Zo wordt de verbrandingsmotor opnieuw uitgevonden

Er zijn veel spelers en technologieën in de auto-industrie die ernaar streven de verbrandingsmotor te verdrijven, maar sommige fabrikanten, zoals Bosch en Mahle, werken mogelijk aan een revolutionaire verbrandingsmotor.

Mahle, het Duitse bedrijf achter veel innovaties in het ontwerp van verbrandingsmotoren de afgelopen 100 jaar, heeft een verbrandingssysteem ontwikkeld met de naam Mahle Jet Ignition (MJI). Het wordt al gebruikt in de motoren van een grote Formule 1-ploeg en maakt ook deel uit van een nieuw modulair hybride aandrijfsysteem dat de productie van benzine-elektrische hybriden zou moeten vergemakkelijken.

Het MJI-systeem werkt als volgt. In een traditionele benzinemotor wordt de brandstof ingespoten in de inlaatkanalen samen met de binnenkomende lucht (indirecte injectie) of rechtstreeks in de verbrandingskamer (directe injectie). De nieuwe MJI-technologie bestaat in twee varianten: actief en passief. De eerste combineert beide soorten injectie. De poortinjector werkt op de gebruikelijke manier, maar de punten van de directe injector en de bougie worden geplaatst in een kleine voorkamer, direct boven de hoofdverbrandingskamer.

Tijdens de inlaatslag stuwt de poortinjector 95% van de brandstof naar de inlaatpoort, die naar de hoofdverbrandingskamer stroomt en vervolgens, zoals gebruikelijk, door de zuiger wordt samengedrukt. Terwijl dit gebeurt, wordt de resterende 5% in de voorkamer gespoten en door de vonk ontstoken.

https://www.youtube.com/watch?v=n6Eutw0WU3U

Zo werkt het nieuwe MJI-systeem van Mahle

Bij de ontsteking worden de gedeeltelijk verbrande, hete straaltjes brandstof en lucht door kleine openingen in de bodem van de voorkamer geperst, waardoor de hoofdlading als geheel ontbrandt in plaats van op één punt nabij de bougie. De verbranding verloopt sneller en gelijkmatiger, met een snellere drukopbouw om sneller energie te leveren. Het hele proces is homogeen (brandstof en lucht gelijkmatig gemengd) en kan ultramager werken (veel meer lucht dan brandstof) wanneer er minder vermogen nodig is.

De nieuwste ‘passieve’ versie (gebruikt in de F1) schrapt de directe injector, met alleen een bougie in de voorkamer. Het is geen nieuw idee: Honda ontwikkelde de voorkamer met gecontroleerde werveling van samengestelde verbranding voor zijn eerste generatie Honda Civic begin jaren zeventig, maar de uitvoering daarvan was ingewikkelder dan die van de passieve MJI van Mahle.

Wanneer het brandstof-luchtmengsel via de inlaatpoorten de verbrandingskamer instroomt en wordt samengedrukt, wordt een kleine hoeveelheid van de hoofdlading via de sproeiers van de kamer in de voorkamer geduwd. Daar wordt het door de bougie ontstoken, en de hogedrukstralen van verbrande brandstof en lucht worden via de sproeiers terug de hoofdlading in geperst, die zo opnieuw ontbrandt.

Er kunnen hogere compressieverhoudingen dan normaal worden gebruikt voordat knallen (pinking) een probleem wordt, wat het brandstofverbruik verder verbetert. De recirculatie van uitlaatgassen en de koele lucht tijdens het magere verbranden verlagen de verbrandingstemperaturen en verminderen de NOx-uitstoot met 99% in het ultramagere gebied van het motorbereik. De emissies van koolwaterstoffen zijn gelijk aan die van een gewone poortinjectie-benzinemotor en de deeltjesemissies liggen ergens tussen die van poortinjectie en directe injectie in.

Beide MJI-versies kunnen worden toegepast op vrijwel elke benzinemotor en kunnen werken over het volledige operationele bereik van de motor. Met dat in gedachte voert Mahle gevorderde gesprekken met verschillende autofabrikanten, dus houd deze ruimte in de gaten.

Ook geschikt voor hybride voertuigen

Mahle heeft ook een modulair hybride aandrijfsysteem (MHP) aangekondigd dat de ‘passieve’ Mahle Jet-bougievonk in zijn benzinemotor gebruikt en fabrikanten een vrijwel kant-en-klare aandrijflijnoplossing zou moeten bieden. Het kan worden geconfigureerd met een turbogeladen motor met twee of drie cilinders en een versnellingsbak met één, twee of vier versnellingen. Daardoor kan het MHP worden geschaald voor alles, van een auto uit het B-segment tot een grotere SUV uit het J-segment.