Hoewel verbrandingsmotoren hun dagen lijken te hebben geteld, hebben de huidige verbrandingsmotoren nog steeds hun zegje als het gaat om range extenders. Toyota presenteert ons zijn nieuwste innovatie die nog in ontwikkeling is.
Terwijl alle andere merken range extenders gebruiken op basis van conventionele verbrandingsmotoren, besluit Toyota een stap verder te gaan en de concurrentie voor te blijven als het gaat om range extenders voor zijn hybride en elektrische voertuigen.Ontdek in dit artikel uit de Autopédia Rubric alle details van deze Toyota-motor die niet wordt gebruikt om de auto te verplaatsen, maar alleen om brandstof om te zetten in elektrische stroom.
Het ontstaan van deze architectuur
Toyota putte bijna twee eeuwen geleden uit mechanische principes en liet zich rechtstreeks inspireren door de motor met vrije zuiger: de Stirlingmotor. Een motor die ooit de belangrijkste concurrent van de stoommachine was, zou bijna 200 jaar na zijn verschijning weer in de schijnwerpers kunnen staan.
Het idee van Toyota is echter niet helemaal nieuw in de auto-industrie en we zullen uitleggen waarom. Tijdens de jaren 70 en kort na de oliecrisis – die de autosector sterk schokte – werden veel fabrikanten onder grote druk gezet om oplossingen te kiezen die minder brandstof verbruikten.
OM TE HERINNEREN: vanwege de oliecrisis van de jaren 70 was het Portugal dat het Wereldkampioenschap rally van 1974 inluidde
Het was in deze tijd, in 1978, dat een van de beste aanpassingen van de Stirling-motor aan de auto-industrie ontstond. Een Opel Rekord 2100 Diesel Sedan uit 1977 was de perfecte proefkonijn voor de Stirling P-40-motor uit 1978, ontwikkeld in een ongekend strategisch partnerschap tussen de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA en GM (hierboven afgebeeld).
De Stirling P-40-motor had het voordeel dat hij op zowel benzine als diesel liep, of zelfs op alcohol. Het zou de 2e "flexfuel"-auto in de geschiedenis zijn na de Ford Model T uit 1908, die op benzine, kerosine of verdampte ethanol kon rijden.
In 1979 zou het de beurt zijn aan AMC (American Motors Corporation) om dezelfde P-40-motor te gebruiken voor de Spirit, maar de prestaties hebben de consument nooit overtuigd. Een project dat, hoewel niet succesvol, een precedent schiep in de wereldwijde auto-industrie. Afbeelding hieronder:
Van terug naar vandaag: Toyota's innovatie
De uitvinding van Toyota gaat na al die jaren nog een stap verder. Door rechtstreeks gebruik te maken van een concept dat in 2012 door NASA is ontwikkeld als een radio-isotopengenerator, speciaal ontworpen om satellieten van stroom te voorzien, en met een totaalgewicht van slechts 20 kg, probeerde Toyota de motor met vrije zuigers opnieuw uit te vinden als een lineaire stroomgenerator voor autobatterijen.
Net als het concept van NASA heeft deze motor met vrije zuigers geen drijfstang of krukas om de gegenereerde beweging over te brengen. Zoals je op de afbeeldingen (hieronder) kunt zien, hebben we in plaats van de traditionele bewegende delen van een verbrandingsmotor een kamer met gecomprimeerd gas, die als een veer werkt en de zuiger terugbrengt naar een nieuwe verbrandingscyclus.
Toyota's motor met vrije zuigers als lineaire generator heeft een W-vorm, waarbij de zuiger in het midden van de configuratie W is geplaatst. Deze motor met vrije zuiger werkt bijna alsof het een tweetaktmotor is. Uitlaatgassen worden uitgestoten via kleppen aan de bovenkant van de cilinderkop, terwijl de lucht voor de nieuwe cyclus binnenkomt via laterale inlaatspruitstukken, klaar om te worden gecomprimeerd en samen te gaan met de directe injectie van benzine, om het mengsel te ontsteken.
Na de expansie die wordt gegenereerd door de ontsteking van het mengsel, fungeert de gaskamer aan de onderkant als een veer die de zuiger terugbrengt naar zijn PMS (bovenste dode punt).
Maar hoe slaagt de Toyota-motor met vrije zuigers als lineaire generator erin om elektrische stroom te produceren?
Aan de buitenkant van de motor met een W-configuratie bevindt zich een magneet, samengesteld uit neodymium, ijzer en boor, en rond de verbrandingskamer bevindt zich een spoel, samengesteld uit koperdraad. Door de constante beweging tussen de magneten en de spoel wordt elektrische stroom opgewekt, die naar de batterij wordt gestuurd.
Als we het concept een beetje ontrafelen, is neodymium geen absolute nieuwigheid. Het wordt al heel lang gebruikt en wordt zelfs synthetisch geproduceerd, hoewel neodymium - afhankelijk van de moleculaire nomenclatuur - tot een van de zeldzaamste magnetische metalen op aarde behoort. Deze verbinding, ontdekt in 1982, heeft zich over de hele wereld en in bijna de hele elektronica-industrie verspreid.
Dit type motor van Toyota is niet bijzonder krachtig, in feite is het compacte ontwerp volledig ontworpen met het oog op efficiëntie en het lage gewicht van de set, en het geproduceerde vermogen ligt op slechts 10 kW, ongeveer 13 pk. Het produceert echter meer dan genoeg energie zodat slechts 2 gelijktijdig werkende eenheden voldoende elektrische stroom kunnen produceren voor een Toyota Yaris of gelijkwaardig om kruissnelheden te bereiken op een snelweg van 120 km/u.
Aangezien het nog een project in ontwikkeling is, heeft Toyota nog een lange weg te gaan voordat het deze technologie op de markt kan brengen. Want als enerzijds de productiekosten geen maatstaf zijn, zijn er nog steeds onopgeloste technische problemen zoals onderhoudskosten en trillingen, een feit dat Toyota er al toe heeft geleid om het gebruik van zijn nieuwe motor andersom te overwegen, om de geluid en trillingen overgedragen.
De kenmerken van deze Toyota-motor met vrije zuigers kunnen indien nodig ook worden aangepast, aangezien de drukregelklep in de gaskamer kan worden aangepast aan de stijfheid van het "veer" -effect.
Blijf bij deze video, waar je deze Toyota-creatie kunt zien: