga uppfinningarna nere i storlek och vikt. Regenerativ bromsning får bli överkurs helt enkelt.

[JohnA]

Hmmm, konceptet med regenerativ hydrostatisk "stadstransmission" och mekanisk överväxel skulle vara intressant att jämföre med elektrisk stadstransmission/mek. överväxel. -Att man ersätter hydraulkomponenterna med generator/elmotor och endast har ett litet "snabbt" batteri eller tidigare nämnda Supercap-kondingar för bromsningen.

Hur vanligt är det egentligen att el-hybrider har en klent dimmensionerad elektrisk motor och direktkopplad mekanisk överväxel? Jag tycker konceptet känns förbaskat intressant, oavsett om "stadstransmissionen" är hydraulisk eller elektrisk!

[Filip Skräplund]

För ett antal år sen experimenterade man med återvinning av "bromsenergi" på stadsbussar i bl a Stockholm.
Jag minns inte vilken metod man använde, kan ha varit nåt hydrauliskt eller möjligen lagring i svänghjul.
Verkar inte ha blivit nån stor succé, troligen blev det ganska skrymmande och tungt.

[JohnA]

Vill minnas att jag läste om svänghjulslagring i bussar för 20-talet år sedan. Exakt hur det fungerade (och OM det gjorde det) fick jag aldrig veta men jag utgår från att överföringen mellan drivhjul och svänghjulet skedde med hydraulik eller elektricitet eftersom direkt mekaniska system är svåra att anpassa till den formen av energilagring. Jag lästa också om experiment med en slags moped som gick några kilometer med enbart svänghjulskraft.

Svänghjul, tvinnade gummiband eller tryckackumulatorer, alla är de knepiga att jobba med i fordon eftersom de har en slags omvänd karakteristik och stor tröghet. Jag förmodar att de bästa ackumulerande systemen än idag är de elektriska och kemiska men om man ska hålla sig till de billigare väletablerade teknikerna försvinner möjligheten till regenerativ bromsning. (hi-techbatterier och reversibla bränsleceller)

I en annan forumtråd har en liten "billig" indisk elbil diskuterats. På bilens webbsajt skryts det om den fina styrelektroniken som återladdar batterierna vid bromsning men jag ställer mig skeptisk till denna återvinning eftersom batterierna tydligen är av vanlig bly-syratyp som mig veterligen INTE tar till sig laddning särskilt snabbt.

Jag undrar om inte den mest miljövettiga lösningen att minska bränsleförbrukningen i våra bilar skulle vara att montera ett
extra hjul på en arm med reversibel hydraulpump/motor och koppla detta till en hydraulackumulator på 50-100 liter. Vi förlorar då bagageutrymme på 100-200 liter men får tillbaka en hel del gratis energi. Det funkar kanske inte så bra i vinterväglag men om man kan återvinna 1/3 av rörelseenergin under 2/3 av året är det ändå inte fy skam för en investering med ett materialpris på ca 30-40.000:-  vid prototypvolymer.

Om dessa tillsatser byggdes i större antal eller rent av kunde kopplas in direkt i bilarnas växellådor skulle kostnaden sjunka rejält. Detta skulle dock åter igen kräva utskrotning av gamla fungerande bilar och förbrukade miljö- och energiresurser för att bygga de nya... Nej jag tror mycket på att bygga om det befintliga istället för att producera nytt hela tiden!
-Inte bygga nya "miljövänliga" hybridbilar utan istället fundera ut hur vi kan konvertera våra befintliga bilar.

Undrar om någon räknat på vad vägsaltet har för TOTAL miljöpåverkan? Våra bilar rostar snabbt bort p.g.a. vägsalt och de nya bilarna som tillverkas "kostar" vad jag hört mer energi att framställa än vad de sedan förbrukar under sin livslängd.

Nej jag tror det där lilla "stödhjulet" som sitter fast på stötfångaren på våra gamla "smutsbilar" skulle vara det bästa vi kan göra för miljön! Detta koncept har diskuterats i en annan forumtråd men då handlade det om eldrift. Oavsett teknik skulle det enkelt kunna anpassas till de flesta bilar och dessutom ge en avsevärd besparing i plånboken. När bilen sedan tjänat ut flyttar man över aggregatet till nästa bil!

[nad]

Hej inbromsare

En av finesserna med ekodriving är att man planerar sin körning.
Detta innebär att inbromsningar minimeras det blir därför försumbara vinster på bromsning om man inte kör som en biltjuv alternativt har fruktansvärt branta backar.
Vänl NAD

[jenses]

Detta innebär att inbromsningar minimeras det blir därför försumbara vinster på bromsning om man inte kör som en biltjuv alternativt har fruktansvärt branta backar.

