Högvarviga fyrtaktsmotorer och skotrar

S

StoxResearch

moonshine:
I snöskotrar verkar det fungera med "gummiremmar", i tex bilar gör det inte det. Bilar har för högt vridmoment och behöver "stålremmar" (klarar idag ca 350 Nm). Dessutom har jag för mig (om jag minns rätt) att livslängden på en "gummirem" är för kort för att vara användbar i de flesta vägrullande fordon.

Nedan är ett citat från avhandlingen "Efficiency optimization of the push-belt CVT by variator slip control" av B. Bonsen från 2006. Mycket bra avhandling som jag rekommenderar alla att läsa som är intresserade av CVT.

"However, rubber V-belt CVTs are not well suited for automotive applications, because of their limited torque capacity. Nevertheless, there are some interesting concepts on the market, for example the Bando Avance system [83]. Dry belts are of interest because a much higher friction coefficient is established between belt and pulleys than in lubricated variants. A dry belt CVT therefore needs less clamping force and can be much smaller and lighter. This is interesting for low power applications, such as light motorcycles and small cars. A problem that arises from the non-lubricated belt pulley contact is that there is no cooling of this contact by lubrication oil. This greatly limits the torque capacity of this type of variator."

I citatet ser man klart och tydligt både fördelar och nackdelar med "gummirem" (eng. "dry belt").

Biosteel:
Det är ju bara att växla ner tillräckligt mycket så får ju motorerna varva nästan vad som helst... Man ska dock komma ihåg att man som tumregel (har jag för mig) tappar ca 2% effekt vid nedväxlingen. Jag är dock rätt säker att man lätt kan ta igen detta genom ökad effektivitet i variatorerna. Varför inte samtliga motorer växlas ner idag tror jag är en ren och skär kostnadsfråga.
 

Hjulboggie rules

Välkänd medlem
21 sept 2004
3.987
25
38
Luleå
Växellåda fungerar INTE bra i en snöskoter. Det har testats förr och det har förkastats varenda gång. Problemet är att man får språng i vridmomentet när man kopplar och/eller växlar som garanterat gör att skotern tappar fart eller spinner loss. Som ett brev på posten står man sedan där med sin spade och gymnastiserar eller går sjumilamarschen runt skotern för att packa snön, :)

Variatorsystemet, eller CVT som det kallas egentligen, är en förvånansvärt bra konstruktion. Den växlar hela tiden mjukt och fint. Den har sämre verkningsgrad än en växellåda, men i gengäld så kan motorn ofta fås att arbeta i ett mer fördelaktigt område vilket kompenserar massor. Speciellt det som en del tror är dåligt, "gummirem", är i stället den remtyp som troligen ger den högsta verkningsgraden.

Forskning pågår för att ytterligare öka verkningsgraden på CVT. För att förbättra verkningsgraden och flexibiliteten styr man i tex bilar både primär- och sekundär variatorerna med hydraulik eller elmotorer. Vad är haken med detta? Det behövs en massa extra givare, mikroprocessorer och sådant vilket gör det hela mycket dyrare än de "vanliga" variatorerna som vi alla känner till sedan vi låg i vaggan, :)

För att sammanfatta; Jag tror att dagens simpla mekaniska variatorer kommer att leva kvar mycket länge än. Och sker det någon förbättring så kommer det fortfarande att vara CVT fast mer avancerade sådana. Dessa kommer troligtvis att komma först när bränslepriset stigit till fantastiska nivåer, eller när avgaskraven är utom all rim och reson. Det är vad jag tror.

Det första som kommer, fantiserar jag, är nedväxling av nästan alla motorer så att primär- och sekundärvariatorerna varvar betydligt mindre... En CVT som varvar mindre möjliggör en högre verkningsgrad per automatik... Eller så blir motorerna i sig mycket mer lågvarviga vilket även det gör att variatorerna varvar mindre, plus att motorerna som bonus blir effektivare i sig...

Växellådor tror jag inte alls på, :) Men det har jag ju redan skrivit. Peace in da house.

Håller med dig till 100%, Stox! Variatorn är en mycket smart konstruktion som trots att den är billig också är i princip oöverträffad för ändamålet. DAF var rätt ute redan på 1960-talet och hade man kapslat in variatorerna och använt elstyrning istället för vacuumslangar som torkade sönder hade man sannolikt klarat sig bättre.

