artikel

Brandstof sparen met directe injectie (2009-2)

Techniek Premium

Brandstof sparen met directe injectie (2009-2)

Ik volg het vak verbrandingsmotoren, daar hebben we het gehad over directe injectie bij benzinemotoren. Er werd verteld: ‘alle directe injectiemotoren werken op arme mengsels, en hebben dus een deNOx-katalysator nodig’. Deze uitspraak vond ik nogal verwarrend, omdat ik meende dat Audi bijvoorbeeld overgestapt is op lambda=1 bij hun directe injectiemotoren. Dan heb je geen deNOx-katalysator nodig, en kan met een gewone driewegkatalysator voldaan worden aan strenge emissienormen. Kan AMT hier meer over vertellen?

Het streven van de motorfabrikanten is naar een zo laag mogelijk brandstofverbruik voor otto-motoren. Daarbij gaat het in de eerste plaats om het verbruik over de rijcycli die gebruikt worden om de uitstoot van schadelijke emissies te bepalen. De motoren worden daarbij laag belast.

Eén van de manieren om het verbruik bij deellast te beperken, is een arm mengsel te gebruiken. Daarbij kan de gasklep verder worden geopend dan bij een motor die met een stoichiometrisch mengsel ofwel lambda=1 draait. Er doen zich twee hoofdproblemen voor bij dit type armmengselmotor: de uitstoot van NOx is hoog en de stabiliteit van de verbranding is gering.

Het eerste probleem, de NOx-uitstoot, is alleen met een opslagkatalysator op te lossen. Daarbij wordt de NOx opgeslagen tot een bepaalde verzadiging is bereikt. Vervolgens wordt het mengsel kortstondig rijk afgesteld om de NOx om te zetten in N2 en O2.

Het tweede probleem, de verbrandingsstabiliteit, is bepalend voor de brandstofbesparing in de praktijk. Hoe groter het gebied waarbinnen de motor arm kan draaien, hoe groter de besparing.

Theorie en praktijk

Armmengselmotoren met indirecte inspuiting, zonder de NOx-katalysator zoals die van Toyota en Honda, voldoen niet meer aan de huidige emissie-eisen. De Mitsubishi-motor met directe inspuiting had wel een deNOx-katalysator, maar van een ander type. Daarmee zijn de emissie-eisen ook niet meer haalbaar. Net als veel andere DI-benzinemotoren maakte de Mitsubishi-motor gebruik van een wandgeleide inspuiting en gasbeweging. Het werkgebied waarbinnen deze motoren arm kunnen draaien is klein, dus blijft de brandstofbesparing beperkt tot die van de rijcyclus. In de dagelijkse praktijk levert deze vorm van armmengsel DI-motoren onvoldoende positief resultaat om alle extra kosten, dus ook de hogere aanschafprijs, te rechtvaardigen.

Straalgeleide inspuiting

Met de DI-motoren met straalgeleide inspuiting zoals BMW en Mercedes-Benz nu produceren, ligt dat anders. Het is nu mogelijk tot hogere toerentallen en belastingen (tot 130 km/uur en meer) met een arm mengsel te draaien. Het is echter niet de goedkoopste oplossing. Niet alleen de extra deNOx-katalysator, maar ook het hogedrukinspuitsysteem met de piëzoverstuivers verhoogt de fabricageprijs aanzienlijk.

Voor motoren die wereldwijd worden ingezet, is het lambda=1-systeem met geregelde driewegkatalysator nog het beste compromis. Met speciale klepbedieningen tot volvariabel aan toe, kan er bij deellast ook heel wat bespaard worden aan smoorverliezen. Zeker als de nokkenas(sen) om de lengte-as(sen) draaibaar zijn.

De toekomst zal leren of de straalgeleide inspuiting de juiste weg is. Veel van het dure ontwikkelingswerk zal wellicht minder snel worden ingevoerd omdat de financiën dat niet toestaan. Een kleinere, lichtere auto is ook een manier om brandstof te besparen.

Reageer op dit artikel