Skal forbedre bensinmotoren kraftig: Bruker teknologi og deler fra elbiler

[awil]

> 13% er lite og det har tatt 15år-ish å komme dit.

Men veldig mye av veksten har skjedd i de siste 5 årene. Det er også viktig å huske at det som betyr noe er antall kilometer kjørt på batterielektrisk drift. Etterhvert vil nok de fleste fossilbiler være eid av folk som ikke kjører så mye til daglig, siden prisstrukturen til elbiler gjør at det lønner seg mest for de som kjører mest.

Vi kan jo håpe at noen av de nye batteriteknologiene som er i ferd med å gå i produksjon nå er en suksess, det kan gi kraftig reduksjon i mengden ressurer som trengs for å produsere en gitt mengde kWh. Ved slutten av tiåret tror jeg kanskje selvkjørende biler kan hjelpe litt og.

Men ellers er jeg helt enig at bensinmotorer med høy virkningsgrad som kun brukes til å produsere strøm til elektriske biler vil hjelpe godt i overgangsfasen. Jeg mener det er idiotisk at det ikke ble satset mer på serie-hybrid (istedenfor parallel-hybrid) tidligere. Jeg er egentlig redd for at dette kommer for sent. Det er for risikabelt å satse på nå siden elbiler truer med å gjøre teknologien irrelevant før de har fått avkastning på R&D, så tipper det blir få bilprodusenter som satser på det.

Å redusere drivstofforbruket vil jo også bidra med å kvele markedet for bensinbiler, ved å redusere inntektsgrunnlaget til bensinstasjonene, ihvertfall de som bare selger bensin.

 

[pergh]

Slik jeg ser det hadde en bil med batteri med ca 30-40 mil rekkevidde og et lite aggregat på 20kW vært en veldig bra kombinasjon for å redusere antall kilometer kjørt basert på fossilt drivstoff. Dersom en skal på fjellet, en ladestasjon er full eller ikke fungerer, man ikke har tid til å lade, eller rett og blir overrasket av svært dårlig føre eller lang omkjøring, så kan man fyre opp denne rekkeviddeforlengeren og likevel komme frem uten uventede forsinkelser.

Så lenge bilen kan lades både hjemme og på hurtigladere, så vil CO2-utslipp tilhøre de ca 2-5% av kjørte kilometre der ren batterikjøring blir upraktisk. Det baserer seg på teknologi som er kjent og infrastruktur som allerede er utbygd og kunnskap folk allerede har - vi trenger ikke vente 10-20 år på faststoffbatteri som sannsynligvis kommer, men som definitivt ikke er her ennå.

Etter at slik teknologi er gjort tilgjengelig i det meste av bilparken, kan man kjøre en tøffere linje på økonomiske tiltak når det gjelder CO2-utslipp, som for eksempel markant tyngre avgift på fossilt drivstoff, for å få etternølerne og kranglefantene til å bidra.

Jeg har hatt batteribil som eneste bil i 3 år nå, og kommer nok til å fortsette med det, men jeg ser potensialet i å ha med et strømuttak koblet til et 60kWh batteri med et 20kW aggregat til hytta eller i skogen, spesielt dersom jeg skal gjøre en jobb der.

 

Mvh

Per Gunnar Hansø

[sedsberg]

[Simen1]

@sedsberg og @trikola

Jeg synes det er en urimelig karakteristikk ettersom PHEV er et godt konsept for å få ned utslippene i en del bruks-scenarier (høy andel korte turer, lav andel med lange turer med dårlige lademuligheter)*. Nissan e-power er jo slik PHEV burde vært hos alle produsentene. Lang elektrisk rekkevidde, bensinbasert rekkeviddeforlenger i stedet for diesel, høy virkningsgrad når man først får bruk for fossilen en sjelden gang.

* Eksempler: Ambulanser, taxier, ferger som skal flyttes av og til eller gå i beredskap for andre strekninger enn den vanlige, folk som har hytte uten lademulighet.

[Ketill Jacobsen]

EremittPåTur skrev (2 timer siden):

13% er lite og det har tatt 15år-ish å komme dit. Samtidig ser en stadig større krav til rekkevidde, lade hastighet etc. etc. 

Batteribransjen sliter allerede med å levere og selv om det kommer flere fabrikker så øker også behovet samtidig verden over. Ressursene derimot øker ikke. I sum så blir det ikke så mye mer til Norge og du skal slite med å levere de resterende 85% +ish. + batterier til alle andre ikke private brukere, samt elbåt revolusjonen som står for tur. Men ja, selvsakt vil vi se en stor vekst fremmover men tror vi skal slite med å passere 40% bare med batterier som energilagrere.

