3,36 l/100km, en dit zonder een hybride motor

De afgelopen decennia neemt de wereldbevolking jaarlijks met zo'n 1,4% toe. En over deze periode nam het wereldwijde energieverbruik gemiddeld jaarlijks met 1,9% toe. Deze twee zaken samen tonen dus aan dat, wanneer deze trends zich gaan voortzetten, er problemen gaan optreden. En dus dat er zich een energiecrisis zal gaan voordoen. Een dergelijke energiecrisis zal catastrofale gevolgen hebben voor een groot deel van de mensen op aarde. Daarom is het belangrijk dat er nu maatregelen genomen worden om een deze crisis te gaan voorkomen. Velen zijn op de hoogte van deze dreiging en gaan op zoek naar de geschikte maatregelen. Maatregelen kunnen in alle sectoren en toepassingen voordoen waarbij energie te pas komt. De transportsector, verlichting en klimaat zijn maar ongeveer de voornaamste sectoren waarin er al één of meerdere geschikte maatregelen ontdekt zijn en ook al op technologisch vlak zijn uitgewerkt. In deze sectoren kunnen de nieuwe, reeds ontwikkelde technologieën een cruciale impact hebben éénmaal ze op grote schaal worden toegepast.

Mazda is één van de vele bedrijven die meehelpt aan de ontwikkeling en de commercialisatie van dergelijke technologieën die meehelpen om een energiecrisis te voorkomen. Uiteraard hebben deze technologie van Mazda impact op de transportsector, maar het Japanse automerk neemt een andere aanpak dan die van andere Japanse automerken. De grote Japanse automerken zijn de koplopers in de automarkt op het vlak van milieuvriendelijke auto's. Namelijk zowel Toyota, Honda en Lexus hebben allemaal al een hybride wagen op de markt gebracht. Mazda heeft het grote succes met hybride wagens nog niet gekend. Maar volgend jaar brengt Mazda een nieuwe wagen op de markt die een opmerkelijk laag verbruikt heeft. Maar wat nog opmerkelijker is dan dit laag verbruik, is namelijk dat het geen hybride wagen is maar er bevindt zich enkel een verbrandingsmotor onder de motorkap van deze wagen. Tot nu toe is het zelf een uitdaging om zo'n laag brandstofverbruik te verkrijgen met een hybride wagen. En laat staan met een 'gewone' wagen met enkel een verbrandingsmotor. Maar de Japanse autobouwer is hier dus toch in geslaagd. Deze nieuwe wagen van Mazda zal slechts 3,36 liter per 100 kilometer verbruikt. Deze wagen van Mazda kreeg de naam Demio in Japan, en in de rest van de wereld heet deze wagen Mazda2. Het is een nieuwe versie van een bestaand model. 

In de Mazda2 zijn een hele reeks veranderingen doorgevoerd om het brandstofverbruik per kilometer zoveel mogelijk te beperken. En door al deze aanpassingen zijn de ingenieurs en de ontwerpers er in geslaagd om 30% minder brandstof te verbruiken in vergelijking met de vorige modellen. De veranderingen zijn onder andere een nieuwe motor en een nieuwe transmissie maar daarnaast is ook het koetswerk een heel stuk lichter. Ook is de ophanging en de vering van deze wagen aangepast om het brandstofverbruik zoveel mogelijk te beperken. En dus lijkt het erop dat de interne verbrandingsmotor misschien nog niet verslagen is door de hybride wagens op het gebied van brandstofverbruik. Blijkbaar zijn er nog steeds mogelijkheden om een wagen te bouwen met een interne verbrandingsmotor die niet veel brandstof verbruikt.

Het lage brandstofverbruik in de Mazda2 wordt grotendeels behaald door de verbeterde motor. In deze nieuwe motor wordt het lucht-brandstofmengsel tot een veel hogere druk gecomprimeerd vooraleer het mengsel verbrandt. In de conventionele benzine motoren wordt het lucht-brandstofmengsel gecomprimeerd tot 10 maal de druk van de omgeving. Of anders gezegd bedraagt de compressieverhouding van deze motoren 10:1. De compressieverhouding geeft een beeld van het rendement van de werking van een verbrandingsmotor. Hoe hoger de compressieverhouding, hoe meer energie uit de brandstof er wordt omgezet naar beweging. Bij dieselmotoren ligt de compressieverhouding gewoonlijk meer dan 14:1 en zelfs 22:1 is niet ongewoon. Die is beduidend hoger dan bij benzine-motor. Bij benzine motoren gaat men in het algemeen niet boven een compressieverhouding van 10:1, dit vanwege het pingelgevaar. Pingelen is het vroegtijdige ontsteken van de brandstof en dit zorgt voor een lager rendement en kan zelfs schade aan de motor veroorzaken.

