Med all hype om hybrid-, el- och alternativa bränslebilar är det lätt att tro att bensinmotorns ålder är över. När du har bilar som körs på vätgas eller som är anslutna till väggen kan förbränningsmotorn verka helt passé.
Men faktum kvarstår att de allra flesta bilar som säljs i USA drivs av bensinmotorer. Gasmotorernas dominans på fordonsmarknaden kommer att bestå under överskådlig framtid. Biltillverkare använder bensinmotorer av många anledningar. Människor är vana vid dem, det finns en infrastruktur som stöder dem, och de passar bra med hur de flesta amerikaner använder sina bilar.
Därmed inte sagt att bensinmotorer inte har sina nackdelar. De förorenar och de är beroende av bensin - vilket gör att amerikanska förare blir föremål för förändringar i bränslepriserna. Även om motorn i bilen på din uppfart har mycket gemensamt med motorerna som används på de tidigaste bilarna, har nya innovationer inom motorteknik gjort det möjligt för biltillverkare att förneka några av problemen som är förknippade med bensinmotorer. Förbättringar i kraft, bränsleeffektivitet och utsläpp låter människor köra de typer av bilar som de gillar samtidigt som de minskar mängden de förorenar och de pengar de spenderar på bensin.
Att titta på en del av den nya tekniken som förbättrar bränsleekonomin med bara några miles per gallon kanske inte verkar så mycket, men kom ihåg att med nästan alla bilar på vägen som använder bensinmotorer, har små förbättringar stor inverkan i hela landet. För närvarande utgör el- och hybridbilar bara cirka 2 procent av bilarna på vägarna. Att göra de andra 98 procenten mer effektiva sparar pengar, minskar beroendet av utländsk olja och minskar föroreningarna samtidigt som nya bilar hålls överkomliga och tilltalar de flesta köpare.
InnehållEtt sätt biltillverkare uppdaterar bensinmotorer är med variabel ventiltid och lyft. För att förstå hur detta fungerar behöver du en grundläggande förståelse för hur en bilmotor fungerar.
I en motor öppnas och stänger ventilerna för att styra hur luft/bränsleblandningen kommer in och hur avgaserna lämnar förbränningskammaren. I de flesta bensinmotorer öppnar ventilerna lika länge och öppnar samma sträcka oavsett hur hårt motorn arbetar. Hur hårt en motor arbetar kallas dess hastighet. Motorhastigheten spårar inte hur snabbt en bil rör sig på vägen. Istället hänvisar motorvarvtalet till hur snabbt motorns vevaxel roterar. Den rotationen kommer från kolvarna i motorns cylindrar. Ju snabbare de går, desto snabbare motorvarvtal – och desto hårdare jobbar motorn.
Föreställ dig att du tränar riktigt hårt. Du kommer att behöva mycket bränsle, i form av kalorier - och mycket luft. Din bils motor är på samma sätt, bara den använder gas som bränsle istället för kalorier. När du bara springer runt behöver du inte så mycket kalorier och luft. Samma sak med din motor. Om motorventilerna öppnar lika länge och lika brett oavsett hur hårt motorn arbetar, kommer en del bränsle att gå till spillo. Det beror på att motorn får samma mängd bränsle och luft oavsett om den rullar eller drar en tung last.
Genom att variera tiden och avståndet som ventilerna öppnar får motorn precis tillräckligt med bränsle och luft för den uppgift den just nu utför. Faktum är att variabel ventiltid och lyftning kan göra en bensinmotor cirka 5 procent mer effektiv [källa:U.S. Department of Energy].
Cylinderavaktivering fungerar enligt samma princip som variabel ventiltid och lyftning:En motor behöver olika mängder bränsle för olika typer av arbete.
Ta en V-8-motor till exempel. En V-8-motor har åtta cylindrar. Närhelst motorn är på fungerar alla de åtta cylindrarna och bränner upp bränsle och luft. De flesta bilar, lastbilar och stadsjeepar med V-8-motorer har det eftersom, i allmänhet, ju fler cylindrar en motor har, desto kraftfullare är den. Det är därför du vanligtvis ser V-8-motorer i sportbilar eller tunga lastbilar. Men även om folk gillar V-8-motorer för att de går fort och kan dra tunga laster, gör de flesta inte dessa saker hela tiden.
Det är där cylinderavaktivering kommer in. Cylinderavaktivering stänger av ett antal av motorns cylindrar när de inte behövs. Det betyder att när en bil eller lastbil håller en konstant hastighet och inte accelererar, är vissa cylindrar inte i bruk. Eftersom de inte används får de heller ingen gas - och det sparar bränsle. Cylinderinaktiveringsteknik har använts på V-8-drivna bilar och lastbilar under de senaste åren, men vissa biltillverkare börjar också lägga till den i sina sexcylindriga motorer. Det uppskattas att cylinderavaktiveringsteknik kan förbättra motoreffektiviteten med 7,5 procent [källa:U.S. Department of Energy].
