Elteknik - viktigt för motorforskningen

Välkommen till Lunds Tekniska Högskolas nya motorlabb – ett av de ledande i sitt slag i världen. Här tar elmotorer i kolossalformat greppet om jättelika dieslar. Utan eltekniken skulle inte den tekniska forskningen på förbränningsmotorer komma särskilt långt.

– Det behövs inte bara eldrivna fordon i framtiden, utan också effektivare bensin- och dieselmotorer. Här hos oss jobbar de båda motorteknikerna – elmotorn och ottomotorn - tillsammans, berättar professor Bengt Johansson.

Det talas och skrivs väldigt mycket numera om elbilar, vätgasbilar, hybridfordon och andra tilltag för att minska energiförbrukning och klimatpåverkan. I skuggan av de stora satsningarna på elteknik pågår samtidigt en intensiv forskning på traditionella förbränningsmotorer och deras bränsleförbrukning. Ett av centrumen för sådan forskning är det nya motorlabbet på Lunds Tekniska Högskola – ett av de största fristående forskningslabben på det här området i vår del av världen.

Efter en omfattande om- och tillbyggnation, som ska vara klar om ett par månader, kommer motorlabbet i Lund att ha elva provplatser. Sex av dem är helt nya. Forskarna i Lund kan här göra tester med allt från personbilsmotorer till stora lastbilsdieslar och mindre fartygsmotorer. De provar olika typer av förbränningsrum och insprutningsstrategier, utvecklar motorer att köra dieselmotorer på bensin och mycket annat. När det är riktigt stora motorer som ska provas körs de bara på en cylinder – för att göra proverna billigare och för att inte kraven på bromskraft ska bli för stora.

Eltekniken spelar en viktig roll här i motorlabbet. De tillhandahåller nämligen den kraft som krävs för att ta upp energin från de provade motorerna. Ett motortest går till så att den testade motorn kopplas ihop med en stor elmotor som först får agera startmotor för att dra igång diesel- eller bensinmotorn och sedan övergår den till att ta upp motorns arbete.

– Elmotorn körs så att säga baklänges och fungerar då som generator istället, berättar professor Bengt Johansson, som leder arbetet på motorlabbet. I de nya provbänkarna handlar det om trepoliga elmotorer från ABB på 400 kW, riktiga ”bestar” som var och en matas med kraft via två 240 kvadrats elkablar. Kraften kommer från transformatorer på1,2 MW som var och en matar tre provplatser.

– Med den här tekniklösningen är vi faktiskt ganska stora elproducenter. Så stora att när vår hyresvärd Akademiska Hus fick klart för sig hur mycket kraft vi kommer att mata tillbaka ut i nätet så blev de förbluffade. De backade snabbt ur en diskussion de inlett med krav på att vi skulle särdebiteras för vår faktiska elförbrukning – istället för att ha elen inbakad i hyran som fallet är hos de övriga institutionerna i Lund, skrattar Bengt Johansson.

Mellan motorer och transformator finns omformare som fungerar som växelriktare när motorerna genererar ström. Omformare och transformatorer inhyses i aluminiuminklädda rum som inrättats i motorlabbets källarplan. Aluminiumskalet skyddar omgivande laboratorier och kontor mot elektromagnetisk strålning, EMF. Aluminiumskalet är omsorgsfullt rundat i hörnen, en detalj som ibland glöms bort när sådana här skydd inrättas, berättar Bengt Johansson.

– Med rätvinklade hörn finns risk att det bildas magnetfält som slipper igenom skalet, framhåller han.

I motorlabbets bottenplan är det trångt om utrymmet, så elmontörerna från Bravida Prenad har haft ett drygt arbete med att få de grova kablarna på plats utan att blockera den övriga verksamheten.

– Det här har varit ett ovanligt komplext projekt och ärligt talat visste vi inte riktigt hur vi skulle gå till väga för att få allt på rätt plats när vi började, berättar Andreas Nilsson från Bravida Prenad i Lund.

Bravida har ett förvaltningsavtal med Akademiska Hus i Lund så med det i botten kunde parterna ändå komma överens om ett upplägg för hur entreprenaden skulle regleras ekonomiskt i ett läge där förutsättningarna inte var helt klara.

– Vi har kört på löpande räkning med vissa takpriser inlagda för olika delprojekt, förklarar Andreas Nilsson.

Bravidas uppdrag har handlat om vanlig elinstallation i nya lokaler och i samband med ombyggnationer, samt om installationen av de kraftiga elmotorerna och all deras kringutrustning.

– Vi fick också styrentreprenaden, men där har vi jobbat med Schneider Electric som underleverantör. Och så har vi levererat utrustning för att mäta avgaser och satt upp ett antal gasdetektorer i motorlabbets stora bränsleförråd, tillägger Andreas. Han berättar att Bravidas uppdrag så här långt landar kring 11 miljoner kronor i ordervärde.

Det kan vara svårt att klara lönsamheten i så här komplicerade projekt, men Andreas Nilsson menar att han och hans medarbetare kommit underfund om hur också ett sådant här jobb kan göras lönsamt.

