211service.com
De tweetaktmotor, heroverwogen
EcoMotors International, een startup gevestigd in Troy, Michigan, heeft een nieuwe benadering van een oud idee - de tweetaktmotor - waarvan het zegt dat het tot 50 procent efficiënter is dan de meeste voertuigmotoren en veel minder vervuilt dan een conventionele tweetaktmotor motor.
Testen, testen: EcoMotors heeft vijf generaties van zijn OPOC-motor gebouwd en getest en verwacht deze maand een zesde te gaan testen.
Het bedrijf ontving onlangs een gezamenlijke investering van $ 23,5 miljoen van Bill Gates en Khosla Ventures. Dat geld gaat naar de ontwikkeling van EcoMotors' motor met tegengestelde zuiger en cilinder (OPOC). De motor gebruikt twee zuigerbewegingen per cyclus in plaats van vier, en elke cilinder bevat twee tegenover elkaar liggende zuigers in plaats van één. Een enkele krukas zit tussen paren cilinders. Het ontwerp is gebaseerd op een nauwkeurige geautomatiseerde controle van alle componenten.
Een conventionele automotor heeft vier zuigerbewegingen of slagen nodig om door inlaat, compressie, verbranding en uitlaat te gaan. In een tweetaktcyclus worden deze fasen voltooid met slechts twee zuigerbewegingen, waardoor twee keer zoveel krachtslagen per omwenteling worden geleverd en er minder onderdelen nodig zijn. Maar tweetaktmotoren hebben de neiging om meer onverbrande brandstof in de uitlaat uit te spuwen, daarom kwam het viertaktontwerp vaker voor.
Door twee zuigers in elke cilinder te plaatsen, hoeft elke zuiger ook maar half zo ver te reizen als normaal in een tweetaktmotor, waardoor de motor sneller kan draaien. Het hebben van half zoveel onderdelen als een conventionele motor (de OPOC heeft geen cilinderkop- of kleppentreincomponenten en heeft minder lagers) helpt wrijving en warmteverlies te verminderen. Deze factoren, gecombineerd met een lange lijst van verbeteringen van 1 en 2 procent op andere gebieden, zegt Don Runkle, CEO van Ecomotors, zorgen voor een efficiëntieverbetering van 15 procent.
Runkle zegt dat verschillende technologieën hebben bijgedragen aan het verminderen van de uitstoot van de tweetaktmotor. Ten eerste zorgt een elektrische turbocompressor voor een variabele compressieverhouding, waarbij de inlaatdruk die naar de cilinders van de motor wordt gevoerd, wordt gevarieerd om de efficiëntie te maximaliseren. Ten tweede helpt een benadering die asymmetrische poorttiming wordt genoemd - de inlaat- en uitlaatpoorten op verschillende tijdstippen openen - de efficiëntie van de gasuitwisseling te verbeteren. En ten derde verbeteren hogedrukinjectie en geautomatiseerde injectiecontrole de algehele efficiëntie van de cyclus. Hoewel het tegenwoordig niet ongebruikelijk is in andere motoren, zegt Runkle, is deze technologie nu veel beter dan wat bestond toen velen van ons probeerden tweetaktmotoren te laten werken in de afgelopen jaren.
De basis OPOC-motor bestaat uit twee cilinders aan weerszijden van een krukas. Meerdere motoren of modules kunnen samen worden gebruikt om het brandstofverbruik van een voertuig met maar liefst 45 procent te verhogen. Naast de efficiëntiewinst van de motor zelf, kunnen extra modules worden gedeactiveerd wanneer ze niet nodig zijn. Sleutel tot het ontwerp is een elektrisch gestuurde koppeling, die een module ontkoppelt wanneer dat nodig is. Sommige moderne V8-motoren hebben cilinderuitschakeling, maar de zuigers blijven draaien vanwege hun verbinding met de krukas, wat resulteert in wat bekend staat als parasitair verlies.
Afbreken: Elke motormodule heeft een paar tegenover elkaar liggende cilinders en een enkele krukas ertussen. Twee zuigers in elke cilinder bewegen in tegengestelde richting.
Giorgio Rizzoni, directeur van het Center for Automotive Research aan de Ohio State University, zegt dat de OPOC-motor eruitziet als een combinatie van verschillende ideeën, die geen van alle absoluut revolutionair zijn. Motoren met tegengestelde zuigers zijn gebruikt in vliegtuigen en motorfietsen, merkt hij op, terwijl elektrische turbocompressoren al jaren bestaan als een manier om de prestaties van turbomotoren te verbeteren. Wat Rizzoni als anders opvalt, is de synthese van oude ideeën in de nieuwe motor, gecombineerd met een opstelling met twee zuigers.
EcoMotors, die een ontwikkelingsovereenkomst van $ 18 miljoen veiliggesteld met de in China gevestigde autoleverancier Zhongding in mei, is een van de vele jonge bedrijven die werken aan het updaten van de verbrandingsmotor, vooruitlopend op de strengere normen voor brandstofverbruik. Een aantal van hen, waaronder het in San Diego gevestigde Achates macht , zijn gericht op tweetaktarchitecturen. Halverwege de jaren 90 dachten mensen dat tweetaktmotoren echt niet aan de emissienormen konden voldoen, zegt David Johnson, CEO van Achates.
Dave Hurst , een senior analist bij Pike Research, gespecialiseerd in energietechnologieën, zegt dat de grootste uitdaging voor elke startende motor die innovaties in licentie wil geven aan grote autofabrikanten, is dat deze potentiële klanten motoren als hun kerntechnologie beschouwen, en daarom eerder geneigd zijn om zelf nieuwe motoren ontwerpen.
Op dit moment, zegt Runkle, werkt EcoMotors aan het verfijnen van het verbrandingsproces van de motor en het bepalen van emissies, efficiëntie en vermogen in alle mogelijke omstandigheden. De meeste autobedrijven, legde hij uit, zullen die gegevens willen zien voordat ze de sprong wagen om de technologie van EcoMotors te implementeren.
Hoewel EcoMotors ernaar streeft licentie- en co-ontwikkelingsovereenkomsten te sluiten, hoopt het bedrijf ook op zijn minst een deel van de productie zelf te doen. EcoMotors heeft heeft $ 208 miljoen aan leningen aangevraagd bij het Amerikaanse ministerie van Energie om die inspanning te ondersteunen, en volgens Runkle verwacht het bedrijf in de komende twee of drie jaar in productie te gaan.