Ett annat sätt som bensinmotorer förbättras är genom att modifiera hur bränsle når förbränningskammaren. I en bensinmotor använder bränsle och luft en gnista för att antändas i förbränningskammaren. Men forskare har funnit att genom att värma och trycksätta bränslet innan det sprutas in i förbränningskammaren kan de antända bränslet utan en gnista - ungefär hur en dieselmotor fungerar. Denna process hjälper den att brinna renare och mer effektivt, vilket minskar mängden bränsle som motorn behöver för att fungera.
En normal bensinmotor har ett kompressionsförhållande på cirka 10 till 1 (eller något mindre). En ny motor från Mazda (en som för närvarande säljs i Japan) använder dock denna teknik och har ett kompressionsförhållande på 14 till 1. Mazda Demio får rapporterade 70 miles per gallon (29,8 kilometer per liter).
Ett problem med ett ökat kompressionsförhållande är att bränslet kan antändas i förtid, vilket orsakar så kallad motorknackning. För att förhindra att det händer sprutar direktinsprutningssystem en fin bränsledimma direkt in i cylindern (vanligtvis blandas luft och bränsle i porten innan de kommer in i systemet). Det hjälper till att hålla nere motortemperaturen och minskar knackning. Direkt bränsleinsprutning kan förbättra motorns effektivitet med 12 procent [källa:U.S. Department of Energy].
Det kan tyckas konstigt att tala om turboladdare som sätt att förbättra bränsleekonomin. När allt kommer omkring är de vanligtvis förknippade med högpresterande bilar – som inte precis är kända för sin bränsleekonomi.
Turboladdare är fläktar som drivs av gaser från bilens avgassystem. De tillåter mer tryckluft att gå in i cylindern. Det möjliggör ett högre kompressionsförhållande (precis som direkt bränsleinsprutning) och därför effektivare förbränning. Tänk på en turboladdare som direktinsprutning för luftdelen av en motors luft/bränsleblandning.
Medan du använder en turboladdare kan prestandabilar generera ännu mer kraft, om du sätter dem på en mindre motor kan de göra samma arbete som en större motor - och det sparar bränsle. 2011 lade Ford till en turboladdad V-6-motor till sin serie av motorer för sina F-150-lastbilar. De kallas EcoBoost-motorer och bevisar att du inte behöver en V-8 i en pickup. Med en turboladdare ger EcoBoost-motorn i 2011 års F-150 365 hästkrafter, 420 pund-fot i vridmoment och kan dra upp till 11 300 pund (5 126 kg). Som jämförelse, bas V-8 i F-150 gör 360 hästkrafter och 380 pund-fot vridmoment. EcoBoost V-6 i F-150 ger inte bara mer kraft, den får också bättre bränsleekonomi än V-8. I tvåhjulsdrift säger EPA att den får 16/22 miles per gallon (6,8/9,4 kilometer per liter) stad/motorväg, medan basen V-8 får 15/21 miles per gallon (6,4/8,9 kilometer per liter) stad/motorväg.
Den största variabeln i hur mycket gas en motor använder är inte helt i dess teknik. Det ligger i hur det drivs. Det är enkelt, egentligen:Sänk gaspedalen och du kommer att använda mer gas än någon som accelererar gradvis. Det finns en anledning till att uppskattningar av bränsleekonomin alltid noterar att din körsträcka kan variera.
Men bilföretagen hittar sätt att utbilda förare att köra mer effektivt. Genom att låta föraren veta när de kör effektivt kan motorn ägna mer tid åt att arbeta på nivåer där effektiviteten är optimerad. Till exempel har Kia Forte och 2011 Honda Odyssey gröna lampor på instrumentbrädan som indikerar när de körs effektivt. Och de är inte de enda – flera biltillverkare har liknande förareffektivitetsindikatorer. Tillverkarna hoppas att förarna kommer att behandla att hålla effektiviteten tänd som ett slags spel, öka sin totala effektivitet och minska bränsleförbrukningen.
En annan funktion som många nya bilar har är något som kallas eco mode. Medan ekolägen är vanliga på hybrider, börjar biltillverkare lägga till dem även i bilar som bara är bensin. I de flesta bilar aktiveras ekoläget genom att trycka på en knapp. Det ändrar transmissionens växlingsegenskaper för att hålla motorn igång med lägre hastigheter. Eftersom motorn inte jobbar lika hårt drar den inte lika mycket bränsle. Även om eco-läget inte fungerar i alla körsituationer (det kan ge en viss fördröjning på motorvägen, till exempel), kan det definitivt hjälpa dig att använda mindre bensin för att köra runt i stan.
För mer information om ny bensinmotorteknik och andra relaterade ämnen, följ länkarna på nästa sida.