Visst-
Men det rekommenderas att minst en gång per ridtur trampa ordentlig på (broms-)pedalen för att få bort rost och andra belägg för fallet att...

[sɹǝpuɐ]

En möjlighet att ta upp energi vid inbromsning borde kunna vara med en stor kondensator. Den kan ta emot laddning snabbt och lagra den en kortare stund. Och sedan lämna ifrån sig laddningen lika kvickt igen.

Fungerar lite som ett batteri, men inte lika god långtidslagring och laddningstäthet, men i gengäld mycket snabbare att ladda upp/ur. Fast jag vet inte hur stor en kondensator som skulle kunna lagra energin från en inbromsning måste vara? Eller hur mycket den skulle kosta?

A.

[jenses]

apropå kondensator:
Blybatteriet får ny chans

[Gengaskokaren]

De flesta moderna hydraulsystem arbetar med maxtryck om 200-400bar (=samma i kpa tror jag) vill jag minnas.

Oh nej! 1 bar är 100 000 Pa, 1 kPa är bara 1000 Pa. Alltså 1 bar är 100 kPa.
Däremot stämmer 200-400 bar hyfsat.

[fishyerik]

Om jag förstått tråden rätt är idén att göra ett tillägg på fordon som vid inbromsningar som är optimala för att spara energin i detta tillägg kanske kan spara dubbelt (eller kanske något mer) så mycket energi som det krävs för att accelerera själva tillägget?

Kan man förkasta "Ecodriving" bara för att man bör göra en kraftig inbromsning ibland för att konventionella bromsar inte ska rosta sönder? Man ska alltså gasa fram till den punkt man måste tvärbromsa för att man kan få tillbaka kanske upp till en tredjedel av den energin man förbrukade från början, varav en betydande del kommer gå till att accelerera tillägget som sparade rörerelseenergin?

Finns det någon som kan förklara för en korkad kille som mig vad man ska vinna på det?

Vill man ha ut extra mycket effekt ur en liten bensinmotor under kort tid kan man tillexempel använda turbo, den väger inte särskilt mycket och är kompatibel med Ecodriving vilket ger en många gånger högre faktisk verkningsgrad.

[sɹǝpuɐ]

Det händer ibland att bilister behöver bromsa in. Eller rent av stanna för att släppa fram en fotgängare på ett övergångsställe. En buss, eller ett tåg, kanske skall plocka upp eller släppa av passagerare. En brevbärare skall stanna vid din brevlåda ute på landet.

Idag kyler man normal bort rörelse-energin till ingen nytta. (Utom möjligen för att rensa bort lite rost från broms-beläggningarna). Ett alternativ hade kunnat vara att lagra rörelseenergin en liten stund för att sedan utnyttja den igen när man startar. Om man lyckas med det så kan man dessutom kanske klara sig med en lite mindre motor i fordonet.

Utöver lägre bränsleförbrukning kan kanske den mindre motorn dessutom sänka totalvikten, och därmed materialåtgång. Med ytterligare positiva effekter som följd. Men helt riktigt är att man riskerar att hänga på "ännu en pryl" som bara fördyrar och ökar totalvikten.

Till en bensinmotor kanske inte lagring av rörelseenergi som elektricitet är så intressant, men för ett fordon med el/hybrid-drift vore det nog mera användbart.

Men även med en effektiv lagring av rörelseenergi vid inbromsning så lär kunskaper i eco-driving fortfarande vara till väldigt stor nytta om man vill köra energi-snålt.

A.

[fishyerik]

Tack för förklaringen (Anders), men trög som jag är förstår jag inte riktigt det smarta med konstruktionen iaf.

Jag förstår att man behöver bromsa ibland, om man planerar sin körning men bor lite taskigt till kanske man blir tvungen att bromsa bort en hel procent av rörelseenergin, resten av "värmeinbromsningen" går att planera bort med lite framförhållning och övning, bara genom att hålla avstånd och låta bli att gasa sig fram till platser där man måste eller risken är stor att  man måste stanna. De sista 5-15 km/h som man ganska ofta kan bli tvungen att bromsa innebär inte särskilt mycket rörelseenergi, för om jag minns rätt ökar rörelseenergin i kvadrat med hastigheten.

Jag är ingen fulländad "ecodriver" men du får tro att blickarna är roliga man får när man utan att gasa särskilt hårt passerar korsningar snabbare än de med tung högerfot och 3-4 litersmotorer bara för att jag sluppit stanna på grund av att jag planerat körningen, lyckas man med det några korsningar i rad kan man få ett och annat långfinger, när de äntligen med rykande däck och bensinförbrukning som räknas i antal liter per kilometer lyckas samla ihop resterna av sitt självförtroende 

Utan att vara utbildad, särskilt duktig eller engagerad kan jag få ner statskörningsförbrukningen till ungefär vad som är angivet nominellt för blandad körning, fast det är klart, då gör jag inte många inbromsningar som man med en stor tung dyr manick eventuellt skulle kunna få tillbaka runt 30% av rörelseenergin från.