En terrängmaskin har andra krav än en landsvägsmotorcykel när det gäller kraftöverföringen. Man kompenserar enkelt med mer motor - OBS att vi pratar mellan 1,5-4 kg/hk idag - effekten är alltså inget problem. Det är ju mattan som innebär överlägset mest förluster.



(Möjligen skulle man annars kunna tänka sig en generator direktkopplad till motorn och sedan en elmotor som driver mattan, typ Toyota Prius, men inte de närmaste 20 åren i alla fall...)
 
S

StoxResearch

Hjulboggie rules:
Är vi eniga??? Eyyyy, nu klarar sig snöbollar i helvetet också, :)

Det där med generator och elmotor. Har du någon koll på vad den totala verkningsgraden skulle bli?
 

Hjulboggie rules

Välkänd medlem
21 sept 2004
3.987
25
38
Luleå
Hjulboggie rules:
Är vi eniga??? Eyyyy, nu klarar sig snöbollar i helvetet också, :)

Det där med generator och elmotor. Har du någon koll på vad den totala verkningsgraden skulle bli?

Nej, men man skulle bli verkligt fri när det gäller komponentplacering. Kanske en elmotor mitt under dynan? Förbränningsmotorn/gasturbinen kan placeras i balanscentrum. Växellåda kan rationaliseras bort, liksom variator. Principen har ju provats i flera tillämpningar men då oftast med hydrauldrift istället för elektricitet som kraftbärare.

Elmotorer har mycket hög verkningsgrad och eftersom man slipper alla friktionsförluster i överföringen återstår värmen - grova kablar eller hög spänning är förstås ett måste. Generellt tror jag att man skulle vinna mycket på detta, även om kostnadsläget förstås blir ett annat.

En gasturbin på 100hk väger 18kg inkl växellåda... man kan tänka sig direktdrift på mattan ungefär som idag då också, men en gasturbin är inte on-off vad jag förstår så den passar bättre till kontinuerlig drift och så tas effekten ut exempelvis via elektricitet (eller hydraulik). En förbränningsmotor kan få jobba på sitt optimala varvtal hela tiden och effektuttaget regleras alltså via elmotorn.

diewessel kan mer om just gasturbiner, själv kan jag för lite om dem för att fördjupa mig i just det resonemanget.
 

Lone

Välkänd medlem
1 jan 2000
168
0
16
51
Gällivare, Sverige
Elmotor driven via generator är nog knappast att tänka på. Vikten kommer att spöka till det rejält. Jag tittad för skojjs skull vad en 95 kW elmotor (aluminium) från ABB väger, M3AP 250 SMC 2 väger 395 kg. 95 kW är "bara" 130 hk. Verkningsgraden är iofs bra på motorn, runt 95% från 50 till 95% last, observera att det rör sig om samma varvtal, 3000 rpm hela tiden.

Gissningsvis väger en generator ungefär lika mycket. Den goda nyheten är att så pass stora generatorer iaf har hyffsad verkningsgrad, det är inte som bil generatorer med 50 till 75% verkningsgrad. (Bil generator 120 amp vid 14,5 volt = 1,74 kW)

Vad gäller verkningsgrad för hela paketet är jag osäker, generellt gäller väl att mindre gasturbiner har dålig verkningsgrad (mindre = mindre än några MW...!?) dvs en gasturbin på runt 100 hästar (136kW) har kanske 20-25% verkningsgrad, sämre än en kolvmotor alltså.

Säg att hela paketet har en verkningsgrad på: (turbin x generator x elmotor)
25% x 90% x 95% -> 5/20 x 18/20 x 19/20 = 1710/8000 = 0,21375 = 21%

Till detta läggs då en sammalagd motorvikt på drygt 800kg!
Motorvikten är givetvis fel, det måste finnas lättare grejjer, man bygger ju in elmotorer i bilar, frågan är hur mycket lättare de är! Kanske halva viketen men det spelar knappast någon roll, även om det är en fjärdedel av vikten i mitt exempel, pratar vi fortfarande om en tvåhundra kg motor!
 

Hjulboggie rules

Välkänd medlem
21 sept 2004
3.987
25
38
Luleå
Den elmotor som sitter i Prius är inte alls så tung och tänk på att elmotorn inte behöver vara på 130hk utan räkna hur mycket en 130hk-skoter har på mattan istället... kanske hälften?

