maandag 27 mei 2024

Techniek brandstof besparen #1: ook jij kunt besparen!

Benzine wordt steeds duurder en fabrikanten proberen hun motoren zo zuinig mogelijk te maken. Maar ook jij kunt maatregelen nemen om brandstof te besparen! In dit drieluik gaan we dieper in op verschillende manieren om brandstofbesparing door slimme constructies te realiseren.

Sinds 2015 mag de CO2-uitstoot van de ‘gemiddelde’ vloot van een autofabrikant niet boven de 135 gr/km uitkomen, in 2020 is dat verlaagd tot 95 gram. Een fabrikant kan tegen miljoenenboetes aanlopen als hij dat niet haalt. Voor motorfietsfabrikanten geldt dat niet en zuinigheid was tot op heden nauwelijks een verkoopargument. Slechts een enkele fabrikant bracht een model uit waarbij er focus werd gelegd op het verbruik. De Honda NC700 was zo’n model. Maar voor de meeste motorfabrikanten is een aansprekend vermogen in de folder veel belangrijker. Vaak heeft dat ook hetzelfde effect: wanneer je vermogenswinst boekt door verliezen te beperken, wordt je motor zuiniger in situaties waarin je het topvermogen niet gebruikt. Je hebt immers maar ongeveer 15 pk nodig om 100 te rijden en dat doe je het meest. We zetten de mogelijkheden om brandstof door slimme constructies te besparen eens op een rij.

Techniek Kawasaki Ninja 7 Hybrid: het verhaal dat de persmap niet vertelde

Gewicht: Lichter is sneller én zuiniger

Kracht is massa x versnelling, zegt de tweede wet van Newton. Er is dus veel kracht voor nodig om een grote massa te versnellen. Oftewel, hoe lichter de motor, hoe minder energie het kost om te accelereren. Meer gewicht zorgt ook voor meer kracht op de wiellagers en de banden, zodoende zorgt het voor meer rolweerstand, terwijl het ook meer energie kost om een helling op te rijden. Hoe lichter, hoe sneller en hoe zuiniger. Fabrikanten doen hun best om gewicht te besparen. De nieuwe BMW R 1300 GS is bijvoorbeeld 12 kg lichter dan zijn voorganger. Elke keer een stap. De keuze van de wielmaten maakt ook iets uit. Een groter wiel heeft een grotere massatraagheid, dus kost het meer energie om het wiel aan het draaien te krijgen. Dus als een allroad met een 19-inch en een 21-inch voorwiel te krijgen is, zal de 19”-versie in theorie fractioneel zuiniger zijn. Of je dat merkt is een tweede. Je zult wel merken dat kleinere wielen wendbaarder zijn, vanwege het kleinere gyroscopische effect.

Downsizen: Kleine motoren zijn efficiënter!

Een verbrandingsmotor verpompt lucht. Hij zuigt het aan, hij comprimeert het, hij pompt de uitlaatgassen weer weg en ook onder de zuiger pompt hij de lucht heen en weer. Hoe groter de zuiger, hoe meer lucht er wordt verpomp. Meer lucht betekent dat je meer benzine kunt verbranden én dat je meer vermogen kunt ontwikkelen. Maar dat voordeel heb je alleen als je volgas rijdt. Bij deellast heb je vooral veel pompverliezen. Kleine motoren zijn wat dat betreft gunstiger. In kleinere motoren zitten bovendien kleinere zuigers, die minder wrijvingsoppervlak met de cilinders hebben en daardoor minder wrijvingsverliezen hebben. Bovendien kost het minder kracht om kleinere, lichte drijfstangen en kleinere, lichtere zuigers steeds te vertragen en te versnellen. Maar kleinere motoren leveren minder vermogen.

In de autotechniek zie je daarom steeds meer kleine motoren, die dankzij drukvulling toch veel vermogen kunnen leveren als het nodig is. Zo niet, dan zijn ze zuinig. Dat heet downsizen. Maar turbo’s zijn niet zo geschikt voor motorfietsmotoren, vanwege de ‘turbo-lag’. Ze werken pas als ze op toeren komen en die vertraging en de dan wat plotselinge koppelstijging is niet handig voor motoren. Kawasaki gebruikt een mechanisch aangedreven compressor op de H2R. Dat werkt beter, maar Kawasaki gebruikt hem puur voor extra vermogen. In de autotechniek gebruiken ze nu ook elektrische compressoren. Die kun je vanaf stationair toerental laten blazen. Dat zou ook een oplossing voor motorfietsen zijn.

Compressie: Hoger is zuiniger!

Hoe hoger de compressieverhouding, hoe hoger het rendement van het ‘thermodynamisch kringproces’ van een motor. Oftewel, hoe meer nuttig vermogen hij uit een druppel benzine haalt. Je kunt een motor dus zuiniger maken door de compressieverhouding op te voeren. Maar als de compressie te hoog wordt, loop je het risico dat de brandstof spontaan ontbrandt, op het verkeerde moment. Dit ‘pingelen’ kan een motor verwoesten. Hoge temperaturen versterken de pingelneiging. Oftewel, hoe beter je de temperatuur kunt beheersen, hoe hoger je de compressie kunt opvoeren. Dat is een van de redenen dat moderne, aluminium motorblokken vaak geen stalen cilinderbussen meer hebben. Met plasmatechniek is er een slijtvaste coating direct op het aluminium geplaatst. Dit geeft een betere warmtegeleiding en spaart bovendien gewicht, tot wel 2 kg bij een viercilindermotor.

