De basisgedachte komt van dr. Dan Merritt, werkzaam geweest bij de Universiteit van Coventry. Het heet de Merritt Unthrottled Spark Ignition Combustion. Voor de uitwerking van dit veelbelovend idee werd een bedrijf opgezet. Dat verzorgt de verdere ontwikkeling, en zal licenties op het MUSIC-systeem aanbieden.

Diesel-zuinigheid op benzine

Vijf jaar universitair onderzoek legde de basis voor een proefmodel. Daarvoor is een Ford 2.0 benzinemotor omgebouwd, door ontwikkelingsbureau Powertrain Technologies. Een automotive adviesbureau begeleidt het uitwerken en verkopen van de techniek.

In een oogopslag gaat het om toepassing van een voorkamer in de cilinderkop. De rest van de motor blijft onveranderd. Dat houdt de ombouwkosten beperkt, een voorwaarde om de auto-industrie te interesseren voor massaproductie.

Met die voorkamer wordt een benzinemotor (‘spark ignition’) net zo zuinig als een diesel. Dat wordt bereikt met arm-mengselverbranding, zonder gasklep (‘unthrottled’), net als bij een diesel.

Brandstofregeling

Aan het begin stond de vaststelling dat automotoren maar zelden op vollast draaien. Bij een benzinemotor staat dus meestal de gasklep niet helemaal open. Ten koste van aanzuigverliezen en verlaagd rendement. Kon dat niet anders?

Een klassieke diesel heeft geen gasklep. Het motorvermogen wordt geregeld via de brandstoftoevoer. Zo ook bij de MUSIC-motor. Van de klassieke diesel kennen we tevens de voorkamer, waar in vroeger tijden geleidelijk de verbranding begon. Zo maakte een diesel voor personenauto’s niet te gek veel lawaai, met directe injectie in de cilinder wel.

De MUSIC-motor heeft een bougie en inspuitventiel in de voorkamer. Daar begint de verbranding. Bij vollast komt een tweede inspuitventiel in werking, en verplaatst de verbranding zich meer naar de cilinder.

Uiterst mager

Centraal staat het gebruik van arme verbranding. Bougie en inspuitventiel staan tegenover elkaar. Het ventiel moet de brandstof in een precies juiste bundel naar de bougie toe spuiten. Op precies het goede moment.

Belangrijk is namelijk ook de opening uit de cilinder naar de voorkamer. Bij compressie spuit de cilinder als het ware steeds sneller lucht in de voorkamer. Daardoor ontstaat bij constante inspuitstraal een steeds armer mengsel. Waarbij het rijkste deel naar de bougie wordt geblazen.

Zo krijg je een goed mengsel vlakbij de bougie, dat moeiteloos ontsteekt. Terwijl over de hele cilinder gerekend een extreem schrale lucht/brandstofverhouding van 140:1 heerst bij stationaire motorloop!

De verbranding perst zich uit de voorkamer naar de cilinder. Er wordt verder ingespoten, waarbij het beetje brandend mengsel uit de voorkamer de nog steeds arme verbranding verder gaande houdt.

Niet heet, weinig NOx

Omdat in de voorkamer geen grote luchtovermaat heerst, en de verbranding niet direct in de cilinder verloopt, ontstaat niet veel NOx. Dat krijg je normaal wel bij magere verbranding in de cilinder, de overmaat aan lucht wordt heet en vormt NOx, daar waar geen benzine te verbranden valt.

Niet in de MUSIC-motor, zodat geen NOx-katalysator nodig is om de uitlaatgassen voldoende schoon te houden. Bij vollast krijg je met de zijdelingse injector echter onvoldoende brandstof binnengeperst. Er komt te weinig lucht de voorkamer binnen. Daarom is er nog een injector, die nu direct door het gaatje van voorkamer naar cilinder spuit. Zo verplaatst de verbranding zich meer direct naar de cilinder.

Een omgebouwde testmotor toonde dat het echt werkt. De cilinderkop moest wel ontdaan worden van de helft van zijn kleppen (geen vier maar twee per cilinder). Zo ontstond ruimte om de MUSIC-kamers aan te sluiten, en meetapparatuur.

Via een simulatieprogramma dat Ford zelf gebruikt konden testbankmetingen worden omgezet in resultaten die een hele auto in de NEDC-verbruikscyclus zou halen. Met als uitslag dat de eerste lopende MUSIC-motor 19,8% zuiniger zou zijn dan de originele Ford Mondeo 2.0.

Met alleen een verbouwde cilinderkop, en natuurlijk aangepaste sturing voor injectie en ontsteking. Er zit muziek in het MUSIC-systeem, zou je dan toch zeggen.

Peter Fokker (Redactie Auto & Motor TECHNIEK)