Hög tröskel för motorinnovation: Är bilindustrin redo för Alvars alternativ
av Claus Laurén Forum 1996-10, sida 48-49, 24.10.1996
Hög tröskel för motorinnovatio skjutningsmekanism
Alvar-motorn, principskis (huvudkolv -Nedre vevaxe en fasta kompressionens dilemma har varit aktuellt för konstruktörer av ottomotorer under ett hundratal år, dvs. i stort sett så länge det funnits ottomotorer. ven dieselmotorn är behäftad med svagheter som skulle kunna elimineras genom ett fungerande system för att skapa variabel kompression i cylindern. Kompressionen blir således ett centralt problem för alla typer av kolvförsedda förbränningsmotorer.
Under decenniernas lopp har flera hundra förslag till konstruktioner framlagts i syfte att lösa det här problemet. Av dessa har en enda passerat alla nålsögon av tester, och konstaterats fungera — nämligen den svenskuppfunna Alvar-motorn. Konstruktören Alvar Gustavsson i Skärblacka har under hela sitt liv arbetat med det här problemet. Han är i dag 75 år gammal, och misströstar om att någonsin få uppleva det kommersiella genombrottet för det nya motorkonceptet.
Den stora ‘proppen i hålet är bilindustrins konservatism. En annan propp är det fenomen som kan sammanfattas med orden: ingen är profet i sitt eget land. Och ett tredje hinder har varit det faktum att Alvar Gustavsson saknar hög akademisk examen i motorteknologi. Hans faktiska kunnande har ingen ifrågasatt — men glittrande titlar har ju även i andra sammanhang fungerat som ett slags sesam-öÖppna-dig…
Problembeskrivning
Då det gäller ottomotorer kan man notera att kompressionsfrågan ger upphov till ett helt spektrum av problem, som utmynnar i skadliga avgaser och onödigt hög bränsleförbrukning. Det gäller bl.a. kalistarten, där stora mängder oförbränt (eller ofullständigt förbränt) motorbränsle spys ut genom avgasföret. Tomgångskörning ger likartade ef fekter, liksom även körning på låga varv.
En ottomotor är, kort sagt, byggd för att köras på full effekt. Kompressionsförhållandet är avstämt till ett optimum, och uppfylls inte detta, uppstår de ovannämnda effekterna i högre eller lägre grad.
Ett annat problemområde som sammanhänger med kompressionen är frågan om bränsletyp. En motor med fast kompression är avpassad för ett enda specifikt bränsle, och om en annan typ kommer till användning sänks motoreffekten och förbränningen blir lidande.
En motor med variabel kompression löser dessa problem och ger en effektökning med minst 20-30 procent. Dessa siffror består varken av optimistiska illusioner eller suspekta datasimuleringar, utan bygger på handfasta experiment med existerande prototyper. I motsvarande grad minskar naturligtvis även bränsleåtgången.
Miljöfrågan Det har visat sig — och detta var även för väntat — att den fullständiga förbränningen FORUM NR 10/9 i en Alvar-motor bl.a. reducerar utsläppen av NO, och CH, i mycket hög grad. De sistnämnda föreningarna är ju i sig starkt brännbara och ju mer fullständigt förbränningen sker desto mindre blir andelen emitterade kolväten.
Bortsett från carcinogenitet och direkt giftighet utgör vissa kolväten synnerligen potenta s.k. drivhusgaser. Metan t.ex. bedöms ha 20 gånger högre drivhuseffekt än CO, Kolvätefrågan är således en miljöfråga av högsta dignitet.
Koldioxid (CO) är en drivhusgas som uppstår vid alla typer av konventionell förbränning där grundämnet kol är involverat. Denna förening är därför ett av de verkligt tunga hoten mot jordens klimat — och därmed själva livet på planeten. Att reducera utsläppen av koldioxid innebär att vi måste reducera själva kolförbränningen. Kan denna minskas med 30 procent, som i en Alvar-motor, är mycket vunnet, eftersom just fordonstrafiken är en av de verkliga busarna då, det gäller utsläpp av CO,.
Mängden oförbränt eller ofullständigt förbränt bränsle minskar också drastiskt, såsom redan ovan konstaterats. Detta innebär ju dels en ekologisk vinst, och dels bättre bränsleekonomi.
Då det gäller problemet med bränsletyp kan man notera att Alvar-motorn är höggradigt framtidsorienterad. Den kan i stort sett köras på vad som helst som är brännbart, och ändå fungera optimalt. Bensin eller diesel går bra, naturgas och biogas likaså, etanol och olika etanolblandningar (med bensin) går utmärkt liksom ren metanol.
”Framför allt i stationära applikationer kan man även tänka sig att mata motorn med flis eller träpulver”. hävdar konstruktören. ”Eller varför inte torkade och pulveriserade koblajor som man brukar elda i Indien
Lösning:en extra cylinder Tidigare försök att lösa kompressionsproblemet har — liksom i fallet Alvar — byggt på olika sätt att förändra själva cplinderns volym. De mer eller mindre statiska system som utformats för att uppnå detta mål har samtliga haft ett par avgö rande nackdelar.
En av de mer framträdande är läckaget. I en högtrycksmaskin som en förbränningsmotor blir alltid risken för läckage mycket stor. Effekten sjunker och emissionernas ökar — alltså just det som man ville undvika från början.
