|
Het verbrandingsproces in
onze benzine- en dieselmotoren produceert hoofdzakelijk warmte terwijl we
arbeid (beweging) nodig hebben. De warmte opnieuw gebruiken in een motor
met externe warmtebron (stirlingmotor of stoommachine) levert een tweede
arbeidsproces op . Dit verhoogd het totaal rendement aanzienlijk van deze
gecombineerde dubbelmotor. |
|
De oplossingen voor de toekomst.
De verbrandingsmotor met brandstoffen als diesel, benzine of lpg
biedt de huidige oplossing voor het personen- en vrachtvervoer over de
weg.
Als olie schaars wordt en ook het milieu moet worden ontzien, zijn andere
oplossingen nodig.
Bio-brandstof en waterstof zijn vervangers van olie. Efficiëntere
technieken zijn de brandstofcel, de hybride techniek en de
dubbelmotor-techniek |
Hybride techniek.
Hybridevoertuigen gebruiken een verbrandingsmotor voor constante
snelheden en een elektrische motor om extra vermogen te leveren bij het
starten of versnellen. De elektrische motor wordt aangedreven door een
accu die tijdens het rijden opgeladen wordt en de energie terugwint
tijdens het remmen. De voordelen van de huidige hybride voertuigen zijn (dus) het grootst bij
gebruik in de stad.
|
 |
De dubbelmotor.
De dubbelmotor kent twee arbeidsprocessen. Het eerste arbeidsproces
wordt geleverd door een verbrandingsmotor. Het tweede, opvolgende,
arbeidsproces wordt gevoed door de restwarmte van het eerste proces en kan
geleverd worden door een stirlingmotor of stoommachine.
Door het hergebruik van de restwarmte is een dubbelmotor efficiënter en
ook milieuvriendelijker.
De dubbelmotor kan goed gecombineerd worden met de hybride techniek. De
dubbelmotor kan ook als zelfstandige oplossing worden toegepast.
BMW heeft bijvoorbeeld als aanpassing op hun bestaande benzinemotoren een
oplossing op basis van stoom ontwikkeld.
Het concept ontwerp.
Mijn conceptontwerp is in eerste instantie gericht op het gebruik voor
automobielen zowel binnen hybride - als een zelfstandig toepassing.
Een voor de handliggende oplossing is om de warmte uit de uitlaatgassen en
het koelwater op te vangen en in te zetten als warmtebron voor een
stirlingmotor die op de krukas verbonden is met de verbrandingsmotor. |
Het ontwerp is een compacte variant van deze oplossing en is daarmee qua
ruimtegebruik en gewicht toepasbaar voor praktisch alle typen
personenauto's.
Het doel van de compacte oplossing is:
1. Voorkomen van warmteverlies in het koelsysteem en het uitlaatsysteem
tot waar de warmte wordt afgetapt (warmtewisselaar);
2. Het beperken van
kosten, volume en gewicht van de dubbelmotor.
Om de gewenste compactheid te bereiken wordt in het ontwerp de
dubbelcilinder geïntroduceerd.
In het centrum bevindt zich de cilinder van de verbrandingsmotor. Deze
motor wordt in zijn geheel omsloten door een donutvormige cilinder van de
stirlingmotor. De nabijheid van de beide motoren maakt het mogelijk deze
al op de zuigerstangen met elkaar te verbinden..
Het ontwerp is in de conceptfase.
Voor de opbouw van het conceptontwerp, zie de tekeningen. |
|
opbouw van binnen naar buiten.
verbrandingsmotor
donutvorm stirlingmotor
koeling
warmtewisselaar |
Rendement en CO2 uitstoot.
De CO2-uitstoot voor een middenklasser auto is nu bijvoorbeeld
178 gram per kilometer (zie RDW Brandstofverbruiksboekje 2007,
binnenweg + buitenweg ECE cyclus). Gebruik van een dubbelmotor verlaagt de
waarde naar 113 gr/km. Met de hybride techniek gaat de CO2-uitstoot
verder omlaag naar 91 gr/km.
Er is een direct verband tussen de CO2-uitstoot en het verbruik. Hoe lager
de CO2-uitstoot, des te lager het gebruik.
De vrijwillige doelstelling van de auto-industrie voor 2008 is 140 g/km
voor het vlootgemiddelde. Voor 2012 wordt 130 g/km wettelijk verplicht
(EU). Met nog 10g/km extra voor maatregelen buiten de invloedsfeer van de
auto-industrie, bedraagt de verplichte waarde zelfs 120 g/km.
Een goed rendement van een auto met weinig CO2-uitstoot is onderdeel van
een compleet traject, dat wil zeggen vanaf de bron van brandstofproductie
tot en met het autowiel. In de tabel hiernaast vindt u een indicatie van
dat traject. |
(bron ExxonMobil, excl dubbelmotor)
|
VAN BRON TOT WIEL -
ENERGIE EFFICIËNTIE (%) |
| Brandstof / Voertuig |
Brandstof-
productie |
Brandstof-
gebruik |
Totaal |
|
Waterstofbrandstofcel
(H2 uit benzine, aan boord) |
81 |
27 |
22 |
|
Waterstofbrandstofcel
(H2 uit aardgas in tankstations) |
52 |
41 |
21 |
|
Dieselhybride |
84 |
25 |
21 |
|
Dieselhybride+dubbelmotor |
84 |
31 |
26 |
|
Benzinehybride |
81 |
21 |
17 |
|
Benzinehybride+dubbelmotor |
81 |
27 |
21 |
|
Waterstofbrandstofcel
(vloeibare H2 uit aardgas, centraal) |
41 |
41 |
17 |
|
Conventionele benzine |
81 |
17 |
14 |
| C
benzine+dubbelmotor |
81 |
23 |
19 |
|
Waterstofbrandstofcel
(H2 uit elektrolyse in tankstations) |
28 |
41 |
11 |
|
Free-piston variant van de dubbelmotor als elektriciteitsgenerator. |
|
|
