Volvo glänser på dieselkalaset

Volvo glänser på dieselkalaset

Diesel väcker känslor. I till exempel USA och Sverige finns en utbredd tvekan och snarast misstro – en "försvarsposition" – mot dieseldrivna personbilar. I mellersta och södra Europa är dieseln sedan länge en självklarhet och en väsentlig bas för biltillverkarna.

Volvo har nu gjort sin tredje "attack" på dieselmarknaden. Nu handlar det om att i hårdaste konkurrens marknadsföra en effektiv och modern motor – att sälja och ta upp kampen om viktiga marknadsandelar, men också om att visa myndighetspersoner och kunder på mer negativa marknader att dieseln verkligen är en utomordentlig drivkälla.

Den tekniska projektledaren för Volvos egenutvecklade aluminiumdiesel, Jan-Erling Rydquist, analyserar i denna artikel diesel i förhållande till bensin.

Jan-Erling Rydquist har varit utvecklingsingenjör på Volvo i över 30 år och har arbetat inom motorutvecklingen i många av dessa år.

- Jag har sett hur svårt och utmanade det varit på bensinsidan när det gällt att hitta lösningar för att uppfylla de sedan 1970-talet kontinuerligt skärpta miljökraven. Jag vet hur mycket utvecklingsarbete det inneburit att komma ner till dagens extremt låga utsläppsnivåer, som till och med kan vara under noll för kväveoxider – tack vare PremAir™, som faktiskt renar luften genom motorn!

- När jag lockades över till att ansvara för definition och framtagning av en egen dieselmotor, blev det en lika stor utmaning. De senaste åren har dieselutvecklingen närmast inneburit en revolution, som det är fantastiskt att vara med om. Det händer drastiska framsteg med avseende på teknik och egenskaper varje år och ribban höjs ideligen.

- Vi, som varit med om den intensiva och långa utvecklingen på bensinsidan, är extremt motiverade att "köra samma lopp" igen, säger Jan-Erling Rydquist. Att utveckla miljövänliga dieselmotorer är ett ytterst intressant och utmanade ingenjörsarbete, och jag anser att det är sundare att lösa problemen och jobba fram bra lösningar än att "ta avstånd och vänta och se".

Tydlig vision

- Visionen hos både lagstiftare och motorbranschen är ganska likartad. Inom cirka tio år ska dieseln i stort sett vara ikapp bensinmotorn på varje punkt. Utmaningen på bensinsidan, som ju nått mycket långt med avseende på minimering av avgasutsläpp, är för närvarande istället att minska förbrukningen – något som dieseln grundläggande är mycket bättre på. Det innebär avsevärt lägre utsläpp av växthusgasen koldioxid.

Jan-Erling Rydquist säger att det i debatten är svårt att visa att man är objektiv. Samtidigt har han så stor tilltro till dieseln, att han säger att produkten sannolikt själv kommer skapa en attitydförändring på idag "negativa" marknader.

Men han påpekar också att man inte ska glömma bort det faktum att dieselns realistiska marknadsandel påverkas av totalförbrukningen av olja i framförallt många kalla länder. I till exempel Sverige eldas mycket olja av dieseltyp för att få värme. En enda villa kan på ett år förbruka bränsle som motsvarar upp till tio tusen mil med en dieseldriven bil.

Vad gäller den mycket blandade synen på källor till avgasutsläpp, nästan ryser han när han nämner alla de hus som värms upp med vedeldning. Sådan förbränning, med mycket begränsad teknikhöjd, kan i sig ge utsläppsnivåer som är avsevärt högre än för moderna fordon.

Dålig kunskap

Men visst är diesel underlägset prestandamässigt, undrar den skeptiska. Visst är den svår att starta i kallt klimat, visst knackar och bullrar den och visst är bränslet ett evigt kladdande? Visst släpper en diesel ut mer föroreningar, framför allt mer partiklar?

Jan-Erling Rydquist har hört allt detta många gånger. Han skakar inte ens på huvudet, utan förklarar, lugnt och sakligt vad en modern dieselmotor innebär.

- I Sverige pågår en politisk-teknisk diskussion av berörda myndigheter och politiker. Jag påstår att kanske 20 procent av beslutsfattarna verkligen är väl pålästa, men givetvis finns misstron, främst baserad på erfarenheter av gammal dieselteknik. Missuppfattningarna är därmed legio, anser han.