I tillegg vil snart komponent mangelen slå inn for  fullt noe som vil ramme elbiler i særdeleshet. Man bør snart satse på mindre fancy løsninger med mindre unødvendig elektronikk ræl i bilene. Ikke minst med tanke på miljø, for den som bryr seg om slikt.

En slik fossil løsning som skissert i artikkelen vil gi flere løsninger og mindre utslipp langt raskere. 

Som sakt før, elektrisk fremdrift er gull, men å lagre energien i batterier er kun en mellombels løsning til mer kompakte energibærere er på plass. 

 

 

 

Det blir for dumt å ta utgangspunkt i 13% når når vi med sikkerhet når 70% i 2030. Nå bygges det masse batterifabrikker rundt om kring i EU og til og med flere i Norge, i USA og kapasiteten økes i land som Sør-Korea og Kina. Det vil ikke bli noen mangel på batterier eller noe annet. Sjeldne jordarter er det generelt nok av og om det skulle knipe vil man klare seg utmerket uten dem og også kobolt.

[uname -i]

(not the real) Dr. Bombay skrev (4 timer siden):

I og med at dette fremstilles som noe unikt og verdig en toppsak i TU, så kan det være greit å nevne at Mercedes oppnådde over 50% effektivitet på forbrenningsmotoren i F1 allerede i 2018. Dette er altså motorene som driver de raskeste bilene menneskeheten noen gang har klart å kjøre rundt en bane.

Noen millioner per motor og 102 oktan hjelper nok bra på.

Litt usikker på denne her. I følge artikkelen så går virkningsgraden opp fra 46 til 50% ved å kjøre på konstant turtall. Ulempen er da dyre komponenter(generator, elmotorer,batteri) som også har et tap. Mon tro om en bedre trade-off ville vært en mekanisk drivlinje med evt trinnløs girkasse.

Så er spørsmålet om denne kunne gjort seg som rekkeviddeforlenger for en elbil med moderat batteripakke. Der spørs det om den blir for stor, tung og dyr. Mazda satser her på rotasjonsmotor som er relativt enkel, billig og som får plass i en skoeske. Det at den har dårligere virkningsgrad vil ikke bety så veldig mye om den kun brukes på siste del av lengre turer.

[ChrisQ]

Viggo Stenbekk skrev (16 timer siden):

I EU er dette dødfødt. 
EUs nye klimaplan for et fossilfritt samfunn ble vedtatt og lovfestet 6. okt. i fjor. 
Fossilbilens forurensning og energibehov gjør den til en taper lenge før drivstoffet kommer til bensinstasjonen.

Vedtak er ikke nødvendigvis ensbetydende med at planer fysisk sett lar seg realisere. Også unknowns av ulike slag har det med å dukke opp som følge av utviklingers gang og kan nødvendiggjøre mer eller mindre kraftige plantilpasninger, både i omfang, innhold og tid. F.eks. lykkes en kanskje så godt med forbrenningsmotorer at neste generasjon eller den deretter gir slike sin renessanse?

 

En er aldri tjent med å sette hele innsatsen på en bet, denne gangen at EU-kommisjonen skal regulere verdens gang. Verden går videre, den, og, unlike Clapton, er ikke EU God.

Endret 9. mars 2021 av ChrisQ

[trikola]

1 hour ago, Simen1 said:

.. @trikola

Jeg synes det er en urimelig karakteristikk...

Det var derfor jeg rettet innlegget mitt fra 'død hest' til 'døende hest' ganske rask. 😉

Sålenge helt utslippsfrie kjøretøy betegnes som 'miljøverstinger' (med alle sine variasjoner) pga utslipp under produksjonen og etter bruk så er en nyutvikling av en teknologi som både i tid og utbredelse blir lav også et negativt forbruk av ressurser

 

Endret 9. mars 2021 av trikola
lagt til avsnitt

[hoj]

Kommentar til Fluor1:

På labben 50% virkningsgrad!

Det er vel med varm motor og gunstig lufttemperatur.

I nordisk klima med kaldstart, vil vel virkningsgraden bli vesentlig lavere og fare for utslipp av nitrøse gasser. De fleste kjører vel også mye småturer med mange start - stopp.

En del av energien må mellom-lagres i batteri. Det vil også gå ut over virkningsgraden.