Bij deze nieuwe wagen van Mazda gebruiken ze toch een bezine-motor met een compressieverhouding van 14:1 en dit zorgt dus voor een aanzienlijk beter rendement. En dus waren ze genoodzaakt om ook een aantal andere veranderingen door te voeren om het pingelen van de motor tegen te gaan. Bij het pingelen gaat de brandstof tijdens het comprimeren al verbranden nog voor dat de zuiger helemaal bovenaan staat en dus voordat de ontsteking plaatsvindt. Een aantal innovaties zorgen ervoor dat bij de motor van Mazda, ondanks de hoge compressieverhouding, het risico op pingelen vermeden kan worden. Eén van deze vernieuwingen werd al reeds door veel verschillende autofabrikanten voorgedaan. Namelijk wordt er gebruik gemaakt van directe injectie van de brandstof in plaats van dat de brandstof in een aangrenzende kamer wordt ingespoten alvorens het naar de verbrandingskamer stroomt. De brandstof wordt onmiddellijk in de verbrandingskamer ingespoten wat ervoor zorgt dat de verbrandingskamer afgekoeld wordt. En dit helpt bij het voorkomen van het pingelen. Want het hoger de temperatuur van de brandstof hoe groter de kans op een ongecontroleerde verbranding. Daarnaast hebben ze ook de uitlaat van deze motor aangepast. Bij de Mazda2 is de uitlaat langer en is de vorm aangepast in vergelijking met die van bij een conventionele verbrandingsmotor. Deze veranderingen aan het uitlaatsysteem laat toe om sneller en dus meer verbrandingsgassen te gaan afvoeren. Door meer van deze warme gassen sneller te verwijderen uit de verbrandingskamer, loopt de temperatuur ook minder hoog op in de verbrandingskamer. En dus wordt de brandstof bij de inspuiting minder opgewarmd en is dus het risico op pingelen kleiner. Deze verandering van het uitlaatsysteem geen wel een nadelig effect op de uitlaatgassen. Om deze nadelige invloed weg te werken moeten er dan weer andere aanpassingen doorgevoerd wordt zoals aan de timing van de ontsteking en de vorm van de zuigers.

Wanneer men de timing van de ontsteking ging gaan aanpassen ondervonden de onderzoekers dat wanneer men de ontsteking later laat plaatsvinden er meer energie kon gewonnen worden uit de benzine. Dit bleek te komen door de hogere compressieverhouding. Namelijk bij de hogere drukken gaan er blijkbaar een aantal chemische bindingen in de benzine verbroken worden. En bij het verbreken van deze chemische verbindingen wordt er warmte geproduceerd. Deze warmte kan tijdens de verbranding ook omgezet worden in beweging en dus vergroot deze warmte de totale hoeveelheid energie die vrijkomt uit de brandstof. En om de vrijgekomen energie tijdens dit fenomeen in grotere mate te kunnen benutten, wordt de ontsteking zoveel mogelijk uitgesteld in deze motor.

Maar de nieuwe motor is niet de volledige oplossing om een zo'n laag brandstofverbruik te bekomen. Zo werd ook de transmissie van de wagen aangepast in vergelijking met de transmissie vroeger gebruikt werd. Een andere maatregel die ook een groot verschil maakt op het gebied van brandstofverbruik is het gewicht van de wagen. In het frame van de Mazda2 wordt er heel wat minder materiaal gebruikt en dus weegt het minder. Daarnaast maakt men gebruikt van een lichtere en sterkere staalsoort. Een laatste maatregel die ook een groot verschil kan maken is de ophanging en de vering van de wagen. Deze kan aangepast worden om terug het gewicht ervan zoveel mogelijk te beperken.

Tot nu toe werden deze vernieuwingen uitgevoerd en getest bij een benzinemotor, maar bij Mazda zijn ze van plan om dergelijke maatregelen te gaan doorvoeren op hun dieselmotoren. Dieselmotoren hebben in het algemeen al een hoger rendement dan benzinemotoren. De ingenieurs van Mazda zijn ervan overtuigd dat ze een dieselmotor kunnen bouwen met gelijkaardige veranderingen als bij de voorgestelde benzinemotor. En deze dieselmotor zou een rendement hebben die 20% hoger ligt dat hetgeen van de benzinemotor. En dus zou het brandstofverbruik nog lager zijn.

Maar de versie van de Mazda2 die uitgevoerd zal worden naar de Verenigde Staten zou wel een hoger verbruik hebben dan de vernoemde 3,36 liter per 100 kilometer. Het hogere verbruik bij de uitgevoerde wagens zou te wijten zijn aan de verschillende regelgeving voor de uitlaatgassen, verschillende testprocedure en de verschillende veiligheidsvoorwaarden. Volgens Mazda zou de wagen die ze gaan exporteren naar de VS een brandstofverbruik hebben die tussen de 3,9 en de 4,7 liter per 100 kilometer ligt. Dit is ongeveer gelijkaardig aan het brandstofverbruik van een Toyota Prius, met dat verschil dat dit een hybride wagen is. Deze nieuwe motor zou gebruikt worden in meerdere van Mazda's nieuwe modellen van volgend jaar. Alhoewel het nog niet officieel heeft aangekondigd wanneer deze nieuwe motoren buiten Japan verkrijgbaar zullen zijn en in welke modellen met deze zal gebruiken. Wat daarnaast ook nog onduidelijk is, is de hogere aankoopprijs van al deze vernieuwingen en aanpassingen. En de aankoopprijs zal bepalend zijn voor het slagen of falen van deze vernieuwingen. Namelijk is de hogere aankoopprijs steeds een obstakel voor hybride wagens ondanks het feit dat het op langere termijn een goedkopere wagen kan zijn. Indien de aankoopprijs voor een groot stuk lager is dan die van hybride wagens, dan is de kans groot dat dit een succes zal worden. Maar indien de aankoopprijs te hoog is in de ogen van de koper, dan zal het succes hoogstwaarschijnlijk wegblijven aangezien de ervaring met hybride wagens.

Geschreven door Emile Glorieux, Bron [technologyreview]