AMT.nl - BMW produceert stroom uit warmteverlies

BMW produceert stroom uit warmteverlies

Als je de energiebalans van een verbrandingsmotor bekijkt, ziet dat er eigenlijk nogal treurig uit. Van de verbrandingswaarde in de toegevoerde brandstof gaat tweederde verloren in warmte. Er is een enorme winst te halen, als je dat kon gebruiken. BMW heeft interessante ideeën in ontwikkeling. Misschien kan het elektrisch systeem helemaal op afvalwarmte draaien! Hoe werkt deze techniek en welke besparing is mogelijk?

Een isolerend jasje om de motor zou heel wat koude starts kunnen besparen, en daarmee een stuk extra brandstofverbruik wegnemen.

Dat een motor flink wat warmte produceert merk je aan het koelsysteem. Een kringloop met een forse plas vocht, en een kloeke radiator. Daarnaast verdwijnt heel wat heet gas uit de uitlaat, gas waarmee een turbo roodgloeiend gestookt kan worden.
Met ‘warmtemanagement’ wil BMW een nieuwe dimensie toevoegen aan zijn EfficientDynamics. Er zijn ideeën uitgewerkt om direct en indirect de afvalwarmte van de motor nuttig te maken.

Koude start vermijden
Een autotechnicus weet dat een koude motor niet goed is. De olie is dik, de katalysator werkt nog niet, en er moet extra brandstof in om goede ontsteking te krijgen. Van alles wat aan kwalijk uitlaatgas in een test wordt gemeten ontstaat het merendeel bij de koude start, niet tijdens de rijcyclus.
Om extra brandstofverbruik en vuil uitlaatgas te vermijden zou de koude start uitgebannen moeten worden. Scheelt ook in motorslijtage en mechanisch verlies, die het grootst zijn bij koude olie.
Een oplossing is volgens BMW om de motor met een geïsoleerd pak te omgeven, zodat hij na het afzetten langer warm blijft. Een modern koelsysteem is sterk genoeg om oververhitting te voorkomen als de motor loopt.

Hier wil BMW thermo-elektrisch stroom maken, in de watergekoelde EGR-leiding tussen in- en uitlaat.

Voor- en bijverwarming
BMW slaagt erin om hiermee een motor twaalf uur na het afzetten nog op 40 graden te hebben. Per graad boven koudstart-temperatuur win je volgens BMW 0,2% brandstofverbruik.
Een niet zo koude start betekent verder dat de interieurkachel sneller op gang komt. Ook het koelsysteem is nog een beetje warm, en de motor komt erg snel op werktemperatuur. Op deze koers doorgaand zou ook uitlaatwarmte direct gebruikt kunnen worden om te helpen bij de interieurverwarming.
Vooral bij direct ingespoten diesels kan dat veel uitmaken. Die warmen traag op, hebben vaak een elektrische bijverwarming die wel 1000 watt kan verbruiken terwijl de motor opwarmt. Om die 1000 watt uit het elektrisch systeem te kunnen halen moet de motor, alle verliezen meegerekend, 2000 watt mechanische arbeid in de generator steken.
Gebruik van uitlaatwarmte, met een warmtewisselaar vlak achter katalysator of roetfilter, kan naar overtuiging van BMW heel die elektrische bijverwarming overbodig maken.

Stroom uit de EGR
Al een jaar geleden liet BMW officieel weten bezig te zijn met een TEG, thermo-elektrische generator. Dat is in de kern een materiaal waarin stroom gaat vloeien als het aan één kant koud en aan de andere kant heet wordt.
Voor de hand ligt om zulk materiaal op de hete uitlaat te plakken, met rijwindkoeling op de andere kant. Een tweede, effectievere inzet heeft BMW nu uitgewerkt in de EGR-koeler. Die krijgt heet gas direct uit de uitlaatpoorten toegevoerd, en heeft een aansluiting op het koelsysteem. Hiermee kan een groter temperatuurverschil op het TEG-materiaal gezet worden.
Daaruit wil BMW 250 watt stroomopbrengst oogsten. Genoeg, zeggen ze, voor de helft van het stroomverbruik in een 5 Serie-model. Stroom die dan niet uit de generator hoeft te komen, we zagen eerder al dat die daarvoor ook nog het dubbele aan mechanische energie opneemt. Het kan daarom tot wel twee procent schelen in brandstofverbruik.

CAD-tekening van de EGR-warmtewisselaar, waar in het rode deel de TEG-stroomopwekking verwerkt zit.

Dubbel nut
Hiermee stapt men niet af van een TEG in de uitlaat. Die zou er ook nog bij kunnen, waarmee de totale stroomopbrengst naar 1000 watt op te voeren zou zijn. Met als leuke bijwerking dat het proces omkeerbaar is.
Door stroom op de TEG te zetten kun je de uitlaat opwarmen. Komt het toch tot een koude start, dan is het mogelijk zo de katalysator extra snel op werktemperatuur te krijgen. Een simpele elektrische schakeling laat de TEG overgaan naar stroomopwekking zodra de motor warm genoeg wordt.
Vijf procent brandstofbesparing kan het totaal resultaat zijn!

Peter Fokker (Redactie Auto & Motor TECHNIEK)