[Ketill Jacobsen]

pergh skrev (2 timer siden):

Slik jeg ser det hadde en bil med batteri med ca 30-40 mil rekkevidde og et lite aggregat på 20kW vært en veldig bra kombinasjon for å redusere antall kilometer kjørt basert på fossilt drivstoff. Dersom en skal på fjellet, en ladestasjon er full eller ikke fungerer, man ikke har tid til å lade, eller rett og blir overrasket av svært dårlig føre eller lang omkjøring, så kan man fyre opp denne rekkeviddeforlengeren og likevel komme frem uten uventede forsinkelser.

Så lenge bilen kan lades både hjemme og på hurtigladere, så vil CO2-utslipp tilhøre de ca 2-5% av kjørte kilometre der ren batterikjøring blir upraktisk. Det baserer seg på teknologi som er kjent og infrastruktur som allerede er utbygd og kunnskap folk allerede har - vi trenger ikke vente 10-20 år på faststoffbatteri som sannsynligvis kommer, men som definitivt ikke er her ennå.

Etter at slik teknologi er gjort tilgjengelig i det meste av bilparken, kan man kjøre en tøffere linje på økonomiske tiltak når det gjelder CO2-utslipp, som for eksempel markant tyngre avgift på fossilt drivstoff, for å få etternølerne og kranglefantene til å bidra.

Jeg har hatt batteribil som eneste bil i 3 år nå, og kommer nok til å fortsette med det, men jeg ser potensialet i å ha med et strømuttak koblet til et 60kWh batteri med et 20kW aggregat til hytta eller i skogen, spesielt dersom jeg skal gjøre en jobb der.

 

Mvh

Per Gunnar Hansø

Helt enig her! 20 kW motor kombinert med et batteri på 50 kWh (ca 300 km rekkevidde) vil være en utmerket kombinasjon. Problemet med rekkeviddemotoren er først å fremst kostnad og deretter volum og vekt. En burde kunne komme ned på en vekt på ca 60 kg (BMW i3 Rex 110 kg) og et volum på ca 64 liter (0,4 x 0,4 x 0,4 m). Motorens høye effektivitet fører også med seg lav vekt og volum (lang slaglengde bidrar til det motsatte) og lave eksosutslipp (mindre eksosanlegg) og mindre behov for smøring (mindre radiator). En bil med halvparten så stort batteri vil også være godt nok for de fleste. Avgiftsmessig bør en slik hybridbil behandles som en BEV da CO2-utslipp i praksis vil være minimale.

[keramikklampe]

Er det noe som kan simplefisere hvorfor forbrenningsmotorer ikke klarer å bli mer effektive? 

I mitt hode var det alltid:

1.forbrenning produserer mye varme som ikke kan brukes.

2.forbrenning utenfor optimale forhold gir ufullstendig forbrenning som resulterer til at drivstoff ikke blir brukt og ender opp i eksos.

3.mye design er implementert for å kompensere punkt.2 som gir ytterlig friksjon tap.

Er det "fremdeles" slik?

Hvor er det den store ineffektiviteten befinner seg? 

[Ketill Jacobsen]

keramikklampe skrev (27 minutter siden):

Er det noe som kan simplefisere hvorfor forbrenningsmotorer ikke klarer å bli mer effektive? 

I mitt hode var det alltid:

1.forbrenning produserer mye varme som ikke kan brukes.

2.forbrenning utenfor optimale forhold gir ufullstendig forbrenning som resulterer til at drivstoff ikke blir brukt og ender opp i eksos.

3.mye design er implementert for å kompensere punkt.2 som gir ytterlig friksjon tap.

Er det "fremdeles" slik?

Hvor er det den store ineffektiviteten befinner seg? 

Om hver sylinder var to meter lang og omhyggelig isolert, så kunne eksosen ekspandert fullt ut og endt opp med både lavt trykk og lav temperatur (og altså ingen varmetap til avkjøling og ingen varmetap med hensyn til eksos). Men en to meters motor vil bli veldig stor og tung. For å få motorer kompakte med mye effekt per volum og vekt, komprimerer en lufta mest mulig, tillater eksos å gå ut med mye trykk og temperatur. I tillegg bruker en turbo for å gjøre mye av komprimeringsjobben og bruker gratis eksos til dette (eksosen ekspanderer i turboen).

Selve forbrenningen bør pågå med høyest mulig trykk og temperatur. Effekt ut er differensen mellom trykk og temperatur under forbrenningen og samme trykk og temperatur på eksosen ut av motoren. Er litt usikker på om forbrenning under lavt trykk og temperatur gir lav virkningsgrad. For å øke virkningsgraden for gassturbiner, øker man stadig lufttrykket inn i brennkammeret (mer komprimering) og øker temperaturen på eksosen mot turbinbladene (en bruker nå keramisk materiale i turbinbladene som tåler ca 2.000 C).