– Nyckeln ligger i upprepning. Det var ju flera likadana labb som skulle utrustas så vi fann ett bra system för hur vi skulle upprepa alla arbetsmomenten. Vi monterade till exempel exakt likadana skåp i alla provceller, använde samma lösning för montage av gasdetektorerna och så vidare. I provcellernas tak sattes demonterbara kabelstegar så att forskarna enkelt skall kunna rigga ny mätutrustning till olika provkörningar.

Tommy Petersen är eltekniker på motorlabbet. Hans jobb är framför allt att se till så att all elektronik fungerar. Han fixar till skåp och kablage till nya provuppställningar och gillar att jobba i en så här tekniskt avancerad elmiljö.

– Jag arbetar mycket med störningsbekämpning för att skydda de känsliga mätinstrumenten. Det kan handla om överhörning från frekvensstyrda motorer och sådant, berättar Tommy.

I fjorton år har han jobbat här i labbet och på den tiden sett hur den tekniska utvecklingen gått framåt.

– Det kommer hela tiden nya mätinstrument och nya mätmetoder. Eftersom mycket mäts i realtid och kraven på noggrannhet är extremt höga har numera datorerna flyttats in i labbet – det ger kortare kablar och säkrare realtidsvärden, förklarar Tommy Peterson.

FAKTA

Motorlabbet i Lund

• Fastighetsägaren Akademiska Hus har investerat 54 miljoner kronor i ny- och ombyggnation.

• Sex nya testceller har inrättats, fem äldre provplatser har samtidigt renoverats.

• Ett hypermodernt ventilationssystem har installerats. Det nya fläkthuset har kapacitet för 50 000 kubikmeter luft i timmen.

• En ny huskropp för övervakning av testcellerna har byggts.

• Ett externt bränslelager har byggts.

• Exteriört har ventilationsrör och speciella fasadmaterial gett byggnaden ett utseende som påminner om en bilmotor.

FAKTA

Förbränningsmotorns verkningsgrad

När det talas om verkningsgraden för en förbränningsmotor är det egentligen fyra olika verkningsgrader forskarna och andra har att ta hänsyn till:

1. Effektiv bränsleförbrukning.

2. Förluster via värme och tryck.

3. Förluster när gas ska växlas till värme.

4. Mekaniska förluster i konstruktionen.

Det är det här komplexa sambandet som gör att elmotorer alltid har avsevärt högre verkningsgrad än en förbränningsmotor. En bensinmotor har normalt 30 procent verkningsgrad, medan elmotorer ligger mellan 90-95 procent.

FAKTA

Stor potential förbättra bensin och diesel

Motorlabbet vid Lunds Tekniska Högskola har byggts om och till för totalt 54 miljoner kronor. Projektet är klart i slutet av januari, då det är tänkt att det nya motorlabbet ska officiellt invigas.

Då har labbet plats för ett tjugotal doktorander som kan arbeta vid elva olika provplatser. Sex av dem är helt nya och där kan forskarna arbeta skyddade från motorbullret i ljudisolerade kontrollrum, ett för varje provplats.

Lastbils- och personbilsmotorer står i centrum för forskningen här. En motor körs normalt i fem år innan det är dags att byta ut den. Under den tiden kan den utsättas för en mängd olika experiment och ombyggnationer för att testa olika förbränningstekniker och annat som påverkar motorns energi- och övriga prestanda. Ett enskilt experiment tar ungefär tre månader att utföra praktiskt och sedan behöver doktoranden lika lång tid till för att skriva sitt arbete.

På stora testjiggar är förbrännings- och elmotorn sammankopplade direkt via en axel. Alla elmotorer har dubbla axeltappar så att olika typer av mätutrustning ska kunna kopplas till också där. Hela jiggen vilar på luftkuddar som ska motverka vibrationer i byggnaden.

Studier av förbränningstekniker och förbränningsrum visar på stora förbättringspotentialer. I Lund har forskarna kommit upp i totala verkningsgrader på 50 procent i dieselmotorer. Det är en bra bit över de 43-44 procent som är normalt för sådana motorer eller de 30 procentens verkningsgrad som en bensinmotor vanligen har.

– Ett intressant område som vi arbetar med är att köra dieselmotorer på bensin. Vi har visat att det är möjligt att klara det, med rätt förbränningsinställningar och det är forskningsresultat som gett eko ute i Europa där det idag råder brist på diesel, berättar professor Bengt Johansson.

Bengt Johansson förklarar att hälften av verksamheten vid motorlabbet finansieras via statliga medel från energimyndigheten, resten svarar industrin för.

– Vi gör jobb för företag som Chevron, Caterpillar, Cummins och Toyota, liksom förstås för Volvo och Scania här i Sverige. En tredjedel av industriuppdragen är utländska, resten svenska.

Bengt Johansson är stolt över att leda ett motorlabb med gott internationellt rykte.

– Vi är inte bara störst i Sverige inom motorforskning utan motorlabbet här vid Lunds Tekniska Högskola är också globalt sett ett av de större universitetsbaserade motorlabben, konstaterar han.

Fler nyheter