Förbränningsmotorns framtid: Här är teknikerna som sänker förbrukningen på riktigt

Premium Bensin- och dieselmotorerna måste hålla ut några år till, innan elbilar med lång räckvidd blir mer prisvärda. Volkswagens dieselskandal satte käppar i hjulen för den klassiska förbränningsmotorn men nu är den redo för revansch – och den överraskar med en hel del utvecklingspotential.

Förbränningsmotorns framtid: Här är teknikerna som sänker förbrukningen på riktigt

Larm om partiklar, lokala körförbud och snart ett totalförbud? Förbränningsmotorns dagar är räknade. Säger somliga. För andra, till vilka Mercedes utvecklingschef Thomas Weber hör, har den sin bästa tid framför sig.

Ett bevis för det påståendet är de miljarder som investerats i Mercedes nya motorer som är snålare och renare än idag. Den fyrcylindriga dieselmotorn i E-klass är det första resultatet av den här jättesatsningen.

Dieseln kan också vara ren

Ett av de viktigaste problemen med dieselmotorer – höga utsläpp av kväveoxider (NOx) och partiklar – ska Mercedes nya dieselmotor OM654 lösa. Medan det för nästan alla andra dieslar vi mätt upp varit en fråga om hur mycket NOx de släppte ut över den tillåtna gränsen för Euro 6, släppte E-klass vid normal körning ut hälften av tillåtna 80 mg/km.

En väl dimensionerad avgasrening i direkt anslutning till motorn och en förfinad förbränningsprocess hjälper till att sänka utsläppen. Genom en likformig förbränning undviker man temperaturtoppar i förbränningsrummet och det betyder mindre skadliga ämnen för SCR-katalysatorn att ta hand om. För den kommande sexcylindriga motorn, som baseras på den här fyran, utlovas lika låga NOx-utsläpp. Om det stämmer i verkligheten återstår att se.

En fast cylindervolym är dyrare att utveckla men billigare att bygga

Den sexcylindriga OM656-dieseln, med tre liters cylindervolym, har 300 hästkrafter och 650 Nm i vridmoment. Oavsett fyra eller sex cylindrar – alla nya motorer kommer ha en enhetlig volym på 500 cm3 per cylinder och ett cylinderavstånd på 90 mm. Det kostar mer i utveckling men sparar produktionskostnader.

Elektrifiering av ett klassiskt koncept

Mercedes S-klass får en rak, sexcylindrig motor – en efterlängtad comeback, men nu med modern teknik.

Det finns också en plan hos Mercedes för framtidens bensinmotorer. Den ansiktslyfta versionen av Mercedes S-klass har den raka sexan M256 som har en startmotor/generator kopplad till vev­axeln, som ger 20 hästkrafter och 220 Nm i krafttillskott.

Den kraftiga elmotorn svarar för extra bottendrag och blixtsnabb start av bensinmotorn. Dessutom tar den hand om rörelseenergin vid bromsning och lagrar den i ett 0,5 kWh stort litiumjonbatteri.

Trots att Mercedes räknar med att den sexcylindriga motorn ska ge betydligt mer än 400 hk är den 15 procent snålare än V6-företrädaren med 333 hästkrafter.

Bensinmotorn får partikelfilter

En intressant detalj är att Mercedes utrustar motorn med partikelfilter. Det har hittills i första hand gällt dieslar. Moderna och bränslesnåla direktinsprutade bensinmotorer tenderar dock att producera fler partiklar. Tillsammans med M256-motorn införs ett 48-volts elsystem i bilen som inte bara driver elmotorn utan också alla strömkonsumerande hjälpaggregat som vattenpump, AC-kompressor och luftkompressor för motorn.

Den konventionella avgasturbon understöder en elektrisk turbo från Borg Warner som är oberoende av laddtrycket från motorn. Mindre strömförbrukare som belysning och motorstyrning drivs fortfarande med 12 volt. Genom elektrifieringen av hjälpaggregaten kan remdriften slopas och motorn byggas kortare än andra jämförbara radmotorer. 48-voltstekniken är en trend i hela bilbranschen där vi också kommer få se andra och enklare tillämpningar för att spara bränsle.