Det handler nok mye om ufullstendig forbrenning også. Her er en kommet langt med F1-motorene som har et lite kammer i sylinderen som fylles med rik bensinblanding og sender en ildkule inn i sylinderen der det er en normal blanding av luft og bensin (eller kanskje lite bensin, mager blanding) og man oppnår dermed en nesten optimal forbrenning (ikke eksplosjon!).

Temaet er interessant så alle bør bidra her med sin viten!

Endret 9. mars 2021 av Ketill Jacobsen

[keramikklampe]

Ketill Jacobsen skrev (16 minutter siden):

Om hver sylinder var to meter lang og omhyggelig isolert, så kunne eksosen ekspandert fullt ut og endt opp med både lavt trykk og lav temperatur (og altså ingen varmetap til avkjøling og ingen varmetap med hensyn til eksos). Men en to meters motor vil bli veldig stor og tung. For å få motorer kompakte med mye effekt per volum og vekt, komprimerer en lufta mest mulig, tillater eksos å gå ut med mye trykk og temperatur. I tillegg bruker en turbo for å gjøre mye av komprimeringsjobben og bruker gratis eksos til dette (eksosen ekspanderer i turboen).

Selve forbrenningen bør pågå med høyest mulig trykk og temperatur. Effekt ut er differensen mellom trykk og temperatur under forbrenningen og samme trykk og temperatur på eksosen ut av motoren. Er litt usikker på om forbrenning under lavt trykk og temperatur gir lav virkningsgrad. For å øke virkningsgraden for gassturbiner, øker man stadig lufttrykket inn i brennkammeret (mer komprimering) og øker temperaturen på eksosen mot turbinbladene (en bruker nå keramisk materiale i turbinbladene som tåler ca 2.000 C).

Det handler nok mye om ufullstendig forbrenning også. Her er en kommet langt med F1-motorene som har et lite kammer i sylinderen som fylles med rik bensinblanding og sender en ildkule inn i sylinderen der det er en normal blanding av luft og bensin (eller kanskje lite bensin, mager blanding) og man oppnår dermed en nesten optimal forbrenning (ikke eksplosjon!).

Temaet er interessant så alle bør bidra her med sin viten!

Takker for innsiktsfullt svar.

Dette forklarer hvorfor det er lav effektivitet i kompakte forbrenning motorer (som på personbiler), men hva med forbrenningsmotorer som blir brukt hvor en ikke nødvendigvis må lage dem kompakte, som på skip, og ikke minst kraftverk?

Burde det ikke der være mulig å oppnå betydelig høyere effektivitet?

[trikola]

100 % effektivitet oppnår du dersom all varme blir omsatt til mekanisk arbeid.

Dette må da være at eksosgassene når de kommer ut av sylinderen har samme temperatur og trykk som brenselet og forbrenningsluften som ble matet inn i sylinderen. Det er lett å forstille seg at dette i praksis er umulig å oppnå - i teorien måtte det (jfr @Ketill Jacobsen innlegg rett ovenfor) være svært lange sylindre med isolasjon i toppen og veggen istedenfor kjøling som tillater at gassen kan utøve trykk på stempelet også når trykket har falt til rett over omgivelsestemperatur/trykk.

Dette er grunnlag til alle varmekraftmaskiner. Dette prinsippet ligger til grunn for Carnot-virkningsgraden som er grensen for virkningsgraden kun basert på start- og slutt-temperatur. Den reelle virkningsgraden ligger alltid langt under Carnot-virkningsgraden for maskiner som skal ha praktisk anvendelse.

Legger til om turbiner: også turbiner - som ikke fungerer med sylindre - må være utformet at de tillater at også den siste biten av overtrykket påvirker skovlene. Som man kanskje har sett får turbiner helt fra brennkammeret og utover stadig større diameter - stor diameter tilsvarer lang sylinder. Ekspansjonsrommet tillater omdannelse av også den siste lille varmeresten til mekanisk energi.

Gassturbiner på sokkelen har da et problem: Skal de ha stor effektivitet må de bli større, og det er det ikke plass til.

Kombinerte gass/damp-anlegg som kan komme opp i 60% og mer utnytter at det er ulike arbeidmedier: gass først, deretter tas restvarmen over av vann som blir til damp og driver en dampturbin. Det er triksing på høyt nivå.

Men historien til varmekraftmaskiner er historien om triksing mot naturlovene.

Endret 9. mars 2021 av trikola
Lagt til om turbiner

[sverreb]

55 minutes ago, trikola said:

Dette er grunnlag til alle varmekraftmaskiner.

