woensdag 28 februari 2024

Techniek brandstof besparen #2: brandstof zo efficiënt mogelijk gebruiken

Met slim construeren kunnen fabrikanten brandstof besparen. Maar er zijn meer manieren om de hand op de tankdop te houden: door te zorgen dat de brandstof zo efficiënt mogelijk wordt gebruikt.

Dingen die langs elkaar wrijven, worden warm. Er wordt bewegingsenergie in thermische energie omgezet. En die verdwijnt uiteindelijk in de buitenlucht. Zonde. Het is dus zaak om de wrijvingsverliezen in een motorblok laag te houden. Dat doe je op twee manieren: de wrijving per onderdeel verminderen en het aantal onderdelen dat wrijvingsverliezen veroorzaakt beperken. Dat begint al bij het motorconcept: hoe meer cilinders, hoe meer zuigers, drijfstanglagers, kleppen, nokkenaslagers, noem maar op. Eencilindermotoren zijn doorgaans erg zuinig, viercilinders duidelijk minder. Tweecilinders zijn de gulden middenweg: soepeler dan eencilinders, maar compacter en zuiniger dan viercilinders. V-twins hebben als voordeel dat ze geen balansas nodig hebben, dat scheelt weer. Maar ze zijn duurder te bouwen, vandaar dat je tegenwoordig heel veel tweecilinder lijnmotoren ziet.

Coatings en olie

Voor het verminderen van de wrijving per onderdeel zijn coatings zeer geschikt. Wrijvingskracht is immers afhankelijk van twee factoren: de kracht waarmee twee voorwerpen tegen elkaar worden gedrukt en de ‘gladheid’ van de materialen, oftewel de wrijvingscoëfficiënt. Door andere materialen te kiezen of materialen te coaten met een heel glad materiaal kun je dus wrijving verlagen. Zo zie je dat zuigerhemden vaak zijn voorzien van een speciale, wrijvingsverlagende Teflon coating. Ook wordt er op onderdelen vaak een DLC-coating gebruikt. Dat staat voor Diamond Like Carbon, oftewel een hele harde, slijtvaste coating. Daarnaast wordt er tegenwoordig vaak minder viskeuze motorolie gebruikt, waarvan de moleculen minder zwaar langs elkaar ‘wrijven’. Dat vermindert de afschuifkrachten in lagers en het vermindert de energie die het rondpompen kost. Het heeft minder weerstand. De motorfietstechniek loopt daarbij wel achter: Volgens Liqui Moly is de trend bij auto’s naar een 0W-8 olie, bij motorfietsen gaat het pas naar xW-30.

Techniek brandstof besparen #1: ook jij kunt besparen!

Efficiënt verbranden

Brandstof is chemisch opgeslagen energie. Als je brandstof maar gedeeltelijk verbrandt, gooi je een deel van de energie ongebruikt de uitlaat in. Niet handig. Voor een volledige verbranding zijn twee zaken belangrijk: een fijne verneveling van de brandstof en genoeg tijd om te verdampen. Vandaar dat we steeds hogere inspuitdrukken zien en dat de verstuivers meer en steeds fijnere gaatjes krijgen. Bij auto’s zien we vaker directe injectie: dat helpt om de verbrandingskamer te koelen en zo NOx-uitstoot te verminderen. De benzine krijgt echter (te) weinig tijd om te verdampen, vandaar dat direct ingespoten benzinemotoren nog meer roet uitstoten dan de huidige diesels. Bij motorfietsmotoren zijn de emissie-eisen minder streng. Motorfietsmotoren hebben daarom nog steeds zuinigere, indirecte injectie. Bij motoren die hoge toerentallen draaien, zijn er vaak nog extra ‘douche-injectoren’ boven de inlaatkelken geplaatst, zodat de benzine veel afstand moet afleggen naar de cilinder en zo extra tijd krijgt om te verdampen.

Transmissies

Motoren zijn bij vollast vaak het zuinigst bij toerentallen net onder dat van het maximum koppel, bij lagere gasklepstanden verschuift dat optimum vaak naar lagere toerentallen. Dat betekent dat je een motor zuiniger kunt laten lopen als je beter kunt zorgen dat hij het zuinigste toerental draait. Dat houdt weer in dat je meer mogelijkheden moet hebben om het toerental aan te passen, dus meer versnellingen, en het liefst een automaat, aangezien je die beter kunt programmeren dan het menselijk brein. In de autotechniek zie je dat er al negentraps automaten worden toegepast! Nog mooier is een traploze transmissie, zoals de CVT van een scooter. Dat werkt zo goed, dat zo’n CVT ondanks de hoge verliezen, die een rubberen CVT-aandrijfriem heeft, toch heel zuinig functioneert.

Een belangrijk aandachtspunt hierbij is dat hoge toerentallen veel pompverliezen opleveren. Je ziet daarom steeds vaker dat de transmissie een ‘overdrive’-versnelling heeft. De topsnelheid haal je in de vijfde versnelling, de zesde is puur bedoeld om bij constante snelheid een lager toerental te draaien, waarbij de motor zuiniger loopt.

In een ei-diagram kun je zien dat de motor het laagste specifieke verbruik heeft bij (bijna) volgas en maximum koppel. Bij deellast verschuift dit zuinigste punt naar lagere toerentallen.