Raka sexan gör comeback

Att Mercedes går tillbaka till raka sexor gav upphov till eufori hos många entusiaster. Nu är det inte bara cylinderarrangemanget som utmärker motorn utan också elektrifieringen och 48-voltsystemet.

En integrerad och direkt med vevaxeln förbunden startgenerator ger ett tillskott på 20 hästkrafter, tar energi från inbromsningarna och ger snabba motorstarter. 48-voltstekniken använder Mercedes även till att driva hjälpaggregat som vattenpump, AC-kompressor och elektrisk kompressor för motorn. Denna elturbo arbetar tillsammans med en andra, konventionell avgasturbo och ska genom sin snabba start minimera turbofördröjningen.

Till vänster: En eldriven 48-voltskompressor accelererar turbinen till 70.000 r/min på 0,3 sekunder. Till höger: Den 20 hästkrafter starka startgeneratorn är kopplad till vevaxeln.


Tillsammans med Ford har Continental byggt om en Focus 1,0 Ecoboost till hybriddrift.

Prisvärd hybrid från Continental

En trådlöst ansluten dator vid förarplatsen visar laddningstillståndet hos batteriet, använd växel och drivsätt.

Continental har utvecklat en elmodul där en vattenkyld 48-volts elmotor ersätter startmotorn. Den kan ge upp till 13 hästkrafter och möjliggör snabba och smidiga starter av förbränningsmotorn, vilket i sin tur gör att den kan stängas av oftare, till exempel vid kökörning. Allra snålast är ju en förbränningsmotor när den inte är igång.

Så snart föraren ger gas igen hjälper elmotorn förbränningsmotorn att komma upp i det önskade varvtalsområdet. Energin som behövs har den själv alstrat.

I slutet av året kommer det här 48-voltssystemet lanseras i nya Renault Scénic där Continental uppskattar sparpotentialen till 13 procent.

På testanläggningen i Regensburg fick vi möjlighet att provköra nästa generation av Continentals 48-voltssystem. I samarbete med Ford har de byggt om en manuellt växlad Focus 1,0 Ecoboost till hybrid. En 20 hästkrafter stark elmotor kopplades via remmar till en trecylindrig förbränningsmotor. Två elektriskt manövrerade kopplingar, en före och en efter elmotorn, gör att föraren kan välja olika drivsätt: enbart eldrift eller eldrift som förstärkning av förbränningsmotorn.

Här kan bilen köras på eldrift i upp till 50 km/h

Eftersom det finns möjlighet att koppla ur bensinmotorn kan bilen också köras helt på el. Under testet kunde eldriften hålla bilen igång i upp till 50 km/h utan problem, och därför kan bensinmotorn ofta vara avstängd i stadstrafik. De 20 hästkrafterna räcker också bra vid parkeringsmanövrer och vid kökörning när det bara rör sig några meter åt gången.

Om gaspedalen trycks ner hårdare drar den kraftiga remgeneratorn igång bensinmotorn snabbt och överraskande ryckfritt. När den smarta hybridmodulen går i serieproduktion avslöjar inte Continental, däremot att den passar till nästan alla konventionella motorer, sparar 25 procent bränsle och kostar mindre än 10.000 kronor.

Mycket sparpotential per krona

Continentals förhållandevis billiga hybridsystem kan kombineras med i stort sett vilken förbränningsmotor som helst och reducerar bränsleförbrukningen med upp till 25 procent.

Grunden är en remdriven 48-volts startgenerator som är placerad mellan förbränningsmotorn och växellådan. Automatiska kopplingar före och efter elmotorn möjliggör alla hybridfunktioner, att tillföra kraft eller att köra helt elektriskt. Med 20 hästkrafter är elmotorn tillräckligt stark för att själv driva i stadstrafik eller vid kökörning. Dessutom kan systemet användas för bilar med manuell växellåda eftersom det inte kräver någon dyr automatlåda.

När systemet sätts i serieproduktion avslöjar inte Continental, däremot att tekniken inte kostar mer än 10.000 kronor. Därigenom ligger den kostnadsmässigt under pristillägget för en dieselmotor.


