Motorsymposium Wenen - De toekomst van de verbrandingsmotor

Schaalmodel van een e-Fuel fabriek

Zonne- en windenergie is schoon. Het probleem is, dat het vaak wordt opgewekt op plaatsen waar je het niet nodig hebt of op momenten die niet uitkomen. Je moet die energie dus kunnen opslaan en transporteren naar waar je het nodig hebt. Dat kan in grote warenhuizen met accu’s, het kan ook in woonwijken met storage-units. Maar je kunt het ook doen in brandstof. Je kunt met behulp van elektriciteit water ontleden in waterstof en zuurstof. Met waterstof en elektriciteit kun je CO₂ uit de lucht afbreken en weer een koolwaterstof bouwen, zoals methaan, propaan of vloeibare kool-waterstoffen. Dat heeft de bekende voordelen, zoals snel tanken en een groot actieradius vanwege de grote energiedichtheid.
In de automotive industrie gaat 48V technologie zijn intrede krijgen. Dat biedt veel voordelen ten opzichte van de traditionele 12V accu

48V in een notendop

Zeker interessant voor motorfietsen: de elektrische turbo Veel fabrikanten zijn daarmee bezig, zoals Audi en Ford. Qua well-to-wheel rendement verliest een verbrandingsmotor op e-fuel het “solo” van een BEV (Battery Electric Vehicle), maar niet als hij wordt gekoppeld aan een hybride systeem. “Dan wint de hybride het dubbel en dwars van een BEV”, aldus Günter Fraidel van AVL List. “De politiek moet dus niet puur op de BEV gokken, maar op een mix.” 

48 Volt

Hybridisering is dus noodzaak, zeker als je kijkt naar de fijnstof in de steden: 80% van de partikels is afkomstig van de remmen en de banden. Als je op een elektromotor remt en slechts af en toe op de remblokken, komt er 95% minder remstof in de lucht. Nu zijn hybrides er al lang, in soorten en maten, bij bijna alle automerken. Er zijn zelfs motorfietsen met hybridesysteem. Er is een Honda SH125 en SH150i met start stop. En er was een Piaggio MP3 hybrid. Daar kon je de “last miles” naar je bestemming zelfs puur elektrisch mee rijden. Verwacht hem terug in de komende jaren. Wellicht in iets andere vorm, in navolging van de auto-industrie. Die gaan namelijk gebruik maken van een 48 volt hybridesysteem. De reden daarachter is dat er bij een 12 Volt boordsysteem te hoge stromen moeten lopen, met warmteontwikkeling en energieverlies tot gevolg. Ook kunnen 12 Volt accu’s niet snel genoeg remenergie opslaan. Met hun inwendige weerstand zijn erbij 12 Volt geen hoge laadstromen mogelijk volgens de wet van Ohm (R=V/I). Bij 48 Volt gaat dat veel beter. 

Elektrische drukvulling

48 Volt is bij auto’s al realiteit. De nieuwe Golf 8 heeft bijvoorbeeld naast een 12V boordnet ook een 48V net, met een lithium-ion accu en een riem-aangedreven dynamo, die ook als startmotor dienstdoet. Deze dynamo kan (net als de elektromotor op de Piaggio) ook acceleratie ondersteunen, waardoor het maximum koppel 25% eerder wordt bereikt. Daarnaast kan het voor een lichte aandrijving zorgen als er met constante snelheid wordt gereden. Ook Audi gaat bij de nieuwe 3.0l V6 TDI-motor over op een 48 V-systeem. Dat heeft dan weer te maken met de toepassing van een elektrische inlaatluchtcompressor. Deze staat in serie met de uitlaatgasturbo en zorgt ervoor dat de laaddruk bij lage toerentallen met een factor 1,4 wordt vergroot. Dat levert een sterke koppelvergroting, al vanaf 500 tpm. In de toekomst zullen we ook vaak
Honda heeft al flink wat jaartjes een start/stop systeem 

Ook dit zal in de toekomst navolging gaan krijgen zien dat uitlaatgasturbo’s worden vervangen door een uitlaatgas-aangedreven generator, in combinatie met elektrische drukvulling. Een systeem dat ook voor motorfietsen interessant is, omdat een elektrische compressor geen turbo-lag heeft en al vanaf lage toeren maximaal kan blazen. Zo kun je een zuinige, kleine 400 cc-motor maken, die toch 100 pk levert en een beheersbare koppelkromme heeft, om maar even een voorzet te doen…

Variabele compressie

De heilige graal op het gebied van motorefficiëntie is variabele compressie. Hoe meer compressie, hoe zuiniger de motor. Maar als de compressie te hoog wordt, gaat de motor pingelen en gaat hij kapot. Pingelen doen motoren voornamelijk bij volgas. Daarom wordt de compressieverhouding van een motor bepaald door de pingelneiging bij volgas. Daardoor rijden alle motoren bij deellast met een te lage compressie. Tenzij je die compressie variabel kan maken. Dat hebben velen geprobeerd, maar de ideale oplossing is nooit gevonden. Tot nu toe, als het aan AVL ligt. Zij hebben samen met IWIS een drijfstang ontwikkeld, die langer en korter gemaakt kan. Dat gaat maar om een paar millimeter, maar toch. De bediening ervan loopt eigenlijk via de massatraagheid van de zuiger, waarbij de zuigerpen in de uiterste standen wordt vastgezet met behulp van oliedruk. De testmotor, die in een Audi ligt, draait bij deellast op een compressie van 12,5 : 1, bij vollast wordt deze met 8% verlaagd. Het levert een brandstofbesparing van 4% op, tot onder de 200 g per kilowattuur. De testauto loopt, de productie wordt inmiddels opgestart. Deze drijfstangen zijn in hun huidige vorm wat groot en zwaar voor in een hoogtoerige motorfiets, maar met een beetje doorontwikkelen…