- De flesta – precis som i USA – går också på vad "magen" säger. Man är kvar i tron att dieseln är dålig i kyla, att den bullrar, luktar illa och ryker och försurar miljön. Det finns så många associationer till något negativt. Jag gissar att 6 av 10 fortfarande är negativa.

Mycket lägre utsläpp

Han säger att halten kväveoxider är 75 procent lägre än i början av 90-talet. För kolväten och koloxid är halterna i nivå eller lägre än från bensinmotorn och för den hatade växthusgasen koldioxid är utsläppen upp till 30-40 procent lägre, beroende på körförhållandena. Däremot är utsläppen av partiklar större från en diesel. Man skall dock samtidigt notera att partikelutsläppen reducerats med nästan 90 procent jämfört med början av 1990-talet och att reduktionen fortsätter.

- Vad gäller de absolut finaste partiklarna kan man se att dieseln till och med är något bättre, säger Jan-Erling Rydquist. Som helhet ska man komma ihåg att vi ändå talar om mycket små mängder och att man måste se på helheten när det gäller att på bästa sätt skydda miljön, anser Jan-Erling Rydquist.

- Vissa komponenter på miljöområdet är bättre för bensinmotorn, men inte när det gäller påverkan på den globala uppvärmningen.

Han säger också att utvecklingen gått så snabbt, att om en ägare av en bensindriven bil av 1996 års modell byter till en motsvarande diesel av 2003 års modell, blir resultatet totalt sett bättre miljövärden.

Åtgärder för att öka mobiliteten i många områden, skulle också ge bättre resultat än vad en minskning av partiklarna i dieselavgaser skulle innebära.

Många lika delar

Han säger att Volvos bensin- och dieselmotorer uppbyggnadsmässigt och mekaniskt är ganska lika. Motorblock, vevaxlar, sumpar och andra delar är av likartad konstruktion – det är ett viktigt inslag i Volvos filosofi, att ha så stor modularitet som möjligt.

Det innebär stora fördelar med en avsevärt enklare och rationellare produktion i motorfabriken i Skövde, liksom inte minst vid installation av motorer i bilar vid Volvo Personvagnars olika sammansättningsfabriker.

Å andra sidan, är det avancerade dieselinsprutningssystemet betydligt dyrare, liksom kolvar, vevstakar och cylinderhuvudet. Dessa måste klara påkänningarna genom dieselns högre tryckförhållanden, höga förbränningstryck och annorlunda termiska belastningar.

- Turboaggregaten är också dyrare, säger Jan-Erling Rydquist. Vi använder den bästa turboteknik som finns, med effektiva variabla ledskenor som kan styras kontinuerligt för att ge turbon bästa arbetsförhållanden vid varje last och varvtal. Eftersom dieselns avgastemperatur (maximalt cirka 800°C) är ca 200 C lägre än för bensinmotorer, innebär det att man kan ha en exklusivare teknik och bättre överladdningssystem i dieselmotorer. Bensinmotorerna är för närvarande begränsade till turbo med wastegateteknik. Det begränsar också det möjliga urvalet materiallegeringar för en sådan turbo.

Samma pris på bilen

Trots att dieselmotorn är dyrare att tillverka, har Volvo i Sverige valt att ha samma pris på en dieselbil som motsvarande bensindrivna modell (Volvo V70 2,4T med 200 hk motsvaras till exempel av D5:an med 163 hk).

- Dieselns bättre överladdning gör den effektivare och bättre – motorn kan nå den högsta vridmomentnivån från så lågt varvtal som 1700 rpm. Detta är ett faktum, som ger praktiska prestanda och en lättkördhet. Det driver försäljningen i främst Kontinentaleuropa med dess snabba motorvägar och det gör förstås dieseln till en förnämlig dragbil.

- En bensinturbo är vid normalt körsätt också mycket effektiv, men den kan vid mycket hård körning dra relativt sett mer bränsle. Dieseln är mer specifikt effektiv också vid ett hårdare och aggressivt körsätt. Dess höga kompression och effektiva direktinsprutning, kombinerat med hög effektivitet för kompressor och turbin, innebär positiva faktorer som alltid gör dieseln effektivare, oavsett körfall och körsätt konstaterar Jan-Erling Rydquist.

- Dieseln har inte heller någon begränsning av bränslet som bensinturbomotorer har, där finns till exempel ingen risk för knackning – den går faktiskt bara bättre ju högre trycket är.

För att ytterligare puffa för den moderna dieselns konkurrensförmåga har Volvo, tillsammans med Bosch, utvecklat en 250 hk stark version av en Volvo S60, som med stor framgång deltar i den svenska tävlingsserien "S60 Challenge".

