Små motorer - højere ydelser

[HP]

Moderne benzinmotorer kan med lave cylindertal og slagvolumen yde betydeligt mere end for få år siden - og med relativt lave forbrugstal.
Hvordan opnår man ydelser fra 1 liter slagvolumen (3 cyl.) på 125 HK og f.eks. fra 2 liter volumen (4 cyl.) på 250 HK?
Turboladere er naturligvis nødvendige men hvad med grænserne for forbrændingstemperatur, tilladelige effektivt middeltryk og acceptable stempelhastigheder?
Er løsningerne bedre materialer til kritiske komponenter - bedre kontrol med forbrændingstemperaturerne - bedre smøremidler - bedre kontrol med kølevandstemperaturer - bedre styr på brændstofdosering og tændingsforhold?
Der er sandelig sket noget fra min gamle Fiat 600 med omkring 30 HK og til moderne V6'ere på 400HK eller mere.
Hvem kan forklare udviklingen, som ser ud til at være sket over nogle få år?
Jeg er spændt
HP

[Bent Andersen]

Jeg går ud fra, at du spørger om Ottomotorer, for med Diesel er der ikke sket den samme udvikling.

Det er vel ikke noget problem at lave mekanikken i en 2 l moderne motor lige så robust som i en "klassisk" 3 l uden turbo.

Men den store udvikling ligger i indsprøjtningssystemerne. De nye motorer er alle med turbo og direkte indsprøjtning.
De nye motorer suger kun luft i indsugningstakten (a la Diesel) og brændstoffet sprøjtes først ind umiddelbart før tændingsøjeblikket. Indsprøjtningen sker tit i flere stød rettet mod tændrørselektroderne. Dermed kan man arbejde med meget magre luft/benzinblandinger, helt op til 60:1 skønt den antændte blanding omkring tændrøret er nogenlunde støchiometrisk.

Det sparer på papiret en masse brændstof. I praksis er det mere tvivlsomt, men det vigtige er at bilfabrikkerne kan demonstrere at de lever op til EUs emissionskrav.

Men alt har en bagside.
I klassiske Ottomotorer med karburator eller indirekte indsprøjtning suges fordampet benzin blandet med luft i nogenlunde støchiometrisk forhold ind, komprimeres og antændes. Da benzinen er fordampet dannes der praktisk taget ingen partikler i udstødningsgassen.
I de nye med direkte indsprøjtning er der ingen tid til fordampning, og benzinen er i aerosolform når den antændes.
Det giver desværre masser af ultrafine partikler op til 30 gange så mange som fra en Dieselmotor med partikelfilter.

Fra 2017 træder Euro 6 i kraft, dom er den første norm der sætter grænser for partikler fra Ottomotorer. Så kommer der nok også filtre på benzinbilerne.

Kort og godt: det er lykkedes bilfabrikkerne at konstruere en type motor som er endnu mere kompliceret end en turbodiesel, med et tvivlsomt resultat til følge.

MvH,

Bent.

[Mikker]

Bent skrev: De nye motorer er alle med turbo og direkte indsprøjtning. Det er næsten rigtigt. Mazda er så gået den anden vej og bruger i deres Mazda 3 en 2,0 suge motor med høj kompression, der i FDM test absolut så lovende ud, med lavt forbrug.
Det kunne da være rigtigt interessant hvis man lavede en realistisk brugbar test, f.eks med Ford´s 1,0 3 cyl, Turbo mod VW 1,4 Turbo Benzin hvor 2 cylindre kan kobles ud  og så op mod Mazda's nye 2,0 suge motor.

Hvorfor tester man ikke disse op mod hinanden? Jeg tror at det bliver et meget lige resultat, der viser at de officielle målinger er lige til at åbne op og s.... i.

[Bent Andersen]

Det er rigtig nok med Mazda motoren, men den kommer ikke i nærheden af TSI eller TFSI typerne.
Mazda 2.0 motoren yder 145 hk, mens Audis 2.0 yder 225 hk. Mazdas 70...75 hk per liter slagvolumen er "middle-of-the-road" for sugemotorer.

MvH,

Bent.

[Mikker]

Ja Bent det er rigtigt nok, men Mazda påstår så at deres kører 19,6 km/l mod Audi's 16,9.

Det var jo meningen at dem med turbo skulle kører længere på literen.

Den bedste sammenligning er måske Audi's 1,4 Tfsi 140 hk. mod Mazda 150 hk.

Ifølge Audi kører deres 20,8 km/l. Altså en km mere på en liter.

Fords 3 cyl 1,0 kører også 19,6 km/l.

