lastbil
​Under 2017 kom den nya kolven i de första lastbilarna i USA.​​​​​​
​Foto: Volvo Truck Corporation

Vågad kolv sänker bränsleförbrukningen

​Volvos nya lastbilsmotorer är mer bränsleeffektiva tack vare en ny, smart utformning av kolven. Bränsleförbrukningen har minskats med två procent och partikelutsläppen har halverats. Idén till kolven kom från Volvo. I samverkan med Chalmers kunde idén finslipas och förverkligas.
​För tio år sedan brottades dieselingenjören Jan Eismark med ett problem som handlade om att få ner utsläppen från Volvos motorer. De tillåtna gränsvärdena av sotpartiklar och kväveoxider blev allt lägre. En stor utmaning är att de i förbränningsrummet fungerar ungefär som en gungbräda. De metoder som begränsar sotpartiklarna ökar kväveoxider och de metoder som håller nere kväveoxider ökar sotpartiklar. Utmaningen var att man måste komma åt båda. 

Jan Eismark genomförde en rad olika motorexperiment med olika kolvar och bränslespridare och såg att sotutsläppen var väldigt olika. Slutsatsen blev att förbränningsrummets form borde ha betydelse och det formas helt av kolvtoppen. 

I en vanlig kolv sitter spridaren mitt i kolvtoppen och bränslet sprutas rakt ut åt sidorna via ett antal hål i spridaren. Kombinationen av tryck och värme får bränslet att antändas. Flamman träffar väggen i förbränningsrummet med en hastighet av upp till 50 meter per sekund, kastas 180 grader åt sidorna och kolliderar då med de angränsande flammorna. Då uppstår en konkurrens om syret, samtidigt som det finns syre i mitten av förbränningsrummet som aldrig utnyttjas fullt ut. 

–​ Vi ville hitta ett sätt att leda flammorna mer inåt förbränningsutrymmet för att bättre utnyttja syret där, säger Jan Eismark. 

För att komma vidare blev Jan Eismark industridoktorand på Chalmers och där kunde idén tillsammans med Chalmers forskare finslipas genom att studera mer grundläggande fenomen. 

– Forskningsarbetet i projektet har varit mycket omfattande och innefattar utöver motorexperiment på Volvo, avancerad datastyrd förbränningsberäkning och höghastighetsfilmning av förbränningen inne i cylindern, säger Ingemar Denbratt som är föreståndare för Combustion Engine Research Center​ där forskningen på Chalmers genomför​des. 

Forskningen kunde användas för att förbättra förbränningssystemet och resultatet blev de vågor som nu finns i kolvtoppen. Spridaren i mitten av kolvtoppen har sex hål som ser till att bränslet sprutas in mitt mellan vågorna som bidrar till att flammorna styrs in mot mitten av kolvtoppen. Syret kunde därmed utnyttjas bättre.Vanlig kolv och vågad kolv

Därefter har industrialiseringen tagit vid av AB Volvo och under 2017 kom den nya kolven i de första lastbilarna i USA. 

Bränsleförbrukningen har minskats med två procent och partikelutsläppen har halverats. Enligt AB Volvo beräknas konceptet ge mycket stora bränslebesparingar på Volvos produkter och ger en minskning av koldioxidutsläpp med 5 megaton per år. 

(Som jämförelse kan nämnas en flygresa mellan Sverige och Thailand tur och retur motsvarar utsläpp på cirka 2,5 ton koldioxid per person. 5 megaton koldioxid motsvarar alltså två miljoner Thailandsresor.)

Publicerad: to 21 feb 2019.