AMT.nl - 25% zuiniger met drukgolfcompressor?

25% zuiniger met drukgolfcompressor?

dinsdag 9 oktober 2007

Naarstig op zoek naar schoner én zuiniger motoren, kiezen constructeurs nu vaak voor downsizing. Dus kleine, maar sterke krachtbronnen. Om drukvulling kun je dan niet heen, wat emissietechnisch bijzondere eisen stelt aan de EGR. Volgens het Zwitserse Wenko is het daarom tijd voor hun Hyprex-drukgolfcompressor. Mooie techniek, maar ook realistisch?

Een jaar of tien geleden waagde Mazda een experiment met de 626 2.0D Comprex. De enige in grotere aantallen geproduceerde auto die ooit gebruik maakte van drukgolfoplading. Rond diezelfde tijd ontstond het zwaar door Greenpeace onder de aandacht gebrachte ‘SmILE’-prototype, ook met zo’n drukgolfcompressor.
Wenko AG Swissauto deed veel ontwikkelingswerk voor die SmILE, een milieutechnisch sterk geoptimaliseerde Renault Twingo. Tot op de dag van vandaag zetten ze de ontwikkeling van de drukgolfcompressor voort. Hun versie heet Hyprex.

Uitlaatgas drukt lucht weg
Oorspronkelijk werkte Asea Brown Boveri de Comprex-drukgolfcompressor uit. Het gaat om een draaiende trommel die over zijn lengte in compartimenten is verdeeld. Aan de ene kant heeft het trommelhuis in- en uitlaatpoorten voor lucht, aan de andere kant poorten voor uitlaatgas.
Het draaien van de trommel, aangedreven vanaf de krukas, zorgt voor de timing van de in- en uitlaten. De bedoeling is dat elk compartiment zich eerst vult met lucht, en vervolgens langs een poort komt waarop de motoruitlaat is aangesloten. De drukgolf van het uitlaatgas stuwt de lucht weer uit de trommel.
Waar het op aan komt is dat de draaiende trommel op tijd een poort passeert die de opgestuwde lucht naar de motor leidt. En dat op tijd die poort voorbij is zodat het uitlaatgas niet mee in de motor stroomt. Dat uitlaatgas stuit dan terug door het compartiment en komt door een volgende poort in de uitlaatpijp.

Voor- en nadelen
U voelt wel aan dat het precies op tijd openen en sluiten van de compartimenten in een Comprex een zeer lastige opgaaf is. Zeker als dat ook bij wisselend toerental goed moet blijven werken.
Voordelen zijn er ook. De Comprex levert al bij laag toerental druklucht aan de inlaat. Veel beter dan een turbo. Terwijl nauwelijks aandrijfvermogen nodig is, zoals een mechanische compressor vraagt, om bij lage motorlast al goed in de inlaat te blazen.
Een Comprex wordt niet zo heet als een turbo, hoeft geen extreem hoge toerentallen te draaien, is dus mechanisch niet moeilijk te maken.

Elektrisch aangedreven
De Hyprex waar Wenko noest aan doorontwikkelt verschilt doordat de aandrijving elektrisch is gemaakt. Dan openen zich betere mogelijkheden voor de timing van dat uiterst belangrijke in- en uitlaatspel in deze compressor.
Met elektrische aandrijving wordt het toerental van de compressor exact regelbaar, bovendien onafhankelijk van het motortoerental. Zo is de Hyprex een verbeterde Comprex.
Alleen daarmee kom je er niet. Er is ook nog een regelklep die een omloop voor het uitlaatgas vrijgeeft. Turbotechniek dus: een soort ‘wastegate’. Zo heb je nóg een regelmogelijkheid.

Natuurlijke EGR
Tegenwoordig wordt het ook een voordeel dat je uitlaatgas achter de druklucht aan naar de motor kunt laten stromen. Gewoon de poorten iets anders timen. Natuurlijke recirculatie van uitlaatgas is een uitkomst.
Als je kleine motoren met drukken tot 3 bar gaat aanblazen, om er volwassen prestaties uit te persen, kan de verbranding erg heet worden. Dat levert teveel NOx op. Dus moet je koelen met uitlaatgas, zoals ook bij diesels de verbranding door bijmengen van uitlaatgas koeler wordt gemaakt.
Maar zo wordt het nóg lastiger om te zorgen dat de drukgolven van het uitlaatgas precies op tijd door de compressor lopen.

SAVE-motoren
Swissauto verdient de kost met verkoop van kleine motoren, vooral voor karting, maar ook voor sneeuwscooters en jetski’s. Wenko is de kern van dat bedrijf die zorgt voor motorontwerpen. Het SAVE-project gaat over downsizing, met gebruik van de Hyprex-compressor.
De opzet is om bestaande motoren te verkleinen, en met Hyprex de prestaties op peil te houden. Dat zou 25% brandstofbesparing opleveren. Wenko spiegelt voor dat een Hyprex-motor 90 tot 100 kW per liter inhoud kan leveren, en vanaf 1500 t/min een koppel van 190 tot 210 Nm per liter inhoud.

Idee met toekomst?
In het vroegere SmILE-project kwam uit een 360 cc tweecilinder boxer met Hyprex-compressor een vermogen van 40 kW. Het verbruik lag rond 3 l/100 km. Maar we spreken dan van begin jaren ’90, met Euro 2-uitlaatgaseisen. Toen al voorzag Wenko dat bij Euro 3 het verbruik naar 3,5 l/100 km zou oplopen.
Met de Comprex is het nooit wat geworden. Het werkte wel, maar niet beter dan een turbo of mechanische compressor. Dankzij elektronische regeling kan de Hyprex het beter doen. Maar het blijft een enorme opgaaf om het drukgolfeffect in de compressor via toerental en omleiding van uitlaatgas precies naar behoefte te regelen.
De universiteit van Zürich helpt mee met onderzoek. Toch besloot Volkswagen, om wat te noemen, liever voor zijn 1.4 TSI een combinatie van turbo en mechanische compressor toe te passen. Ook al vergde een vloeiende overgang tussen de werkgebieden van beide compressoren veel studiewerk. Gewoon eigenwijs, niks van een ander willen aannemen? Of is het regelen van een Hyprex-installatie een nog groter probleem?

Peter Fokker (Redactie Auto & Motor TECHNIEK)