Terwijl de luidruchtigste helft van de wereld roept dat we elektrisch moeten gaan rijden, werkt de andere helft liever aan verbetering van de verbrandingsmotor. Getuige de vele ideeën die we tegenkomen is daar nog heel wat aan te doen. Kunnen we brandstof en lucht niet beter mengen? Ja, dat kan, zeggen Amerikaanse slimmeriken, met superkritische injectie. Daarmee worden indrukwekkende resultaten geboekt…

Aan twee kanten van de VS hebben universiteiten er op verschillende momenten aan gewerkt. Geen toonbeeld van efficiency, wel een aanwijzing dat het geen vinding is van één man of één team, dat zich mogelijk blind staart op de eigen uitvinding.

Veelbelovende tests
Daar komt bij dat in beide gevallen testmotoren zijn gemaakt, die enige concrete resultaten tonen en het effect van superkritische injectie bevestigen. In de staat New York werd met een diesel getest, die tot 10% zuiniger en 80% schoner liep.
In Californië mondde universitair onderzoek uit in het bedrijf Transonic, dat ‘superkritische’ injectoren maakt. Ze laten een daarmee omgebouwde 2.3 diesel op benzine lopen, en halen een verbruik van beter dan 1:40.

Geen vloeistof, geen gas
Kern van de zaak is de vondst om brandstof in superkritische staat in te spuiten. Dat moesten wij ook even opzoeken, wat superkritisch precies is. Waar het bij brandstof vooral om gaat is de overgang van vloeistof naar gas. De superkritische staat ligt daar tussenin.
Het aardige hierin is dat een stof dan onder meer de dichtheid heeft van een vloeistof, maar de mengbaarheid van een gas. Bij brandstof krijgen we dus iets dat veel beter dan fijnverstoven druppels mengt met lucht. Maar het heeft niet zo’n enorm volume als een gas, waarvan niet snel genoeg grote hoeveelheden ingespoten kunnen worden.
Alleen krijg je een stof niet zomaar in superkritische staat. Dat vereist bepaalde combinaties van druk en temperatuur. Naar we begrijpen gaat het bij autobrandstof om waarden rond 600 bar druk en 400ºC temperatuur.

Dieselproces
Uit aparte berichten van de respectabele Society of Automotive Engineers maken we op dat injectie bij superkritische omstandigheden zowel kan met diesel als benzine. Superkritische diesel mengt veel beter met lucht. Het vormt daarom geen roet (er zijn geen druppels die onvolledig verbranden), en weinig NOx (want geen ‘vrije’ lucht die verbrandt zonder brandstof).
De Newyorkse onderzoekers gebruiken uitlaatgas om diesel voor te warmen, waarna het onder druk superkritisch wordt. Het bedrijf Transonic heeft een TSCi-injector ontwikkeld, waarin een elektrisch verwarmde verstuivernaald voor de opwarming zorgt.
Daarbij hoort een aangepaste motorelektronica, die er nu is voor benzine. Maar voor diesel zou de TSCi-injector ook werken, alleen moet daarvoor een ander programma ontwikkeld worden. Mechanisch gezien werkt het met een dieselmotor, dus met zelfontsteking, ook op benzine.

Superarm
Het in 2006 opgezette Transonic doet zeer geheimzinnig over de exacte technische uitvoering, zo lang het systeem nog niet op de markt is. Meerdere autofabrikanten zouden geïnteresseerd zijn. Als er een toehapt en een licentie koopt zou serieproductie volgens Transonic al in 2013 of 2014 van start kunnen.
Bij superkritische benzine, zegt Transonic, loopt de ontstekingsvertraging enorm terug. Daarom kun je het met directe injectie laten zelfontbranden, meteen bij injectie begint de verbranding. Dat kun je precies regelen, zonder risico op ongewenste detonatie.
Zo komt men aan het fantastisch lage verbruik. Hoge compressie is al goed voor het motorrendement. Daarbij hanteert TSCi-injectie mengverhoudingen van stoichiometrisch (13,7:1) bij vol vermogen, tot 80:1 bij matige kruissnelheid. Ook hier wordt een lage NOx-uitstoot genoemd, die met de helft vermindert.

Binnenkort meer?
De onderzoekers in New York willen nog een complete motor ombouwen voor verdere tests, ze hebben alleen laboratoriumproeven gedaan. Waarbij alvast een probleempje is vastgesteld. Dieselinjectoren gebruiken de brandstof ook als smeermiddel, dat werkt niet meer bij hoge temperatuur, er moet iets anders op de smering bedacht worden.
Transonic is meer van de praktische aanpak, die hebben getest met omgebouwde motoren. Daarmee schijnen ze al in 2008 te zijn begonnen. Er zijn twee patenten verleend voor de TSCi-injectie, en minstens twee automerken zouden TSCi aan het beoordelen zijn.
We kunnen ons voorstellen dat het nog niet zo makkelijk is te garanderen dat de injectie onder elke denkbare omstandigheid voldoende druk en temperatuur heeft, om de brandstof superkritisch te maken. Maar als dat lukt lijken de resultaten wel heel erg aantrekkelijk, en dan horen we gauw genoeg meer van ‘superkritische injectie’.

Peter Fokker (Redactie Auto & Motor TECHNIEK)