211service.com
Een efficiëntere motor
Een nieuwe versie van de verbrandingsmotor, die het gasverbruik aanzienlijk zou kunnen verminderen, zou verrassend praktisch en gemakkelijk in te zetten kunnen zijn, volgens recente bevindingen van onderzoekers van MIT. Tests met een prototype op basis van de technologie, waarmee motoren kunnen schakelen tussen conventionele technologie en het nieuwe gasbesparende type verbranding, tonen aan dat er geen speciale brandstof voor nodig is, en dat motoren die deze technologie gebruiken goedkoop kunnen worden gemaakt van conventionele onderdelen.
Schoon branden: Een nieuwe vonkvrije gasmotor zou het brandstofverbruik aanzienlijk kunnen verminderen. In een conventionele motor (boven) wordt een mengsel van brandstof en lucht ontstoken door een bougie. In een diesel (midden) ontsteekt de brandstof wanneer deze in hete perslucht wordt geïnjecteerd. Een alternatief voor beide wordt homogene ladingscompressieontsteking (onder) genoemd. Hier wordt een mengsel van brandstof en lucht gecomprimeerd totdat het verbrandt. Omdat de brandstof en lucht voorgemengd zijn, verbranden ze gelijkmatiger dan in een dieselmotor en produceren ze veel minder roet en stikstofoxide.
De gasbesparende technologie, homogene ladingscompressieontsteking of HCCI genoemd, maakt gebruik van een vorm van verbranding die veel efficiënter is dan conventionele vonkontsteking. Onder bepaalde omstandigheden kan het het brandstofverbruik met 25 procent verminderen, zegt William Groen , een professor in chemische technologie aan het MIT die co-auteur was van de nieuwe studie. Dat lijkt erg op de efficiëntie van een dieselmotor, die ook verbranding bereikt door compressie in plaats van door een vonk. Maar in tegenstelling tot dieselmotoren resulteert HCCI in een meer uniforme verbranding en is dus veel schoner. Een systeem dat HCCI combineert met conventionele verbranding zou het brandstofverbruik gemiddeld met een paar mijl per gallon kunnen verbeteren, zegt Green.
Verschillende onderzoeksgroepen werken aan het nieuwe type verbranding. Zo heeft Volvo een hybride systeem gebouwd dat kan schakelen tussen conventionele vonkontsteking en HCCI. Sommige experts hadden echter verwacht dat het nieuwe type motor speciale brandstof zou vereisen.
Het MIT-onderzoek toont aan dat een HCCI-motor kan werken met alle soorten benzine die in Noord-Amerika worden verkocht, waardoor een speciale brandstof overbodig is. De onderzoekers testten een reeks verschillende benzines die in verschillende raffinaderijen werden gemaakt. Ze ontdekten dat de HCCI-motor minder gevoelig was voor de brandstof dan mensen hadden gevreesd, zegt Green.
Hoewel de HCCI verschillende prestatiebeperkingen heeft, kunnen deze worden aangepakt met behulp van een hybride benadering, waarbij een motor kan schakelen tussen HCCI en conventionele vonkontsteking. Door gebruik te maken van al in massa geproduceerde onderdelen zou het relatief goedkoop kunnen zijn om zo'n hybride te bouwen, zegt Green.
In conventionele benzinemotoren ontsteekt een vonk een mengsel van brandstof en lucht in een verbrandingskamer, waardoor een explosie ontstaat die een zuiger aandrijft. Hoewel dit zeer efficiënt gebeurt wanneer de motor hard werkt, is het minder efficiënt bij lagere belastingen, zoals tijdens het cruisen, wanneer er minder benzine in de verbrandingskamer wordt gepompt. Op deze momenten wordt, om de verhouding tussen brandstof en zuurstof geoptimaliseerd te houden, een gedeeltelijk vacuüm in de kamer gecreëerd. Het kost extra energie om dit vacuüm te maken, wat de efficiëntie van de motor vermindert.
De HCCI-technologie vermijdt het gebruik van een energieverspillend vacuüm. In plaats daarvan blijven hete gassen van een eerdere verbrandingscyclus in de kamer; de motor gebruikt een combinatie van warmte van deze hete gassen en warmte die wordt gegenereerd door het mengsel samen te drukken om de temperatuur zo hoog te krijgen dat het mengsel explodeert.
Maar als de temperatuur van de motor te laag is, zoals wanneer deze wordt gestart of onder zeer lage belasting wordt gebruikt, wordt het mengsel niet heet genoeg om te verbranden. En bij hoge belasting, wanneer de temperatuur hoog is, kan het mengsel te vroeg ontbranden, niet synchroon met het fietsen van de motor, wat een potentieel schadelijk fenomeen kan veroorzaken dat pingelen wordt genoemd. Verschillen in brandstoffen kunnen ook van invloed zijn op het moment waarop het mengsel precies verbrandt.
Het hybride systeem schakelt tussen de twee vormen van verbranding. Om dit te doen, moet de manier waarop de motor omgaat met verbrande gassen veranderen. Bij vonkverbranding worden de gassen door een open klep naar buiten geperst. In HCCI wordt de timing van het openen van die klep gewijzigd, zodat deze sluit voordat de gassen volledig ontsnappen, waardoor ze binnenin worden opgesloten.
John Heywood , een professor in werktuigbouwkunde aan het MIT die niet bij dit werk betrokken was, zegt dat HCCI uiteindelijk nog grotere voordelen zou kunnen bieden als onderzoekers manieren vinden om de motor aan te passen zodat ze hem voor een breder scala aan belastingen kunnen gebruiken. Bovendien kan het worden gebruikt in combinatie met andere gasbesparende technologieën die al op veel voertuigen beschikbaar zijn. De mate waarin HCCI kan worden gecombineerd met andere benaderingen, zou kunnen bepalen hoe wijdverbreid het wordt toegepast, suggereert Heywood.