Techniek brandstof besparen #2: brandstof zo efficiënt mogelijk gebruiken

Ook zijn de ouderwetse koppakkingen van isolerend vezelmateriaal tegenwoordig vervangen door koppakkingen van verenstaal, die de warmte van de cilinderkop veel beter naar het motorblok en de koelwatermantel geleiden. Honda gaat daar bij de SH125i van 2013 nog een stap verder mee: daar is de ‘buitenkant’ van de cilinder expres wat ruwer gegoten, zodat er een groter contactvlak met het koelwater is en de warmte nog beter wordt afgegeven. Al met al leiden deze maatregelen ertoe dat de ‘top deck’-temperatuur wel 40° lager kan liggen.

Een andere manier om de pingelneiging te verlagen is de compressie bij hoge belastingen te verlagen. Je rijdt dan bij deellast met een hoge compressie, bij vollast met een lage. Goed idee, maar moeilijk te realiseren. De telescopische drijfstang van het Oostenrijkse AVL is wellicht een oplossing.

Door het hart van de krukas een aantal millimeters uit de hartlijn van de zuigers te plaatsen, wordt de zuiger minder hard tegen de cilinderwant geduwd tijdens de arbeidsslag.

Slim construeren: Minder onderdelen, minder wrijving!

Verliezen beperken is een kwestie van slim construeren. Minder onderdelen die over elkaar glijden geeft minder wrijvingsverlies. Zo heeft het KTM LC8 V-twin-blok bijvoorbeeld een balansas, die ook dient als centrifugaalfilter voor carterventilatie, voor aandrijving van de waterpomp en de nokkenaskettingen en als as voor het tussentandwiel van de startmotor. Een nest vol vliegen in één klap! Bij de Honda SH125i van 2013 zijn – toen al – enorm veel brandstof besparende maatregelen genomen. Zo is de dynamo samen met de koelventilator direct op de krukas gemonteerd, zonder overbrengingen en de bijbehorende wrijvingsverliezen. De ventilator kon bovendien kleiner, doordat er een radiator met een anderhalf maal grotere koelcapaciteit is gebruikt. De aandrijving van de ventilator kost daardoor ook minder energie. De waterpomp van het koelsysteem is direct op het uiteinde van de enkele, bovenliggende nokkenas geplaatst.

Offset: Monteer de krukas mm’s uit het midden

Zuigers gaan op en neer in de cilinders. In het bovenste dode punt staat de drijfstang loodrecht onder de zuiger, daarna draait de kruktap weg en komt de drijfstang schuin te staan. Tijdens de arbeidsslag zorgt de gasdruk dat de zuiger hard naar beneden wordt geduwd. Omdat de drijfstang schuin staat, wordt de zuiger daardoor hard tegen de cilinderwand geduwd. Dat geeft veel wrijvingsverliezen. Die kun je verminderen door de krukas niet precies onder het midden van de cilinder, maar een paar millimeter naar de inlaatkant te verplaatsen. Dat is de kant waar de zuiger tijdens de arbeidsslag tegenaan drukt. Doordat de krukas is verplaatst staat de drijftang tijdens de arbeidsslag minder schuin, waardoor deze de zuiger minder hard tegen de cilinderwand aanduwt. Dat leidt dus weer tot een verlaging van de wrijvingsverliezen. Bij de Yamaha YZF-R3 stond de krukas bijvoorbeeld al 7 mm ‘offset’, bij Renault automotoren kan de offset zelfs 10 mm bedragen.

Ook op het gebied van zuigerveren is er winst te halen: tegenwoordig worden zuigerveren met een lage veerspanning gebruikt, die bij deellast minder hard tegen de cilinderwand drukken. Door een speciale vorm kan de gasdruk wel achter de veer komen, waardoor deze bij vol gas en een hoge cilinderdruk toch hard genoeg tegen de cilinderwand wordt gedrukt om goed af te dichten. En bij deellast is er dus minder wrijving.

Wesley’s Twin Cam Street Glide: van 103 naar 124

Klepbediening: Naaldlagers en lichte kleppen

Op het gebied van klepbediening is er eveneens veel winst te halen. Bovenliggende nokkenassen hebben minder onderdelen dan laag liggende nokkenassen en dat is gunstig. Bij veel motoren staat de nokkenas recht boven de kleppen. Die glijdt dan over een soort stalen huls, die over de klep en de klepveren is geplaatst. Die huls gaat op en neer in een boring, die de horizontale krachten van de draaiende nokken opvangt, zodat de kleppen mooi loodrecht worden bediend. Maar die horizontale krachten zorgen wel voor wrijvingsverliezen tussen de huls (de bucket) en de cilinderkop. Kawasaki en BMW gebruiken daarom op sommige modellen een systeem met sleeptuimelaars, ook wel ‘finger folowers’ genoemd. Dat zijn een soort stalen vingers, waarvan het uiteinde zich tussen de nok en de klep bevindt. Het andere uiteinde scharniert op een asje, dat de horizontale sleepkrachten opneemt. Omdat het asje klein is en de hefboom groot, zijn de wrijvingsverliezen minimaal. Maar het kan ook anders, zoals Honda op de NC700 – inmiddels NC750 – en op de SH125i laat zien. Daar bedient de nokkenas de in- en de uitlaatklep met op wrijvingsarme naaldlagers draaiende tuimelaars. Die zijn op de uiteinden weer voorzien van gelagerde rollen, die de nokken op de nokkenas volgen. Doordat de rollen draaien, vinden er minder wrijvingsverliezen plaats dan met tuimelaars waarbij de nokken over de uiteinden glijden. Honda heeft daar ook gekozen voor hele lichte kleppen, waardoor de krachten in de klepbediening ook weer zijn verkleind.

Foto’s: Fabrikanten

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