AMT.nl - Vijftaktmotor van Ilmor/Schmitz: schoon en zuinig

Vijftaktmotor van Ilmor/Schmitz: schoon en zuinig

donderdag 13 augustus 2009

Op de recente motortechniekshow in Stuttgart heeft (race)motorontwikkelaar Ilmor opzien gebaard met het prototype van een vijftaktmotor. Niet alleen een idee voor racers, deze vijftakt zou 10% efficiënter draaien dan een gewone benzinemotor. Ilmor ziet er goede kansen voor bij motorische downsizing, en hybride-aandrijving. Maar niet alleen de motor is interessant…

Het idee heeft vaag iets weg van de Scuderi dubbelzuigermotor. Daarin werken zuigers in paren, eentje doet de compressie en de andere doet verbranding plus expansie. De Ilmor/Schmitz-vijftakt werkt met cilinders in drietallen. Twee cilinders werken als gewone viertakt, een derde draait als tweetakt op de uitlaatgassen van de eerste twee.

Ruimere werkslagen
Het is nu een actueel thema om compressie en expansie in een motor te ontkoppelen. Compressie kost arbeid, expansie levert arbeid op. Dus willen we liefst minder van het een en meer van het ander.
Vooral in hybride-auto’s zien we nu vaak het Atkinson-proces, waar de compressie bekort wordt door de inlaat na ODP nog even open te houden. Met als gevolg dat de expansieslag langer wordt dan de effectieve compressieslag.
Op die manier probeer je meer arbeid te persen uit de verbrandingsgassen, die normaal nog altijd met vrij hoge druk en temperatuur uit de uitlaat komen.
Dat loste Gerhard Schmitz op met een extra expansiecilinder, waarin twee gewone cilinders hun uitlaatgassen blazen. Die kunnen dan rustig nog verder expanderen en arbeid leveren, terwijl de gewone cilinders alweer aan de volgende arbeidscyclus beginnen.

Dieselzuinigheid uit benzine
Oorspronkelijk dacht Schmitz zelfs aan een zestaktmotor, waarin de derde cilinder in een drietal ook een eerste compressiefase zou verzorgen. Maar al gauw vergenoegde hij zich met een vijftakt, waar dus het normale viertaktproces wordt uitgebreid met een extra expansieslag in een hulpcilinder.
Zo bouwde uiteindelijk Ilmor Engineering een driecilinder proefmotor. Uit 700 cc van de twee viertaktcilinders haalt die, met de derde cilinder en een turbo erbij, liefst 96 kW bij 7000 t/min. Het koppel komt op 166 Nm bij 5000 t/min. Dat alles bij een laag specifiek verbruik van 226 g/kWh.
Het motortje is klein, en met puur conventionele onderdelen makkelijk te produceren. Ilmor schetst dat de verlengde expansie overeenkomt met een 1:14,5 verhouding, bijna zo groot als de expansie/compressieverhouding van een diesel.
Doel is nu een geoptimaliseerd tweede prototype te ontwikkelen, dat 10% zuiniger draait dan een gewone benzinemotor. Dus bijna even zuinig als een diesel, maar zonder roet en hoge NOx-uitstoot. Het specifiek verbruik zou 215 g/kWh moeten worden.

Tweede poging
Ze zien het bij Ilmor vooral zitten om zo niet alleen een klein motortje met hoge prestaties te maken (downsizing), maar ook een hybride-opstelling. Daarin zou dat motortje op hoge belasting, bij zijn laagste specifiek verbruik, een generator aandrijven die op zijn beurt een elektrische aandrijving voedt.
Maar nu komt het sappige deel van het verhaal. Ook de in het Belgische St. Vith wonende Gerhard Schmitz is bezig met een tweede vijftaktprototype. Voor de bouw zou ‘een autofabrikant’ vorig jaar medewerking hebben toegezegd. In april van dit jaar moest deze proto voor het eerst lopen.
Volgens Schmitz moet een nog veel gunstiger verbruik net boven 200 g/kWh mogelijk zijn. Voorlopig blijft geheim hoe het staat met zijn tweede poging. Als broodwinning ontwikkelt Schmitz met een partner nu simulatieprogramma’s voor virtuele motortesten per computer.

Succesreeks
Voor wie in de racerij niet zo thuis is, even kort over Ilmor. Twee ambitieuze Britten, Mario Illien en Paul Morgan, wilden racemotoren gaan bouwen. Ze vonden steun bij de rijke Amerikaanse ondernemer Roger Penske. Gedrieën zetten ze in 1984 Ilmor op, met vanaf 1990 ook een Amerikaanse vestiging.
Ilmor ontwierp voor de Amerikaanse racerij motoren, Penske had en heeft daar topteams. Al snel bleken de Ilmor motoren ook ware toppers. Er kwam in de jaren negentig contact met Mercedes, die verdere motorontwikkeling financierde. Dat leidde onder meer tot een Formule 1-motor, eerst aan Sauber geleverd, vanaf 1995 door Mercedes zelf ingezet.
Als u nu een McLaren Mercedes ziet heeft die dus feitelijk een Ilmor-motor. In 2002 besloot Mercedes Ilmor geleidelijk over te nemen. Mario Illien was toch liever zelfstandig, en kocht weer met hulp van Penske in 2005 het Special Products-deel van Ilmor terug, inclusief de merknaam. Dit nieuwe Ilmor ontwerpt, doet tests en maakt prototypes.

Moeizame ontwikkeling
Nu Gerhard Schmitz, patenthouder op de vijftaktmotor. Zijn eerste ideeën deponeerde hij in 1988, om uiteindelijk bij de vijftakt uit te komen. In 2000 legde hij zijn vinding voor aan Mario Illien, die een contract sloot om samen een prototype te ontwikkelen.
Drie jaar later kreeg Schmitz patent op het uitgewerkte idee. Maar toen werd Illiens bedrijf net door Mercedes opgekocht, inclusief het contract om de vijftakt te realiseren. Daarin had Mercedes HPE (racemotoren), waarin Ilmor werd omgedoopt, echter geen zin.
Na twee jaar zeuren kreeg Schmitz het toch zo ver dat de opdracht werd doorgespeeld naar het net weer afgesplitste nieuwe Ilmor. Die had eind 2007 een draaiend prototype klaar. Zo komt het dat Ilmor onlangs de vijftakt kon tonen.
Maar Schmitz is helemaal niet tevreden. Hij vindt de tot nu toe bereikte meetresultaten onder de maat, en is het niet meer eens met Mario Illien. Daarom zocht en vond hij vorig jaar met zijn patent een ander, om de ontwikkeling mee voort te zetten. Blijkbaar is het vijftaktidee dus wel interessant, maar nog niet helemaal rijp.

Peter Fokker (Redactie Auto & Motor TECHNIEK)