DRIVR

Techtalk:
BMW’s Turbosteamer & Thermo-Electric Generator

Elektromotoren, range extenders, waterstof… Stuk voor stuk knappe technologieën, maar vaak gaan ze Jans petje nog te boven. Daarom werken de meeste constructeurs op korte termijn aan doorontwikkelingen van de verbrandingsmotor, want ook daar blijkt nog behoorlijk wat extra rendement te rapen. Fiat heeft MultiAir, Mazda voorziet zijn volgende generatie modellen van SkyG-krachtbronnen en BMW wil zijn EfficientDynamics-programma uitbreiden met warmterecuperatie. En wel op twee manieren.

turbosteamer1_10003
De plaatsing van de Turbosteamer.

Het huidige EfficientDynamics omvat technologieën als directe injectie, turbocompressoren, variabele kleppentiming, remenergierecuperatie en start-stopsystemen. Toch gaat nog steeds 60 procent van de energie die bij verbranding vrijkomt verloren in de vorm van warmte. Daarom werkt de R&D-afdeling in München momenteel aan twee technologieën die de vrijgekomen hitte opnieuw moeten omzetten in nuttige energie.

De eerste is de Turbosteamer. Die maakt gebruik van een warmtewisselaar, die de warmte van de uitlaatgassen gebruikt om een vloeistof onder hoge druk te verhitten en om te zetten in stoom. Die drijft vervolgens een expansieturbine aan, die op zijn beurt elektriciteit opwekt. Volgens BMW kan dit systeem alle elektr(on)ische apparatuur aan boord voeden, waardoor de motor van zijn generatorfunctie ontheven wordt. Daardoor zou het verbruik over lange afstanden met zo’n 10 procent moeten afnemen. De Turbosteamer bestaat al sinds 2005 in ruwe vorm, maar inmiddels hebben de ingenieurs de complexe techniek herleid tot een compact pakket van slechts 10 tot 15 kg.

turbosteamer2_10003
De werking van de Turbosteamer.

Parallel aan dit project werd de Thermo-Electric Generator ontwikkeld. In tegenstelling tot de Turbosteamer zet die warmte rechtstreeks om in elektriciteit. De technologie, die al enkele decennia gebruikt wordt door NASA, berust op het Seebeck-effect: elektrische spanning kan worden opgewekt tussen twee thermo-elektrische halfgeleiders met een verschillende temperatuur. Vanwege het lage rendement werden TEG’s ontoepasbaar geacht in de auto-industrie, maar vooruitgang in de materiaalkunde heeft daar verandering in gebracht. Ter illustratie: de eerste generatie BMW-TEG’s, die stamt uit 2008, leverde amper 200 Watt. Inmiddels zit men aan 600 Watt – het kritische punt voor serieproductie werd op 1000 Watt vastgelegd.

teg2_1000
Een Thermo-Electric Generator in de uitlaatlijn.

Het bovenvermelde systeem plaatst de TEG in de uitlaatlijn, maar een alternatieve oplossing is de integratie in het EGR-systeem (Exhaust Gas Recirculation). Momenteel levert die piste een vermogen van 250 Watt en een CO2-reductie van twee procent op, maar het grote voordeel is dat de TEG ook kan ingeschakeld worden om tijdens de koudstart de passagierscel, het motorblok en de transmissieolie te verwarmen. Dat vergroot het comfort én verkort de opwarmperiode, waardoor frictie in de transmissie vermindert en de motor sneller zijn bedrijfstemperatuur bereikt. Een efficiëntieverhoging die overeen komt met een verbruiksdaling van vijf procent, aldus de BMW-ingenieurs, zeker in combinatie met een betere isolatie van het motorcompartiment.

teg1_10003
Een Thermo-Electric Generator in het EGR-systeem.

Hoe dicht deze technologieën bij serieproductie staan, is moeilijk te zeggen. In München lijkt men in ieder geval vastbesloten ze verder te perfectioneren en binnen afzienbare tijd in alle modellen te integreren. Dat is belangrijk, want het illustreert dat de industrie in deze tijd van elektrische, hybride en andere aandrijftechnieken nog steeds in de (nabije) toekomst van de verbrandingsmotor gelooft. En dat is maar goed ook, want een duurzaam alternatief ligt anno 2011 nog steeds niet op tafel.

Share Button

One Response

  1. Ken Divjak says:

    Toch slim gezien van de Münchenaren hoor:

    de concurrentie met de EV-primeurs laten gaan lopen,
    maar ondertussen de leasemarkt inpakken met ultra-lage CO2’s.

    Om tegen 2013 dubbel zo hard terug te slaan met de i-familie.

    Niet nobel, wel efficiënt.

Leave a Reply