AMT.nl - Voordelig besparen met persluchthybride

Voordelig besparen met persluchthybride

vrijdag 29 mei 2009

Vooruit, nog maar een keer dan: elektrische aandrijving is voor auto’s NIET ideaal. Er zijn accu’s bij nodig die veel beperkingen kennen, waaronder een hoog gewicht en dito prijs. Nog erger in een hybride, met zowel elektro- als verbrandingsmotor, dus twee krachtbronnen. Zo dacht men ook bij de technische universiteit van Zürich. Men ontwikkelde een motor die inwendig gehybridiseerd werd, hij levert perslucht. Een beter idee, de luchthybride?

Als basis diende een 750 cc tweecilinder van de Duitse motorproducent Weber, ontworpen door het Zwitserse Wenko. Dat hielp ook de universiteit bij de ombouw tot luchthybride. In de vierkleps cilinders werd één van de uitlaatkleppen omgebouwd tot luchtklep, met elektrohydraulisch variabele klepbediening van Bosch.

Enorme besparing
Het gemeten resultaat is dat ten opzichte van een 2.0 benzinemotor zonder turbo deze luchthybride 25 tot 35% zuiniger loopt. Het is wel een deels rekenkundige uitkomst, gebaseerd op de normale EG-verbruiksmeetcyclus.
De luchthybridemotor draait op een testbank. De studenten in Zürich moeten nu nog daadwerkelijk een auto met deze motor ombouwen, om de simulaties per computer in het echt te controleren.
Daarbij wordt wel vermeld dat het leeuwendeel van de besparing komt uit vergaande motorische downsizing. De bijdrage van hybridisering is 7%. Iets minder dan elektrische hybridisering kan bieden, maar stukken simpeler en goedkoper.

Veel voordeliger
Een diepere gedachte achter dit project is dat vooral voor opkomende economieën zoals China en India elektrische hybrides te duur zijn. Terwijl het voor die enorme markten wel belangrijk is zuinig te rijden, anders zijn we helemaal gauw door de aardolie heen, als ze massaal gaan autorijden.

Tweede gedachte is dat van automotoren tegenwoordig een hoog topvermogen wordt verwacht, maar dat dit zelden echt gebruikt wordt. Vandaar dat de automotor te vaak heel laag belast en dus onzuinig draait. Dat kan verholpen worden door downsizing. Met een kleine turbomotor die normaal hoger belast draait, en ook nog een enorme vermogenspiek kan leveren.
Hybridisering kan helpen aan een start/stopsysteem, om nutteloos stationair draaien te voorkomen, en terugwinning van remenergie. Alleen kost het nogal wat om daarvoor een elektromotor/generator in te bouwen. Als alternatief stelt de ETH Zürich voor om de motor als luchtpomp te gebruiken tijdens afremfasen. Een luchthybride zou maar 20% extra motorbouwkosten vergen, elektrohybride aandrijving wel 200%.

Pneumatische start/stop
Om de motor als luchtpomp te laten werken is (per cilinder) een elektrohydraulisch gestuurde klep nodig. Bij afremmen op de motor, als de brandstoftoevoer wordt afgesloten, laat die klep gecomprimeerde inlaatlucht door naar een drukvat. Hij kan ook andersom druklucht uit dat vat in de cilinder laten stromen.
Daarmee ontstaat een elegante starter, om heel snel de motor weer op gang te brengen. Is het drukvat groot genoeg, dan zou zelfs een stukje rijden op perslucht mogelijk zijn. Zoals een elektrische hybride heel kort op accustroom kan rijden.
Heel handig is de perslucht ook bij downsizing. Een kleine motor krijgt bij lage belasting en toerental een turbo niet goed op gang. Hij reageert traag op gas geven. Geen punt als je druklucht hebt, en dat bij gasgeven gebruikt als aanvulling op de nog turbodrukloze compressie. Heel even druklucht erbij, extra brandstof inspuiten, dan is de turbo zó op toeren gebracht. Vertraagd aanspreken van de downsize-motor is op die manier verholpen.

Video: De luchthybride draait inmiddels op een testbank.

Vooral simpel
Zo is dit Zwitserse experiment te zien als een ‘milde’ hybride op lucht, met start/stopsysteem en benutting van remenergie. Als extra dimensie is er de ondersteuning van een downsize-turbomotor in diens zwakke momenten.
Dat alles zou je ook kunnen doen met een elektromotorhybride. Maar de ETH Zürich hield het vooral eenvoudig. Bij de luchtpompfunctie blijft de motor als viertakt werken, de normale in- en uitlaatkleppen blijven openen en sluiten. Daardoor kan de motor maar in één van vier slagen lucht oppompen, of met druklucht aangedreven worden.
Maar het is wel veel makkelijker dan alle kleppen een variabele bediening geven. Voordeel daarvan zou zijn dat de motor in luchtbedrijf een stuk effectiever als tweetakt kon werken, zonder dat de normale in- en uitlaatkleppen op ongelegen momenten openen.
Het vergt echter een heel dure constructie om de motor zowel als lucht-tweetakt en benzine-viertakt te kunnen laten werken. De ETH Zürich-oplossing vereist alleen één variabel bestuurbare luchtklep per cilinder.

Serieuze interesse
De universiteit laat weten dat zich al autofabrikanten hebben gemeld die graag meer willen weten van de onderzoeksresultaten.
Met een verzwaarde accu en startmotor kun je ook een niet al te duur start/stopsysteem maken. Een speciale regeling erbij op de generator, en enige terugwinning van remenergie wordt mogelijk. Zo hoeft een elektrische milde hybride niet erg duur te zijn, maar misschien kan het met dit persluchtidee toch goedkoper.
Als bonus is er dan het snel aanjagen van een turbo met persluchthulp. Ook dat zou wel kunnen met een elektrisch aangedreven turbo, maar tegen extra kosten. Dus misschien is dat simpele idee uit Zwitserland helemaal zo gek niet.

Peter Fokker (Redactie Auto & Motor TECHNIEK)