Saabs teknik blir verklighet hos Bosch

Även med vatteninsprutning rör det sig om en klassiker inom motorutvecklingen där Saab var nära en marknadsintroduktion. Bosch har nu tagit upp tekniken men använder mycket små mängder vatten som sprutas in i förbränningsrummet för att kyla det. På så sätt kan bränslet reduceras som kyl­medium vid fullgaskörning.

Det här är användbart framför allt på "downsizing"-motorer vid körning i hög fart. Nästa generation BMW M3 är redan klar med vatteninsprutning. Även i storseriemotorer som Volkswagens TSI kommer turboaggregat med variabel turbingeometri och plasmabehandlade cylinderväggar till användning, allt för att spara bränsle.

Om det blir några komplicerade konstruktioner, som den variabla kompressionen hos Infiniti, är däremot inte säkert.

Även med vatten­insprutning rör det sig om en klassiker inom motorutvecklingen där Saab var nära en marknads­introduktion

Den självtändande bensinmotorn ska införas på nästa generation av Mazda 3.

Bensinmotor med självantändning: Snål som en diesel

Även om branschen nu arbetar starkt med elektrifiering, 48 volt och annat, är den rena förbränningsmotorn efter 130 år i bilvärlden ännu inte färdigutvecklad. Därför planerar Mazda att införa en ny teknik i nästa generation av Mazda 3, den självtändande bensinmotorn.

Genom ett kompressionsförhållande på 18:1 startar förbränningen, precis som på en diesel, utan tändgnista. Eftersom motorn kan köras på en mycket mager blandning blir förbrukningssänkningen imponerande, omkring 30 procent, och samtidigt bildas förhållandevis lite kväveoxider. Mercedes har visat en sådan motor, kallad Diesotto, för flera år sedan men den har aldrig satts i serieproduktion.

Tekniken kallas HCCI (Homogenous Charge Compression Ignition) och självantänder bränsle/luft-blandningen genom det höga kompressionstrycket, det vill säga utan tändstift. Den höga kompressionen, avsaknandet av trottel och en extremt mager bränsleblandning gör motorn mycket snål, framför allt vid låg belastning. Mazda lovar en besparing på upp till 30 procent.

Till utmaningarna hör att få motorn att gå tyst men detta påstår sig Mazda ha löst under utveckligen. För övrigt går inte motorn bara snålt som en diesel, den låter som en sådan också.

Volkswagen satsar på variabel turbingeometri

De nya TSI-motorerna i Volkswagen Golf har variabel turbingeometri. För att spara mer bränsle används cylinderavstängning, insprutningstryck på 350 bar och plasmabelagda cylinderväggar.

Även efter 130 års utveckling finns en besparingsmöjlighet på 25 procent hos bensinmotorn.

Bästa möjliga kompressionsförhållande i varje situation

Att det variabla kompressionsförhållandet låtit vänta på sig sedan 1800-talet visar bara att det rör sig om en komplicerad konstruktion. Här finns en andra axel under vevaxeln, vars läge varieras med en elmotor. På så sätt kan slaglängden ändras och på det viset också kompressionsförhållandet.

Beroende på motorbelastningen kan detta varieras steglöst mellan 14:1 och 8:1. Bränslebesparingen ska enligt Infiniti ligga på 25 procent.

Även inom detta område tillhör Saab pionjärerna. Per Gillbrand konstruerade en motor med variabelt kompressionsförhållande redan 2005. Variationen var steglös mellan samman värden som i Infinitis motor men den uppnåddes genom att övre delen av motorblocket vinklades upp till fyra grader i förhållande till motorns fasta nederdel. Motorn uppvisade mycket goda resultat men bedömdes av ägaren, General Motors, vara för dyr att producera. Jakten på bränsledropparna hade inte börjat på allvar vid den tiden.

För att anpassa kompressionen efter lastförhållandena används en elmotor (1) som styr en hävarm (2). Hävarmen påverkar i sin tur vevstakens förbindning med vevaxeln (3). På så sätt simuleras olika längd på vevstaken och kompressionsförhållandet förändras (4).