Vad som utmärker Alvar Gustavssons konstruktion är att tilläggssystemet är dynamiskt, Det består helt enkelt av en extra, liten cylinder (sekundär) som monterats asymmetriskt i förhållande till huvudcylindern (primär). Dessa cylindrar kommunicerar inbördes. I den sekundära cylindern rör sig en extra kolv, precis som i primärcylindern, men i en annan rörelsefas. Av avgörande betydelse för Alvar-cykelns FORUM NR 10/9 funktion är dels att sekundärkolven är i stän dig rörelse och dels att den tangerar sin inre vändpunkr minst en gång per arbetscykel.
Kolvarna arbetar således i otakt relativt till varandra, och kan fasstyras, så att kompressionsförhållandet alltid blir optimalt, dels beräknat mot bränslet och dels mot driftförhållandena. Cylindrarna samverkar genom att deras vevaxlar är kopplade till varandra.
En ytterligare finess är, att även sekundärcylindern ger kraft till motorn. Den utgör alltså en arbetande enhet, inte en passiv. Motorns energitäthet ökar därigenom, och man får en till volymen mindre enhet än en konventionell motor med samma uteffekt.
Att sekundärcylindern rör sig och arbetar gör att den blir mindre läickagebenägen än ett statiskt system. En rörlig del av denna typ är helt enkelt självsmörjande och självtätande.
Olika motortyper
En liten repetition av dieselns funktion: en konventionell diesel saknar tändstift och komprimerar i stället luft, som därvid upphettas till bränslets antändningstemperatur. Medan ottomotorn till varje pris bör hindras från självtändning, baserar sig dieselcykeln på just självtländning. I en ottomotor bör alltså kompressionen vara så låg att självtändning inte inträffar. I dieseln råder motsatt förhållande.
Alvar-systemets tillämpning i dieselsammanhang förklaras på följande sätt av uppfinnaren själv ”Ett grundläggande problem är att en diesel inte arbetar med jämn last. Motorn i en lastbil körs t.ex. på full effekt uppför en backe och kan sedan stå och tuffa på tomgång vid ett rödljus. Den måste även kunna starta vid vilken temperatur som helst.Om man nu har ett fast kompressionsförhållande, måste detta ligga så högt att man kan få en tillförlitlig självtändning även vid kallstart eller vid mycket låg belastning och ‘fer bränsle-luft-blandning, dvs. ett minimum av luft”, förklarar Alvar Gustavsson.
Eftersom det finns en gräns för hur högt tryck en motor klarar av utan att läcka, be gränsar detta höga kompressionsförhållande mängden luft som kan injekteras i cylindern, vilket i sin tur begränsar mängden bränsle som kan förbrännas i varje arbetscykel. Detta är förklaringen till dieselmotorns relativt låga energitäthet.
”Om man nu utrustar en diesel med ett Alvar-system — alltså en sekundärcylinder — kan man höja kompressionsförhållandet vid kallstart och låglast, och därigenom uppnå stabila tändningsförhållanden”, säger Gustavsson. ”Vid höglast sänks kompressionstalet så att mer bränsle kan injekteras för mer kraft. Även i detta fall fungerar tändningen på en stabil nivå.
Resultatet blir en motor som kombinerar dieselmotorns höga effekt med otto-motorns höga energitäthet. Och då det gäller s.k överladdade ottomotorer visar Alvar-konceptet verkligen lejonklon i form av mycket hög energitäthet.
Motigheter med mera
Det handlar alltså inte om några akademiska skrivbordsprodukter, utan om en mycket handfast verklighet, Redan som 15-åring byggde Gustavsson om ett gengasaggregat, som blev en verklig höjdare. Men kriget tog slut och den billiga bensinen slog ut gengasen.
Tre prototyper senare står en fyrcylindrig Lancia i Skärblacka och går för fullt. Alvars egen konservativa bedömning är att bränslebesparingen är 20-30 procent, men andra som studerat systemet hävdar att den är betydligt större.
Varför rullar inte dessa motorer på våra vägar? Jag får hänvisa till inledningens ord om misstänksamhet och avundsjuka, samt allmän konservatism. På Volvo har man testat motorn och konstaterat att den fungerar som avsett. Ändå satsar man inte på tillverkning. På Mercedes-Benz hävdade man, att ”den kunskap som inte finns inom detta företag existerar helt enkelt intet”
Men det finns även ljuspunkter. Amerikanska NIST (National Institute of Standard and Technology) har studerat konceptet i tre år. och ger konstruktionen fullt godkännande, Och Ricardo Consulting i England, som betraktas som världens främsta motorexpert, bekräftar också att motorn fungerar som avsett.
Svenska NUTEK (Närings- och Teknikutvecklingsverket. motsvarande Teknologiska utvecklingscentralen TEKES i Finland) har tills dags dato satsat 1,7 miljoner kronor på Al var Gustavssons konstruktion. Och ameri kanska DOE (Department of Energy) har utlovat en grundplåt på motsvarande 750 000 kronor för att få bilindustrin att satsa på den nya tekniken.
Trots motigheter, brist på gensvar och ekonomisk hjälp, samt allmän stupiditet, finns det således vissa ljuspunkter på Alvar Gustavssons himmel. Med risk för att bli betraktad som lustigkurre kunde man säga att den nya motorn absolut måste tas på ALVAR. &