Natuurkundige Nikolay Shkolnik peinsde lang over de verbrandingsmotor, en besloot van voren af aan opnieuw te beginnen. Hij keek naar het viertaktproces vanuit natuurkundig oogpunt, en bedacht daarbij een nieuwe mechanische uitwerking.

Dit noemde hij de High Efficiency Hybrid Cycle, en werkte daarbij een motor uit. Vanaf 2004 werkt hij samen met zijn zoon Alexander, computerdeskundige, aan deze motor. In 2007 kwam er een opdracht van het Amerikaanse leger en werd LiquidPiston een full-time bedrijf, om de HEHC-motor volledig te ontwikkelen.

Vier principes in één

Vorig jaar liep het eerste prototype, nadat eerst een compressor volgens het HEHC-idee was gebouwd. Het gaat om een combinatie van Otto- en Diesel-principe, aangevuld met de ideeën van Atkinson en Rankine.

Wat Otto en Diesel betreft, draait de motor op een viertaktproces, met door hoge compressie zelfontbranding van diesel, benzine of gas. Atkinson bedacht dat een motor beter rendement levert als de expansie langer is dan de compressie, dat zit ook in HEHC.

Van Rankine tenslotte komt het idee restwarmte te gebruiken, om bijvoorbeeld stoom te maken die weer een motor kan aandrijven. Bij HEHC zou waterinjectie toegevoegd kunnen worden, waarmee tegelijk koeling, smering en stoom wordt geleverd. De oververhitte stoom zou de verbranding ondersteunen bij het aandrijven van de motor.

Diesel rotatiemotor

Waar het de Shkolniks om begonnen was is betere benutting van de verbrandingsenergie, door hogere compressie en langere expansie. Op theoretische basis berekenden ze dat bij een compressie van meer dan 18:1 een rendement van 75% mogelijk zou zijn.

Alles mooi en aardig, maar dan moest wel een mechaniek bedacht worden waarin dat allemaal kan. Iets waarin compressie en expansie liefst gescheiden moeten zijn, beide vrij te kiezen. Ook de verbranding moest apart, voor het gecombineerde Diesel- en Otto-idee.

De oplossing werd gezocht in een constructie die aan de Wankel draaizuigermotor doet denken. Hier worden twee daarvan achter elkaar gekoppeld, een kleinere voor compressie en een grotere voor expansie. Maar de verbrandingskamer zit hier in het motorblok, bij de ‘zuigers’ komt alleen aanzuiglucht of verbrandingsgas.

Er komt geen turbo of ander soort compressor aan te pas. De eerste proefmotor loopt op diesel en levert 20 pk.

Minstens de helft zuiniger

In een vroeg ontwerp zien we een driehoekige zuiger met bolle zijden, aan de binnenkant voorzien van vertanding. Er steken twee vertande assen doorheen.

We zien een smalle zuiger voor compressie, en een brede voor expansie. Dus de expansieruimte is groter dan de compressieruimte. Naast deze driehoekszuigers zien we aan weerskanten draaiende, buisvormige verbrandingskamers.

Het draaien zorgt dat poorten op tijd de compressiezuiger, of de expansiezuiger met de verbrandingskamer verbinden. Brandstof wordt in de verbrandingskamer gespoten, en ontbrandt in de hooggecomprimeerde lucht meteen.

Volgens berekening kan deze motor aan 57% rendement komen, waar een diesel aan hooguit 40 komt, en een benzinemotor aan 30. Nog mooier is dat ook bij deellast het rendement minstens 50% zou blijven, bij Otto en Diesel valt dat veel verder terug. Gemiddeld moet de helft zuiniger dan een moderne diesel dan goed haalbaar zijn, lijkt ons.

Niet meteen in auto’s

Omdat er geen heen en weer gaande kleppen zijn is de LiquidPiston-motor simpel van opbouw. Er is ook geen geluid van een kleppentrein, evenmin van de uitlaat omdat er lange expansie is, dus lage uitlaatdruk. Er is geen smering op de draaizuigers, die niet direct belast worden met een hete verbranding.

Zojuist heeft LiquidPiston weer vijf miljoen dollar geworven voor doorontwikkeling. De Shkolniks willen beginnen met aggregaatjes van 5 tot 100 pk voor diverse toepassingen, en licenties op hun motorprincipe verkopen. Uitwerken tot een automotor zou voorlopig teveel geld en tijd kosten, menen ze. Al zou een van hun geplande aggregaten wel kunnen dienen als range extender in een elektrische auto.

Overigens blijkt uit patentaanvragen dat de bedrijfsnaam ‘vloeibare zuiger’ slaat op nog heel andere ideeën van Shkolnik voor een nieuwe uitwerking van het viertaktproces.

Peter Fokker (Redactie AMT)