artikel

Zwavelgehalte benzine geen beletsel meer, DI-benzinemotor heeft toekomst (2001-09)

Techniek Premium

Audi komt op de markt met een 2.0 liter FSI motor met directe benzine- inspuiting. Is het nu zo dat de problemen met de brandstofkwaliteit zijn overwonnen? Ik had namelijk begrepen dat de zwavel in de benzine de doorbraak van de directe benzine- inspuiting in de weg stond. Kan overigens met de huidige brandstofkwaliteit het zuinigheidspotentieel van de DI-benzinemotor reeds optimaal worden benut?

Zodra een motor met luchtovermaat draait, dus lambda > 1 is, wordt NOx niet langer omgezet in de driewegkatalysator. Om het NOx probleem van de DI-benzine motor (die op arm mengsel draait) op te lossen zijn verschillende vindingen uitgedacht.

Toyota ontwikkelde de opslagkatalysator die gedurende een tijd NOx opslaat en dan gedurende korte tijd bij lambda = 1 de opgeslagen NOx weer omzet. Dat vraagt om andere typen washcoat materialen dan die welke bij de bestaande driewegkatalysatoren worden toegepast. Het blijkt dat de gebruikte alkalinen (dat zijn stoffen die een base-vormend element bevatten, zoals Natrium, Kalium, Barium) veel gevoeliger zijn voor zwavel. Er ontstaan zwavelverbindingen die pas boven 1000 °C uiteenvallen. Die temperatuur wordt natuurlijk niet bereikt, vandaar dat de zwavelverbindingen aankoeken en de katalysator daardoor langzaam maar zeker verstopt raakt.

Het is ook mogelijk om een aparte Iridium NOx katalysator te gebruiken die vóór de driewegkatalysator wordt geplaatst. Mitsubishi gebruikt dit systeem omdat het minder gevoelig is voor zwavelafzettingen. Het nadeel is echter dat de NOx-omzettingsgraad sterk afhankelijk is van de uitlaatgastemperatuur en maximaal maar ongeveer 60% bedraagt. Dankzij een zorgvuldige regeling van de uitlaatgastemperatuur via de verbranding, is het Mitsubishi gelukt om ook aan de Euro 3 emissie-eisen te voldoen.

Hoge temperatuur

DI motoren die extreem arm draaien hebben dus een oplossing voor het NOx probleem èn het zwavel nodig. Hoe het NOx probleem kan worden aangepakt is al besproken, VW beweert óók het zwavelprobleem te hebben opgelost. Slimme elektronica zorgt gedurende een korte tijd voor een rijk mengsel, een late ontsteking en een extra inspuiting zodat de uitlaatgastemperatuur even boven de 600 °C komt. Het zwavel wordt dan geoxideerd en als SOx afgevoerd.

Audi heeft de VW direct ingespoten (FSI) motor ook in ontwikkeling genomen. Daarbij is gebleken dat er tijdens de regeneratie op de huidige 95 en 98 octaanbrandstof (dus Euro en Superplus) met maximaal 150 ppm zwavel een uitstekende reiniging van de opslagkat plaatsvindt. De temperatuur loopt daarbij tot 700 °C op. Zo’n 200.000 km moet het systeem probleemloos functioneren.

Het blijft uiteraard zo dat hoe minder zwavel de benzine bevat, des te langer het duurt voor de opslagkat ‘vol’ is. De motor kan dus langer in het arme gebied draaien en dat bespaart brandstof. Het zou daarom goed zijn dat Europa het voorbeeld van Japan volgt en haast maakt met de invoering van extreem zwavelarme brandstoffen.

Arm tot 120 km/h

Over de 2.0 FSI motor van Audi valt nog wat meer te vertellen. Tot 120 km/uur kan deze motor met een gelaagde verbranding draaien. Dat is mogelijk door een traploos verstelbare koprolklep, bij de VW 1.4 FSI motor werkt de klep in twee standen. De hogedrukinspuitpomp werkt met 110 bar die alleen wordt gebruikt als het nodig is, bij deellast is zo’n hoge inspuitdruk niet nodig. Deze regeling bespaart (in de Europese rijcyclus) zo’n 3 tot 4% brandstof.

De 2.0 FSI motor werkt met lagen die een verschillende lucht-brandstofverhouding van het benzine-luchtmengsel hebben. Bij de bougie bevindt zich steeds een goed ontsteekbaar rijk mengsel, bij de cilinderwanden vrijwel zuivere lucht tot een totale gemiddelde waarde over de hele verbrandingskamer van lambda = 4. Dit gebeurt in het gebied tot 120 km/h op een vlakke weg.

Daarboven wordt er een homogeen arm mengsel gevormd door de koprolklep verder te openen. In het hoge belasting-toerengebied draait de motor met een lambda = 1-regeling, bij vollast staat de koprolklep geheel open. Audi vergelijkt de 2.0 FSI met de even sterke 1.8 T en stelt vast dat de nieuwe DI motor 6,9 l/100 km verbruikt over de Europese rijcyclus tegen 8,2 l/100 km bij de kleinere turbomotor.

Reageer op dit artikel