Subaru heeft een speciaal voorkamerverbrandingssysteem ontwikkeld. Dat is nu gepatenteerd als brandstof besparende booster.
Beleeft de Japanse boxermotor, nu het elektrische tijdperk steeds dichterbij komt, op de valreep nog een laatste mooi moment? Sommige mensen herinneren zich misschien nog de voorkamerinjectie van dieselmotoren, of op zijn minst het karakteristieke geluid van de legendarische voorkamerdieselmotoren van Mercedes-Benz. Het lijkt alsof deze technologie de afgelopen jaren een kleine renaissance bij benzinemotoren beleeft, zij het met totaal andere middelen dan vroeger. Dat blijkt namelijk uit de nieuwste patentaanvraag van Subaru bij het Amerikaanse Patent and Trademark Office.
Kort samengevat: injectie in de voorkamer kan de efficiëntie en duurzaamheid verhogen, en tegelijkertijd de uitstoot verminderen. Om dit resultaat te bereiken, wordt een kleine ruimte in de verbrandingskamer rond de bougie ‘gescheiden’ van de rest van het compressievolume met een geperforeerde afdekking. In deze aparte kamer wordt een brandstof-luchtmengsel ontstoken, waarna de vlammen zich vervolgens over een breed front in de hoofdverbrandingskamer verspreiden en het mengsel daar gelijkmatig en op verschillende plaatsen ontstoken kan worden. Bij benzinemotoren leidt dit tot een snellere doorbranding en een verminderde neiging tot kloppen. Omdat hierdoor de compressie en het rendement aanzienlijk kunnen worden verhoogd, is het principe bijzonder geschikt voor motoren die in de zogeheten ‘lean-burn’ modus werken, dat wil zeggen met weinig brandstof en veel lucht.
Motoren die werken volgens het Miller- of Atkinson principe profiteren ook van voorkamerontsteking. Tegenwoordig worden dergelijke motoren vaak gecombineerd met hybride aandrijflijnen. Het fundamentele nadeel van arme verbranding is de langzamere ontsteking en de verhoogde productie van stikstofoxiden (NOx). Een complexe, berekende voorkamerontsteking kan deze nadelen tegengaan en zelfs mengsels met een hoge luchtverhouding ‘schoon’ verbranden.
Injectie en ontsteking in de voorkamer wordt vaak bereikt door een tweede brandstofinjector per cilinder. Vaak is een extra bougie nodig. Subaru hanteert een andere benadering met wat het een ‘onder verbrandingskamer’ noemt. De Japanners hebben niet meer dan een enkele bougie en een enkele injector per cilinder nodig.
Er wordt gezegd dat de technologie van Subaru brandstof bespaart, zelfs bij een koude start. Vooral hybride aandrijvingen werken immers vaak in dit impopulaire temperatuurvenster. Wanneer de verbrandingsmotor koud is, wordt het ontstekingstijdstip vaak teruggedrongen om de katalysatoren in het uitlaatsysteem voor te verwarmen. Een gelaagde lading is bedoeld om het rijke brandstof-luchtmengsel fijn te verdelen en stikstofoxiden te verminderen. Hier wordt echter veel brandstof gespoten en een groot deel wordt verspild. Bovendien verzamelt zich extra brandstof op de koude cilinderwanden, wat resulteert in een slechtere ontsteking en hogere uitstoot van verontreinigende stoffen.
Het Subaru-principe richt zich ook op verbetering van dit zwakke punt. Uit het patent blijkt dat de wanden van de verbrandingskamer worden beschermd door luchtwervelingen die vooraf via een luchtinjector worden geïnjecteerd. In het rechterdeel zijn de voorkamer en luchtinjector te zien. De brandstof wordt via de injector aan de linkerkant in de hoofdverbrandingskamer geïnjecteerd. Het probleem: het mengsel vervoert veel meer lucht, waardoor het aanzienlijk armer wordt, waardoor de ontsteking moeilijker wordt. Maar dat is opzettelijk. Omdat slechts kort nadat de zuiger het bovenste dode punt heeft bereikt, een kleine hoeveelheid extra brandstof in de hoofdverbrandingskamer wordt geïnjecteerd, speelt dit probleem veel minder dan een traditionele koude start procedure zou vereisen. De ontsteking in de voorkamer moet dan het dunne mengsel met de best mogelijke efficiëntie kunnen verwerken. Zodra de wanden van de verbrandingskamer warm zijn, is bescherming door een luchtlaag niet meer nodig.
Subaru wil brandstof besparen en verontreinigende stoffen in de uitlaatgassen verminderen via het voorkamerprincipe, maar ook via de extra luchtinjector en de voordelen van haar uitvinding bij een koude start. Het is ook denkbaar dat de hogere compressie resulteert in aanzienlijke prestatieverbeteringen bij arme verbrandingsmotoren. Welk besparingspotentieel Subaru ziet, hebben de Japanners nog niet bekendgemaakt, maar soortgelijke systemen hebben in de WLTP-cyclus al een besparing van ruim 8 procent gerealiseerd.
Omdat noch een extra bougie, noch extra brandstofinjectie nodig is, zou het systeem relatief eenvoudig in de bestaande boxermotor- vloot kunnen worden geïntegreerd. In het patent wijzen de Japanners er uitdrukkelijk op dat ook andere soorten brandstof en motorconfiguraties kunnen profiteren van voorkamertechnologie met luchtinjectie. Er kan dus wild worden gespeculeerd over waar we de technologie voor het eerst op de weg zullen zien … misschien al in de aangekondigde hybride versie van de nieuwe Subaru Forester.