I slutet av maj, det sista mötet för "Horizon 2020"-projektet "GasOn" med EU-kommissionen ägde rum i Bryssel. Syftet med detta EU -projekt var vidareutveckling av gasmotorer för bilar och skåpbilar. Ett 20-tal partners deltog, inklusive ETH Zürich och Empa samt fyra europeiska biltillverkare och välkända leverantörer. Gasdrivna fordon släpper i allmänhet ut mindre föroreningar än bensin- eller dieselbilar. De kommer sannolikt att få betydelse i framtiden på grund av deras möjlighet att drivas av förnybar energi.

Förutom el- och vätgasdrivlinor, gasmotorer spelar också en viktig roll i det schweiziska kompetenscentret för energiforskning inom området för mobilitet ("SCCER Mobility") som leds av ETH Zürich. Detta beror på att fordon som drivs med förbearbetad biogas eller syntetisk metan ("e-gas") har mycket låg CO ₂ utsläpp. Syntetisk metan framställs av förnybart överskott av el och CO ₂ . Förbearbetad biogas och syntetisk metan kan blandas efter behag och, med upp till 130 oktan, har en betydligt högre slaghållfasthet än bensin, vilket gör dem till idealiska bränslen för förbränningsmotorer. För hög belastning, som på motorvägen, gasdrivna fordon uppnår redan högre verkningsgrad än bensinmotorer.

Dock, effektiviteten kan fortfarande ökas avsevärt – på grund av metanets höga slagmotstånd – eftersom dagens gasmotorer i personbilar vanligtvis bara är lite anpassade bensinmotorer, det vill säga koncept som ännu inte har optimerats för drift med metan. För att identifiera denna outnyttjade potential, EU-projektet "GasOn" lanserades 2015. Forskare från ETH Zürich och Empa deltog också i detta projekt som en del av ett arbetspaket ledd av Volkswagen Group Research.

En gasoptimerad motor

En mycket effektiv förbränningsprocess implementerades för en gasmotor med två liters slagvolym:En mager gasblandning antänds med hjälp av en fingerborgsstor, flödeslugnande förkammare. I ETH-laboratoriet för aerotermokemi och förbränningssystem, grundläggande experiment utfördes i optiskt tillgängliga motorer. Dessa användes för att undersöka antändningens beteende i förkammaren och överflödet av de heta strålarna in i huvudförbränningskammaren. Baserat på dessa uppgifter, numeriska verktyg utvecklades för att beräkna processerna i detalj med hjälp av datorsimuleringar. Dessa resultat gjorde det möjligt för Volkswagen Group Research att optimera designen av förkammaren och huvudförbränningskammaren. Empa-forskare satte upp en motor i enlighet med detta och undersökte förbränningsprocessen. Ett motorstyrsystem utvecklat av Institutet för dynamiska system och styrteknik vid ETH Zürich användes, som samordnar det komplexa övergripande systemet och möjliggör anpassning till nya rön samtidigt.

Resultat:Rekordeffektivitet för personbilsmotorer

Jämfört med den senaste tekniken, förbrukningen för den nya gasmotorn med förkammare förbränningsprocess minskade med 20 procent (omräknat till WLTP standardförbrukning för en medelstor personbil). Toppeffektiviteten i den bästa motorkonfigurationen var över 45 procent, med effektiviteter på över 40 procent uppnådda över ett brett driftsområde. Sådana värden uppnås för närvarande bara med betydligt större motorer, som de som används i kommersiella fordon, stationära eller marina applikationer. 45 procent är nytt rekord för personbilsmotorer. Som jämförelse, bensinmotorer har vanligtvis en verkningsgrad på 35 till 40 procent. GasOn-projektet har ännu inte behandlat avgasrening av en sådan motor; det finns fortfarande behov av ytterligare forskning, på grund av den magra förbränningsprocessen.

Övergripande, det har visat sig att gasmotorer har potential att uppnå liknande effektivitet som (betydligt större) dieselmotorer. Dessutom, de kan enkelt drivas med vilken blandning som helst av förnybar biogen eller syntetisk metan och därmed uppnå mycket låg CO ₂ utsläpp. De inblandade fordonstillverkarna är nu på väg att ta reda på hur resultaten av GasOn-projektet kan överföras till produktionsfordon.