Kleptiming

Honda heeft het toerentalprincipe bij de NC-serie ver doorgevoerd. Ze heeft het toerental van het maximum koppel – en daarmee het zuinigste toerengebied – naar de lage toerentallen gelegd die je in de praktijk veel rijdt. Het gevolg is dat de NC700 en NC750-motoren probleemloos 1:27 lopen, het nadeel is dat ze niet veel vermogen leveren en dus volgens sommigen wat opwinding missen. Maar ook daar is een oplossing voor. Het toerental van het maximum koppel is immers grotendeels afhankelijk van de kleptiming. En die kun je veranderen door de timing van de nokkenas te veranderen, zodat het maximum koppel bij deellast bij lage toerentallen ligt en bij volgas bij hoge toerentallen. Er wordt dan ook steeds vaker variabele kleptiming toegepast, waarbij er een verstelunit tussen de nokkenas en het nokkenastandwiel is aangebracht. Die kan de nokkenas ‘vroeger’ of ‘later’ zetten. De meeste verstelunits worden hydraulisch bediend, maar in de autotechniek zien we ook al elektrische verstelunits. Die hebben als voordeel dat ze minder energie vragen, sneller reageren en bovendien een groter stelbereik met meer variatiemogelijkheden bij verschillende belastingen bieden.

Er zijn ook systemen die met twee nokken per klep werken, een voor hoge toerentallen en een voor lage toerentallen. Het BMW Shiftcam-systeem is zo’n constructie. Die verschuift de nokkenas, zodat de ‘langzame’ nok plaats maakt voor een ‘snelle’.

Stop-start

Je kunt een motor erg zuinig laten lopen, toch is hij nooit zo zuinig als wanneer hij niet loopt. Een logische toepassing daarvan is een automatisch stop-start-systeem, dat de motor uitschakelt wanneer je niet rijdt, en weer start zodra je gas geeft. Daartussen verbruikt hij geen benzine en dat spaart. Maar er is nog een voordeel: Motoren, die op deellast lopen, verbranden het mengsel praktisch volledig. Bij stationairloop gaat er echter zo weinig mengsel de motor in, dat die het moeilijker vindt om al het mengsel aan te steken. Om de brandbaarheid van het mengsel te verbeteren, wordt daarom iets meer benzine aan de lucht toegevoegd. Bij stationairloop krijgen motoren dus een iets rijker mengsel en stoten zij meer onverbrande koolwaterstoffen en koolmonoxide uit dan tijdens het rijden. Er is dus veel voor te zeggen om dat niet te doen, zeker omdat het helemaal niet nodig is. Je kunt de motor gewoon uitzetten met een stop-start-systeem. De Honda SH125i heeft dat en verbruikt maar net iets meer dan 2 liter per 100 km.

Luchtweerstand

Op hoge snelheid gaat een groot deel van de energie op aan het overwinnen van de luchtweerstand. Die weerstand stijgt kwadratisch met de snelheid. In formule:

F=½ρv2ACw. Daarin is ρ de dichtheid van de lucht, A het frontaal oppervlak van het voertuig en Cw de luchtweerstandscoëfficient. Die laatste twee zijn variabel en dus van invloed. Uitsteeksels zorgen dat er turbulentie ontstaan die ‘drag’ geeft. In theorie zou een naked bike dus meer luchtweerstand moeten hebben dan een motor met volle kuip. Knipperlichten en spiegels in de kuip en handkappen beperken de luchtweerstand ook. Een allroad staat hoog op de poten en heeft doorgaans een hoge kuip. Dat zou tot een groter frontaal oppervlak moeten leiden. Een motor met uitstekende koffers doet dat zeker. Winglets kunnen de luchtweerstand weer doen dalen, omdat ze de lucht mooier langs de motor geleiden. Daarvan daalt de Cw.

Techniek Honda E-Clutch: zelf schakelen, automatisch koppelen

Boordnet

Moderne motoren zitten vol met computers. Die verbruiken elektrische energie. Hoe meer toeters en bellen, hoe meer computers en hoe hoger het stroomverbruik. De elektrische energie komt uit de accu, die krijgt het van de dynamo en die wordt aangedreven door de verbrandingsmotor. Oftewel, stroomverbruik kost benzine. Moderne motoren hebben daarvoor wel een goedmakertje: ze zijn doorgaans uitgerust met LED-verlichting. Een LED-koplamp verbruikt ongeveer 80% minder stroom dan een halogeenlamp.

Foto’s: archief

Peter Aansorgh
Peter Aansorgh
In 1993 begon Peter zijn journalistieke loopbaan bij het motormagazine MOTO 73. Ruim tien jaar lang werkte hij bij dit blad als technisch redacteur en schreef er motortesten, algemene verhalen over motorrijden, bedrijfsreportages en technische verhalen. In 2004 besloot Peter voor zichzelf te beginnen en schrijft nu voor diverse auto- en motorbladen

Stay tuned

Schrijf je in voor onze nieuwsbrief en mis nooit het laatste nieuws! Onze nieuwsbrief wordt iedere week op dinsdag (bij veel nieuws) en donderdag verstuurd.


Gerelateerde artikelen