Att ett litet batteri inte kan laddas upp hur snabbt som helst känner även jag till, men vid elhybriddrift har man normalt ett stort ackumulatorpacket, som kan ta åt sig betydligt mer energi per tidsenhet, alltså finns det redan fungerande regenerativ inbromsning som fungerar bra, som man "får på köpet" vid elhybriddrift.

Ok, om man nu blir en halvdan ecodriver, och en hel procent av den bildade rörelseenergin måste bromsas in, och den där bensinmotorn har en verkningsgrad på 20% och den faktiska verkningsgraden på hydraulikprylen ligger på 30% Så får man tillbaka 0,3% av den totala mängden rörelseenergi eller 0,06% av den totala mängden förbukad energi i form av rörelseenergi, om inte jag har räknat fel, rätta mig gärna i så fall. Så korkad som jag är ser inte jag att det hela kan "gå med vinst." Om målsättningen som jag förstod det första inlägget är att kunna köra snålt på landsväg och accelerera hyggligt i statstrafik borde överladdning eller till och med att starta en extra motor vara mycket effektivare, om den där hydraulprylen inte är i princip viktlös då förstås, och inte gör något som helst motstånd i vanligt bruk.

Andra sätt att minska kostnad och miljöpåverkan är att använda andra bränslen, eller på ultralätta fordon varför inte kombinera med pedaldrift, det behöver inte väga mer än ett par kilo, det funkar och är nyttigt.

Jag ser fortfarande inte det skulle kunna vara värt att jaga efter 0,3% av den totala mängden rörelseenergi, för ingen kan väl påstå att det lönar sig att att gasa i onödan fram till att det är dags att tvärbromsa när minst 70% av rörelseenergin man genererar och 96% av den totala mängden energi man förbrukar blir förluster, bara för att man kan få tillbaka en pytteliten del av energin? Nu var jag dessutom av bekvämlighetsskäl generös nog att inte räkna med det onödigt ökade luftmotståndet och liknande "rödljusraggarkörning" ger.

Nej jag tror inte på regenerativ bromsverkan annat än eventuellt i extrema fall, bortsett från när man får den "på köpet" så som i el- och elhybridbilar, vilka borde kunna användas med mycket större fördel än hydraulhybrider, där hydraulhybrider eventuellt skulle kunna löna sig. Det måste finnas tillräckligt bra batterier som går att återvinna/återanvända på ett miljöriktigt sätt.

I stället för att hetsa upp sig över de 0,06% av den totala mängden förbrukad energi kan man väl försöka ta hand om de minst 50% som försvinner i förbränningsmotorn, kanske med ångturbin, sterlingmotor eller en kombination. Med en verkningsgrad på runt 50% av 50% av totalmängden energi så ökar verkningsgraden med 25%, det är mer än 0,06%. I kombination med att göra fordonet till en elhybrid så kan man få extremt låg förbrukning i kombination med bra prestanda, bibehållen användbarhet, och de där fantastiska 0,3% rörelseenergin får man som sagt tillbaka på köpet.

[ollebolle]

Appropå bromsar som måste gymnastiseras för att inte rosta ihop.

Det är ett enkelt problem som kan lösas genom att ändra bromsarnas konstruktion. Kanske återgå till trumbromsar.

Det blir ju inte bättre gympa för bromsarna på en Prius eller annan elhybrid då generatorn bromsar bilen vid normalbromsningarna. Panikbromsningarna är väl en vart år högst och det blir dåligt med rostborttagandet.

Ecodriving har kommit för att stanna och gör den extra kostnaden och vikten för hybridaggregatet överflödig.

Vår gamla Mazda 626 går nästan lika snålt i stan som på landsväg. 0,67 l/mil på bensin och c:a 15 % mer på 50/50 bensin/E85. Utan ekokörning drog den 0,87 blandat (föraren innan mig, man, c:a 70 år).

Ekokörning kan även spridas bakåt i kön om man ligger främst. Vad har de för val vid rusningstrafik?

När de dessutom ser att det blir grönt precis som man kommer fram till trafikljuset och utan att ha minskat farten rullar vidare till nästa ljus i jämn lunk så kan möjligen en ljusglimt tändas. Eller så är det trevligt att fylla tanken ofta så man passar på att gasa extra mycket stötvis med kvicka inbromsningar. Det är ett sätt att få nytta av den stora motorn och de extra utlagda slantarna för den större rovan.