Så kan vi også legge til at alle maskiner til sist er varmemaskiner. Så oppnåelig arbeid ut av et system er alltid avhengig av temperaturdifferansen mellom de to varmereservarene som utjevner hverandre, og mindre en energien som går mellom reservoarene. Når alt når samme temperatur er det slutt og ingenting mer kan skje.
Termodynamikk i praksis: Du kan ikke vinne, du kan ikke gå i balanse, du kan ikke slutte spillet...

[hekomo]

Fluor1 skrev (23 timer siden):

Lovende og et viktig steg på veien til mindre og mindre utslipp.

Bortkastet og holder igjen utviklingen.

[Jan K Andersen]

4 hours ago, keramikklampe said:

Er det noe som kan simplefisere hvorfor forbrenningsmotorer ikke klarer å bli mer effektive? 

I mitt hode var det alltid:

1.forbrenning produserer mye varme som ikke kan brukes.

2.forbrenning utenfor optimale forhold gir ufullstendig forbrenning som resulterer til at drivstoff ikke blir brukt og ender opp i eksos.

3.mye design er implementert for å kompensere punkt.2 som gir ytterlig friksjon tap.

Er det "fremdeles" slik?

Hvor er det den store ineffektiviteten befinner seg? 

Det hjelper å kunne litt termodynamikk. Varmekraftmaskiner, slik som forbrenningsmotorer, utnytter temperaturforskjellen mellom et kaldt og et varmt medium. 
 

 En ideell varmekraftmaskin kalles en Carnot maskin. Virkningsgraden i en slik Carnot maskin er 1 - Tmin/Tmax, der Tmin er temperaturen i Kelvin av det kalde elementet, og Tmax er temperaturen i det varme mediet. 
 

Det kalde mediet i en bensinmotor er lufta som fyller sylinderen, og det varme mediet er den eksploderende forbrenningen..

Hvis for eksempel maks temperatur er 1000 K, og innsugningslufta er 300 K, kan ikke virkningsgraden bli høyere enn 1- 300/1000 = O,7.

Det vil si 70%. Det at man havner langt under dette skyldes at virkelige motorer slett ikke er ideelle. Men det forklarer en del at man altså ikke starter på 100%. Selv for en ideell prosess. 

[trikola]

24 minutes ago, Jan K Andersen said:

Hvis for eksempel maks temperatur er 1000 K, og innsugningslufta er 300 K, kan ikke virkningsgraden bli høyere enn 1- 300/1000 = O,7.

Innsugingslufta har vel ikke så mye å gjøre med det?

Man har en gitt mengde energi innesluttet i sylinderen representert ved en fast mengde med gass ved en bestemt starttemperatur og dermed trykk. Når den samme mengde gassen slutter å presse på stempelet i bevegelse (forlater sylinderen og slutter å utfører arbeid) tilsier temperaturen hvor mye energi som er igjen i gassen når den slippes ut. Det er tapet.

Starttemperatur er jo noe forenklet - forbrenningen skjer jo ikke ila ett nanosekund og deretter begynner stempelet å bevege seg, men det er en detalj i denne sammenheng.

Endret 9. mars 2021 av trikola

[Jan K Andersen]

17 minutes ago, trikola said:

Innsugingslufta har vel ikke så mye å gjøre med det?

Man har en gitt mengde energi innesluttet i sylinderen representert ved en fast mengde med gass ved en bestemt starttemperatur og dermed trykk. Når den samme mengde gassen slutter å presse på stempelet i bevegelse (forlater sylinderen og slutter å utfører arbeid) tilsier temperaturen hvor mye energi som er igjen i gassen når den slippes ut. Det er tapet.

Starttemperatur er jo noe forenklet - forbrenningen skjer jo ikke ila ett nanosekund og deretter begynner stempelet å bevege seg, men det er en detalj i denne sammenheng.

Jo, faktisk temperaturen på innsugningslufta er eget viktig, den setter en grense for hvor høy virkningsgraden kan bli. Jo kaldere, desto bedre. Se formelen jeg oppga.

[Jan K Andersen]

2 hours ago, sverreb said:

Så kan vi også legge til at alle maskiner til sist er varmemaskiner. Så oppnåelig arbeid ut av et system er alltid avhengig av temperaturdifferansen mellom de to varmereservarene som utjevner hverandre, og mindre en energien som går mellom reservoarene. Når alt når samme temperatur er det slutt og ingenting mer kan skje.
Termodynamikk i praksis: Du kan ikke vinne, du kan ikke gå i balanse, du kan ikke slutte spillet...

Ikke alle. Vindmøller, vannhjul og elektromotorer er ikke varmekraftmaskiner.