Elmotorn i exempelvis Prius ger 68hk och 400Nm (!) vilket innebär att det finns möjligheter att utväxlingsmässigt få enorma prestanda i en lätt snöskoter.

Nu är säkert inte Priuslösningen aktuell annat än som illustrativt exempel på att tekniken finns, men det går säkert att skala ned.

EDIT: Motorn i Prius väger 104kg och då är det en generator också.
 
Last edited:
D

Daweasel

Ännu mer grejer blir det: Gasturbin, växellåda, generator, frekvensomformare, elmotor och en överföring därifrån till drivlinan.
På en gasturbin är bränlsepumpen också en komponent som behöver en del effekt.

Nu tror jag inte att det är i ABB katalogen man ska fynda sina komponenter... Vill man ha ut hög effekt i en liten elmotor är det lindningstemperaturerna som är den trånga sektionen, likadant gäller i generatorn om man vill ha ut mycket effekt.
 

moonshine

Medlem
13 feb 2008
10
0
1
Mora
StoxResearch:
Jaa, precis. Som det är gjort idag fungerar det ju bra. Men jag hade väl inte helt fel i mina tankar? Jag syftade ju på problemet med att växla ner variatorerna. När man växlar ner så byter man ju ett lägre moment & hörge varv mot lägre varv men högre moment, vilket gör att variatorn måste kunna överföra ett högre moment och de problemen det medför.

Jaa, det känns som att många idéer blir lite smått dissade här. Kanske vore lite konstigt annars med. Borde ju ha funnits fler lösningar ute på marknaden annars. Det är nog inte bara vi som funderar uti detta om man säger så.:)

//Stefan

moonshine:
I snöskotrar verkar det fungera med "gummiremmar", i tex bilar gör det inte det. Bilar har för högt vridmoment och behöver "stålremmar" (klarar idag ca 350 Nm). Dessutom har jag för mig (om jag minns rätt) att livslängden på en "gummirem" är för kort för att vara användbar i de flesta vägrullande fordon.

Nedan är ett citat från avhandlingen "Efficiency optimization of the push-belt CVT by variator slip control" av B. Bonsen från 2006. Mycket bra avhandling som jag rekommenderar alla att läsa som är intresserade av CVT.

"However, rubber V-belt CVTs are not well suited for automotive applications, because of their limited torque capacity. Nevertheless, there are some interesting concepts on the market, for example the Bando Avance system [83]. Dry belts are of interest because a much higher friction coefficient is established between belt and pulleys than in lubricated variants. A dry belt CVT therefore needs less clamping force and can be much smaller and lighter. This is interesting for low power applications, such as light motorcycles and small cars. A problem that arises from the non-lubricated belt pulley contact is that there is no cooling of this contact by lubrication oil. This greatly limits the torque capacity of this type of variator."

I citatet ser man klart och tydligt både fördelar och nackdelar med "gummirem" (eng. "dry belt").
 

Predator

Välkänd medlem
30 okt 2007
208
0
16
Luleå
Klart det inte händer nått med utvecklingen av elmotorer. Dom stora bolagen som har pengar är ju olje bolagen och inte är dom intresserade av elmotorer och den tekniken.

Och skulle det ske lite utveckling så skulle det på ganska kort tid kunna komma mycket vikt effektiva elmotorer.

Kolla bara ett exempel från modellflyget.
http://autopartner.jetshop.se/ShowProduct.aspx?prodid=209&cat=186

6hk/kg är väll rätt ok?

Inte direkt jämförbart men ändå en fingervisning om vad som är möjligt.
 
S

StoxResearch

Predator:
Nu tar du väl ändå i lite, :) Det forskas massor på elmotorer faktiskt... Jag vet för jag har själv gjort det...

Det är faktiskt fysiken själv som börjar ställa till bekymmer... Ett problem är att för att få upp verkningsgraden så måste man använda sig av minimala luftgap vilket ställer till en massa elände... Tänk tex på kylning, precision, deformation under drift, kostnad, hållbarhet mm... Ett annat bekymmer är faktiskt just att få tillräcklig kylning när effekttätheten går upp... Klart att det kommer att fortsätta att gå framåt, men det är inte lätt att komma mycket längre...
 