Diesel är basen i Europa

- Medan Volvo bara har haft en egenutvecklad dieselmotor i något år, har de europeiska konkurrenterna sedan länge intagit en helt annan syn på dieseln, säger han och ger franska PSA (Peugeot-Citroën) som exempel:

- Där arbetar hälften av motorkonstruktörerna med dieselmotorutveckling – vi har ännu bara en liten andel. I tillverkningen är mer än hälften av deras bilar dieseldrivna. De stora dieselmotortillverkarna positionerar också sina motorprogram utifrån prestanda, och där finner man att diesel ofta finns med som huvudutbud. På motorvägarna i Europa blir en diesel oftast mer lättkörd, med dess goda prestanda och låga förbrukning. Det förstärks av att bensinbilarna oftast är sugmotorer med högre effekt, men med lägre vridmoment. Det innebär för samma framfart ett flitigare växlande och – en högre förbrukning.

Turbotradition

Jan-Erling Rydquist påpekar att de båda svenska biltillverkarna har en väl inarbetad tradition av turboladdade bilar. På bensinsidan säljs mer än 40 procent av bilarna med turbo för Volvos del och för Saab är andelen ännu högre.

- Svenska kunder är därför ganska vana vid turbomotorer – de vet redan att bilen är lättkörd med turbo, har hög effekt och bra vridmoment. Därför skulle kunderna här också ha väldigt lätt för att gå över till diesel, säger han med ett leende. Då är skälen att byta främst driftsekonomiska.

På den punkten skulle mycket tala för dieseln, även om man inte kör många tusen mil per år. Bilarna kostar lika mycket och dieseln drar kanske 30 procent mindre bränsle, som också är någon krona billigare per liter. Men – så är det myndigheternas inställning. Medan fordonsskatten för en V70 2,4T är 1.700 kr årligen, kostar dieseln 7.000 kr. Halva vinsten försvinner i skatt och varför ska man då byta bil?

Tiden är mogen

Jan-Erling Rydquist tror att tiden nu ändå är mogen för ökad dieselandel i Sverige.

- Diesel kanske på längre sikt kan bli aktuell även i USA, tror han. Främst med attraktionen att den är snålare och inte behöver tankas så ofta. (Det senare är något som oftast innebär en riskexponering och osäkerhetskänsla hos många kunder däröver). Dessutom har bilparken många relativt tunga fordon.

- Många steg behöver dock tas, med en mycket stor satsning på forskning och utveckling för att klara de mycket hårda framtida lagkraven för dieselutsläpp. Dessutom behöver mycket göras med avseende på bränslekvalitet, infrastruktur, avgasefterbehandlingsteknik, marknadsutveckling och så vidare, innan det kan bli en realitet.

- Utvecklingen drivs av det som sker i centrala och södra Europa, säger han. Liksom av den extremt snabba teknikutveckling vi sett under 1990-talet och som nu fortsätter i accelererad takt. Om bara kunderna, liksom politiker och beslutsfattare, inser reella fakta – att dieseln är väl så bra som bensinbilen, med totalt sett bättre miljövärden och avsevärt bättre driftsekonomi – ja då får vi en boom även här, och på sikt kanske också i USA. Om trenden vänder där, då kan det gå relativt fort.

- Se bara på bilföretagens introduktioner av nya SUV-fordon. Där finns i Europa alltid diesel med som alternativ från början. Bland dessa bilar finns nu också de verkligt stora tekniska möjligheterna till bra bränsleekonomi, utan avkall på prestanda.

Lättviktsmotor

Han säger att tidigare stora skillnader i vikt nu nästan är borta. Volvos dieselmotor är, liksom bensinmotorerna, tillverkad av aluminium. Den väger bara 185 kg, fullt "påklädd", medan bensinmotorn endast är 15 kg lättare. Kallstart är inget problem idag och dieselbullret, särskilt vid kallstart, stör knappast någon. Vid körning hörs det sedan nästan ingen skillnad mot en bensindriven bil invändigt. Kladdet vid tankning är också med dagens bättre kvaliteter något av ett minne blott.

- Dagens motor klarar förstås EU III-kraven från 2001, säger Jan-Erling Rydquist. Det går med hjälp av modernaste förbränningsteknik och variabel turboöverladdning, samt efterbehandling genom elektroniskt kyld EGR och katalysator. Till nästa steg, EU IV från 2005, skall utsläppen i stort halveras och då kommer ytterligare åtgärder att krävas, till exempel avsevärt förbättrad förbränning och motorstyrning.

