Ford experimenteert al langer met een verbrandingsmotor op waterstof. In 2004 werd een Ford Focus C-max gepresenteerd met een vermogen van 82 kW dat uit een 2,3 liter blok geperst werd. Naar hedendaagse maatstaven is dat geen indrukwekkend vermogen.
Het Amerikaanse Muscle Cars & Trucks kwam als eerste met een bericht over een bijzonder patent. Door een hele slimme manier van waterstof inspuiten kan de motor met een uitermate arm mengsel draaien. Het huzarenstukje is dan dat er toch een goede verbranding plaats vindt. Dat gebeurt door een combinatie van uitlaatgascirculatie en kleptiming.
Arme en rijke mengsels
Een verbrandingsmotor heeft lucht nodig om brandstof te verbranding. Niet te veel lucht en niet te weinig. Zo'n mengsel wordt daarom in een bepaalde verhouding naar de cilinders geleid. Er is een zogenaamd stoichiometrische verbranding is 14,7 kg lucht nodig om 1 kg benzine te verbranden. De verhouding is dan 14,7:1. De lambda-waarde is dan 1. Bij een arm mengsel gaat er meer lucht dan brandstof in en is de waarde hoger dan 1,00. Bij een rijk mengsel wordt er meer brandstof ingespoten en is de waarde lager dan 1,00.
Een benzinemotor zal werken binnen het spectrum van 8:1 (heel rijk) en 18,5:1 (heel arm). Als je dat vertaalt naar een lambdawaarde, dan is dat 0,54 tot 1,25.
Ford lijkt met de nieuwe methode met een turbocharger een lamdawaarde van 2,00 te halen. Dat is dus een extreem arm mengsel waarbij de dubbele hoeveelheid lucht ten opzichte van de stoichiometrische waarde van waterstof wordt gehaald.
Arm of rijk?
Door een mengsel 'rijk' te maken, zorg je dat de motor maximaal vermogen kan leveren. Door het arm te maken, ga je zo zuinig mogelijk met je brandstof om.
Extreem arm
Volgens beschikbare bronnen is zelfs een stoïchiometrische waarde van 34:1 binnen bereik. Bij een lambda-waarde van 2 betekent dat dat er 68 delen lucht op 1 deel waterstof worden gebruikt.
Het kan altijd nog extremer: Mike Copeland beweert een mengsel van 100:1 aan te kunnen in een Chevrolet V8-motor.
Hoe kan dat?
Waterstof heeft een extreem hoge vlamsnelheid. Daardoor ontstaat echter ook het gevaar van detoneren (dat het mengsel te vroeg ontsteekt). Door een extreem arm mengsel te gebruiken wordt de vlamsnelheid gereduceerd.
Hoe doet Ford dat?
Ford spuit de lucht en de brandstof apart in via directe injectie. Daardoor is er maximale controle over de hoeveelheden lucht en brandstof. Beiden worden dan in de verbrandingskamer gemengd. Bij directe injectie kan een waterstofmotor 15% meer vermogen leveren dan een benzinemotor.
Hybride
Ford claimt dat deze motor ook in combinatie met een hybride aandrijflijn kan. En dan heeft Ford zowel een parallel, in serie of serie-parallelle opstelling.
Nog meer mogelijkheden?
Omdat het geen probleem is als niet een deel van de waterstof onverbrand ontsnapt, kan er een motor worden ontworpen die extreem overvierkant is (dus een hele korte slag heeft). Daarmee zijn toerentallen van 20.000 rpm mogelijk.
Het ontwerp van Ford heeft alleen betrekking op de manier van verbranden en het beheersen van het brandstofmengsel. Andere zaken die ook van invloed zijn op de verbranding, zijn de vorm van de verbrandingskamer en de bovenkant van de zuiger.
Reacties