The Pneumatic Hybrid Vehicle - A New Concept for Fuel Consumption Reduction

Författare

Sasa Trajkovic

Summary, in Swedish

Popular Abstract in Swedish

Dagens samhälle är väldigt beroende av fordon av olika slag. Aldrig förr har människor rest till olika delar av världen, så mycket som idag. Den enorma mängden resors och transporter som sker varje dag är en tung belastning för vår natur. Bilar och lastbilar, som ökar i antal varje dag, släpper ut giftiga avgaser på vägarna och flygplan förbrukar enorma mängder fossilt bränsle. På senare år har medvetenheten om effekten av föroreningar på miljö och klimat ökat markant. Denna medvetenhet har lett till att man nu letar efter alternativ till dagens transportsätt med mindre miljöpåverkan. Lagkraven för mängden giftiga avgaser som får släppas ut från olika fordon blir allt strängare och det finns numera en diskussion om att även lagstifta krav på lägre koldioxid (CO2) utsläpp. Koldioxid är en växthusgas som bidrar till klimatförändringar. Krav på lägre avgasutsläpp tillsammans med ökade bränslepriser leder till att efterfrågan på fordon med lägre bränsleförbrukning ökar och på så sätt tvingas fordonstillverkarna all undersöka effektivare alternativ till dagens fordon.

Idag finns det många olika lösningar för att uppnå lägre bränsleförbrukning. Den kanske idag mest kända är hybridisering av fordon och då framförallt den elektriska hybriden. Till skillnad från ett vanligt fordon är elhybriden utrustad med både en förbränningsmotor och en elmotor. Idén är att man på detta sätt kan låta motorn jobba i de lastområden där den är som mest effektiv och elmotorn antigen bidrar med extra kraft till hjulen eller lagrar överskottet av energi i ett batteri. Med elhybriden har man även möjlighet att ta tillvara på den energi som försvinner i form av värme till bromsarna under en inbromsning och lagra det i ett batteri för användning vid ett senare tillfälle. Idag arbetar nästan alla biltillverkare på att få fram en egen elhybrid, och några har redan en produkt på marknaden. Elhybrider erbjuder imponerande sänkningar i bränsleförbrukning med upp till 60%. Dvs om en normal bil förbrukar 1 liter bensin/mil, så är motsvarande siffra 0.4 liter/mil för en elhybrid.

Tyvärr finns det även nackdelar med dagens elhybrid fordon, där de viktigaste är att de kräver ett ytterligare framdrivningssystem i kombination med den konventionella förbränningsmotorn och dessutom så kräver den stora, tunga och dyra batterier med en begränsad livslängd. Allt detta göra att tillverkningskostnaden ökar markant vilket lederna till att priset som kunden i slutändan får betala är väldigt högt och kan jämföras med priset för mer exklusiva bilar av konventionell typ.

Ett sätt att hålla den extra kostnaden vid hybridisering av fordon så låg som möjligt är introduktionen av den pneumatiska hybriden. Den kräver inget ytterligare framdrivningssystem och den fungerar på ett liknande sätt som elhybriden. Under inbromsning av fordonet, används motorn som en kompressor som omvandlar fordonets rörelseenergi till energi i form av tryckluft som sedan förvaras i en trycktank. När bilen ska drivas efter att ha varit stillastående, används motorn som en luft-motor som drivs av tryckluften som finns lagrad i trycktanken och på så sätt accelerera fordonet. Systemet stödjer så kallad stop/start funktionalitet, vilket innebär att motorn kan stängas av när fordonet står helt still och därmed kan man eliminera de förluster som förknippas med tomgång. En ytterligare funktion som förknippas med den pneumatiska hybriden är elimineringen av s.k. ”turbo-lag” som uppstår i samband med turbo-laddade motorer. Detta görs genom att man tillför tryckluft från tanken till motorn under förbränningen vilket leder till att högre last kan åstadkommas.

Ett viktigt mått som används när man utvärderar den pneumatiska hybrid motorns prestanda är den regenerativa verkningsgraden som berättar hur stor del av den lagrade energin i trycktanken som kan användas för att uträtta positivt arbete. Experiment utförda av författaren har visat att man kan åstadkomma en regenerative verkningsgrad på över 48% vilket betyder att nästan hälften av den energin som lagras i trycktanken under en inbromsning kan återföras till de drivande hjulen vid ett senare tillfälle. Författaren har även utvecklat fordonsmodeller baserade på experimentell data. Med hjälp av dessa modeller har man kunnat utvärdera ett pneumatiskt hybrid fordon och jämföra med motsvarande konventionellt fordon över olika standardiserade körcykler. Resultaten visar att en minskning i bränsleförbrukning på upp till 58% kunde åstadkommas för en viss körcykel och i genomsnitt ligger minskningen i bränsleförbrukning på ca 30% för de testade cyklerna, vilket tydligt demonstrerar den pneumatiska hybridens potential som ett värdigt alternativ till dagens elhybrid.

Avdelning/ar