Hvis disse tal passer er det jo ikke nogen fordel at skære en cylinder væk og montere en turbo, hvis Mazda's 2,0 suge kører lige så langt på literen.

Men en turbo motor er jo noget sjovere end en suge.

[HP]

Først - naturligvis kun Otto motorer!
Men hvad har man gjort for at kunne tillade det uundgåelige høje effektive middeltryk? Det giver høj varmebelastning af forbrændingsrummet og de komponenter der skal tage påvirkningerne.
Og hvordan med stempelhastigheden - kan man holde sig under de hastigheder, som giver nedsat smøring - vanskeligere stempelkøling - og bevare stempelringenes evne til at klare deres vanskelige opgaver?
Tændingsbankning kan måske helt undgås ved indsprøjtning direkte på tændrøret på tændingstidspunktet? Men den påståede dannelse af partikler ved forbrændingen - hvad består partiklerne af? Den flygtige benzin brænder meget hurtigt - og indeholder ikke stoffer, som kan danne partikler under forbrændingsprocessen.

Forudsætningerne er vel fortsat, at motorfabrikanterne kan fastholde de tidligere opnåede lange motorlevetider?

Venlig hilsen

[Morten Jødal]

Men den påståede dannelse af partikler ved forbrændingen - hvad består partiklerne af? Den flygtige benzin brænder meget hurtigt - og indeholder ikke stoffer, som kan danne partikler under forbrændingsprocessen.

De tekniske overvejelser i indlægget skal jeg ikke gøre mig klog på, men citatet ovenfor berører forbrændingskemi, og der kan jeg bidrage en smule.
Benzin er jo en blanding af mange ting, men kan antages at have middelsammensætningen C₆H₁₂, og denne sammensætning kan - som alle carbonhydrider - sagtens danne partikler ved ufuldstændig forbrænding!

Se for eksempel på reaktionen

C₆H₁₂ + 3O₂ -> 6C + 6H₂O

Sagen er den, at selv om forbrændingen er "meget hurtig", så reagerer H dog med O til H₂O en størrelsesorden hurtigere end C reagerer til CO₂.
C er amoft kul, også kendt som sod, kønrøg eller aktivt kul - afhængigt af specifikke forhold. Og der foregår faktisk en industriel produktion af stoffet ved ufuldstændig forbrænding efter ca. ovenstående skema - ganske vist selvfølgelig baseret på carbonhydrider med større kædelængde.

Der er (af mange gode grunde) ingen motorfabrikant, der indstiller doseringen til at være så understøkiometrisk, at ovenstående reaktion er dominerende. På den anden side er en af fordelene ved elektronisk styret indsprøjtning, at man kan gøre blandingsforholdet mindre overstøkiometrisk end i ældre motorer. Den ekstra ilt kræver jo også ca. 4 gange så meget ekstra kvælstof, og opvarmningen af denne overskudsluft, der fiser lige ud gennem udstødningsrøret bagefter, kræver energi og mindsker dermed virkningsgraden. Altså optimeres der så tæt på støkiometrisk forhold som muligt. Mulighederne begrænses til gengæld af, at opholdstiden i brændkammeret er særdeles kort.

Nu er vi så nået til, at en "meget hurtig" forbrænding skal holdes op mod en "særdeles kort" opholdstid, og dermed er det nok tid at overlade en evt. videre debat om dette detailspørgsmål til folk, der har viden nok til at sætte tal på! Det har jeg ikke, men min pointe er, at man ikke kan afskrive, at en benzinforbrændende ottomotor også soder ved forkert indstilling eller uhensigtsmæssig konstruktion.

[Bent Andersen]

Med hensyn til partikelproblematikken, her er et link til en rapport fra TÜV:
http://www.transportenvironment.org/sites/te/files/publications/TUV-Technical_report.pdf

Dit spørgsmål om stempelhastigheden forstår jeg ikke, de nye motorer har jo nogenlunde samme omdrejningstal som de gamle = ingen forskel.

MvH,

Bent.

[B Mønnike]

Til Bent
Når man forsyner en lille motor med kompressor får man flere heste ved et lavere omdrejningstal.....selv om motorerne tilsyneladende kører i de samme omdrejningsområder, så er de givet forskelligt gearet.
Hvis man tænker på Mortens udsagn om at der kun er kort tid til at den kemiske reaktion kan finde sted, så vil et lavere omdrejningstal jo give mere tid til denne.

Jeg har en vw 1,2 l motor med kompressor der på alle parametre med 20% færre omdrejninger er bedre end min Berlingo 1,6 var.