- Även ny teknik, som partikelfilter, kan bli aktuellt. Dock återstår mycket utvecklings- och verifieringsarbete innan man har lösningar framme, som uppfyller rimliga krav med denna mycket lovande teknik.

- En viktig del för att kunna nå mycket låga avgasutsläpp, är renare bränslen. För avancerade reningstekniker krävs att svavelhalterna i dieseloljan sänks så mycket som möjligt. Nuvarande nivåer försämrar avancerade dieselkatalysatorer alltför mycket vid höga miltal.

- Reduktion av utsläpp har kontinuerligt skett i hög grad. Redan idag är mängden partiklar från bromsar och däck faktiskt större än mängden partiklar från dieselavgaser, hävdar Jan-Erling Rydquist. I stora städer, till exempel Berlin, kommer hela 80 procent av partiklarna i luften från annan mänsklig aktivitet än trafiken.

Kom sent, men syns på festen

Han säger att utvecklingen av Volvos första egna dieselmotor bara tog cirka 40 månader. Några av huvudkraven – som 50 kW per liter specifik effekt, samma höga vridmoment på 340 Nm som de starkaste bensinmotorerna (och det redan från 1750 rpm!) samt förmågan att klara det mycket höga förbränningstrycket i en lätt och mycket stark aluminiumstruktur – det krävde från första stund mycket användning av modernaste utvecklingstekniker, i form av avancerade beräkningar, simuleringar och analyser. Dessa verktyg är numera så avancerade att man till och med i viss utsträckning kan göra "livslängdsanalyser" på tänkbara kritiska systemlösningar och komponenter redan i datorn. Det sparar mycket utvecklingstid och ger säkrare lösningar.

Utvecklingen av den nya dieseln med dess avancerade teknologi har också skett litet i form av ett "race" med marknadens alla konkurrenter. Bland annat blev Volvo första dieselmotor i serieproduktion med Common Rail-system av Bosch Gen II-typ med 1600 bars tryck.

- Volvo kom sent till festen, men det märktes när vi kom, sammanfattar Jan-Erling Rydquist och syftar, inte minst, till de reaktioner motorn mött i till exempel tysk press.

Bildtexter:

1. Jan-Erling Rydquist, tidigare projektledare för utvecklingen av Volvo Personvagnars första egna dieselmotor.

2. och 3. Volvos 5-cylindriga, tvärställda dieselmotor i aluminium, är en av marknadens effektivaste motorer med avseende på vikt och prestanda.

4. Volvodieseln har ett mycket lätt "open deck" motorblock i pressgjutet aluminium med slitstarka ingjutna järnfoder.

5. Volvos dieselmotorer har en turbo av VGT-typ (variabel turbingeometri) – det mest avancerade som finns idag.

6. y 7. Volvos dieselbilar trivs utmärkt på alla slags vägar.

FILER

Cylinderhuvudet med fyra ventiler och kolven.

Nerkylda avgaser återförs till förbränningen i form av ett elektroniskt styrt EGR-system. Det reducerar effektivt kväveoxidutsläppen

Volvos dieselmotor är världens första motor med Bosch andra generation Common Rail insprutningssystem. De solenoid-styrda insprutningsmunstyckena arbetar med upp till 1600 bars tryck.

Fakta om Volvos dieselmotorer

Typ: 5 cylindrar i rad, 2,4 liters volym (81 x 93,2 mm), helt i aluminium, tvärställd, benämning D5244T

Effekt: 163 hk (120 kW; alt. 50 kW/l specific power) vid 4000 v/min

Vridmoment: 340 Nm vid 1750 v/min

Kompression: 18:1

Komplett vikt: 185 kg

Maximal längd/bredd/höjd: 601/547/594 mm

Bränslesystem: Bosch common rail, generation II, max 1600 bar tryck

Ventilsystem: 4 ventiler per cylinder, dubbla överliggande kamaxlar

Emissionssystem: Elektroniskt kyld EGR, oxiderande katalysator

Acceleration 0-100 km/tim: Ex. Volvo S60 man: 9,5 sek

80-120 på högsta växeln: 9,5 sek

Bränsleförbrukning (en. EU:s cykel för blandad körning): 6,3 l/100 km

Emissionsnivå: Godkänd enligt EU III (2000)

Toppfart: 210 km/tim (elektroniskt begränsad)

Serviceintervall: 20.000 km

(Motorn finns också i en variant med 130 hk (96 kW) effekt och 280 Nm vridmoment)