Hjulboggie rules

Välkänd medlem
21 sept 2004
3.987
25
38
Luleå
Det finns faktiskt en modern elmotor i Tesla, elsportbilen.

http://www.automotorsport.se/provkörd-världens-tuffaste-elbil--tesla-roadster/13781

Stor "som en vattenmelon" enligt reportaget, ger 248hk och väger kring 70 pounds...



Nästa fråga är energilagringen, men batteriteknologin går framåt den med, och följer man utvecklingskurvan framåt så har vi nog kanske en tiondel av vikten om tio år vid samma kapacitet. Dvs 45 kg för batterierna. Sammanlagd vikt för motor+"bränsle"+växellåda hamnar då kring 90 kg vilket får sägas vara mycket hanterbart.

Mer info:
http://www.teslamotorsclub.com/technical-discussion/236-bigger-motor.html




Absolut möjligt i en snöskoter, även om det ännu är ekonomiskt ointressant.
 
S

StoxResearch

Hjulboggie rules:
Som jag har förstått det så är det just på batterifronten som det sker alldeles för små och långsamma framsteg... Motorerna och det övriga verkar inte vara några problem alls..
 

Hjulboggie rules

Välkänd medlem
21 sept 2004
3.987
25
38
Luleå
Någonstans läste jag om just batteriutveckling och litiumpolymerteknik. Skall se om jag hittar det.

Sedan jag köpte min första mobiltelefon 1995 så har ju batterierna blivit många gånger effektivare, samtidigt som kretsarna har blivit mindre energikrävande. Tittar man på Teslas batterier så väger de 455 kg men då driver de bilen i 220 miles, dvs 352 km. Jämför detta med en elclio... 100kg batterier skulle nog redan idag ge hyfsad räckvidd i en snöskoter med 248hk-motorn. En hälften så stark motor på 125 hk (och extremt vrid) ger mer räckvidd osv.

Letar du batterilänkar så gör jag det, detta är ett intressant område!

(sedan har man ström till en mp3-spelare+högtalare där man har ljudet från en Yamaha SRX 700 på fullvarv)
 
S

StoxResearch

Hjulboggie rules:
Jag hoppas verkligen att du har rätt och att vi står inför ett rejält genombrott för batteridrivna fordon, :) Problemet är ju inte bara vikten och räckvidden, det måste vara ett rimligt pris också samt miljövänlig tillverkning mm...

Jag är inte så säker på att det räcker särskilt länge i en snöskoter. Ett landsvägsfordon smyger ju bara omkring lite utan att behöva särskilt mycket effekt egentligen. Det är annat med snöskotrar som körs hårt. Sluuuuurp, :)

Nä, huvva! Jag håller mig till 2T motorer, :p Leta du...
 

Hjulboggie rules

Välkänd medlem
21 sept 2004
3.987
25
38
Luleå
Hjulboggie rules:
Jag hoppas verkligen att du har rätt och att vi står inför ett rejält genombrott för batteridrivna fordon, :) Problemet är ju inte bara vikten och räckvidden, det måste vara ett rimligt pris också samt miljövänlig tillverkning mm...
Javisst, dock utvecklas ju detta för varje år - priset halveras på samma batteri någon gång årligen.


Jag är inte så säker på att det räcker särskilt länge i en snöskoter. Ett landsvägsfordon smyger ju bara omkring lite utan att behöva särskilt mycket effekt egentligen. Det är annat med snöskotrar som körs hårt.
Nu kanske crosskotrar inte är det primära, men för touringändamål behövs ju inte effekt på samma sätt - eller räcker inte 248 hk? :)

0-100 på under 4 sekunder är ju faktiskt inte illa oavsett bil, eller hur? De 455kg batterier som finns är ju till för att få 35 mils räckvidd i en bil.

Det är nog här vi ser framtiden i alla fall - batterierna ersatta med bränslecell eller liknande kanske?
 
S

StoxResearch

Hjulboggie rules:
Håller med, men det är nog vid blandad körning man har 35 mils räckvidd, eller? Tar man ut 248 hk lär det ju inte räcka långt, :) Men du har rätt, i en Touring skoter borde det räcka tillräckligt långt.

Asch, om inte Batteri/Hybrid tekniken gör våldsamma steg framåt så tror jag att det förblir förbränningsmotorer under överskådlig tid...
 

Grovsnus

Välkänd medlem
9 dec 2007
778
0
16
luleå
det håller på att bli lite off-topic här, kanske bäst att starta en tråd med rätt innehåll??