Weg met de zuigermotor!

De aandrijving van ‘moderne’ auto’s verschilt qua vorm nog steeds niet veel van de stoommachines van drie eeuwen geleden: cilinders, zuigers, nokkenassen, kleppen, krukas, vliegwiel. De eerste praktische toepassingen van het mechaniek stammen uit het begin van de achttiende eeuw. Industriële gebruikers van stoommachines zagen al lang geleden in dat al die heen-en-weer gaande massa’s hartstikke inefficiënt zijn. Daarom zijn ze allemaal overgegaan op andere technieken. De stoommachine is uitgestorven. Sommige gebruikers van verbrandingsmotoren hebben die slag ook gemaakt: in veel vliegtuigen en schepen zijn ze al lang geleden vervangen door turbines die veel efficiënter zijn. Niet dat je die ook in auto's zou moeten gebruiken, het is alleen een bewijs dat het veel efficiënter kan.

In dat licht bezien is het vreemd dat de miljoenen wegvoertuigen van deze wereld bijna zonder uitzondering nog worden aangedreven door een mechaniek dat in zijn vorm nauwelijks verschilt van stoommachines van driehonderd jaar geleden. Is dat een probleem? Nee, niet echt, maar wel verbazingwekkend. Dat mechaniek is immers verschrikkelijk inefficiënt. Het werkt met heen-en-weer gaande massa’s (de zuigers en drijfstangen), die door middel van een kruk een ronddraaiende beweging in stand houden. Die massa’s moeten op snelheid gebracht worden, weer afgeremd, weer op snelheid gebracht, et cetera, ad infinitum. Tientallen tot honderden afzonderlijke onderdelen moeten voortdurend in beweging worden gehouden. Dat kost energie, slijtage, zorgt voor vibratie, wat ook weer voor slijtage zorgt en maakt herrie. Kortom: het is prutswerk, lui voortborduren op stokoude techniek. En dan heb ik het nog niet eens over het feit dat zuigermotoren slechts in een beperkt toerentalbereik hun optimale koppel leveren en er daarom altijd een (ook weer ingewikkelde) transmissie nodig is om dat koppel te kunnen gebruiken. Wat dat betreft hadden die ouwe stoommachines nog het voordeel van een praktisch constant koppel, net als elektromotoren.

Als je erover nadenkt is de manier waarop een viertaktmotor werkt krankzinnig. In elke cilinder van een viertaktmotor vinden per twee omwentelingen vier opeenvolgende gebeurtenissen plaats: aanzuigen (1), compressie (2), expansie (3) en uitlaten (4). Bij slechts één van die gebeurtenissen (expansie) doet de motor daadwerkelijk zijn eigenlijke taak: aandrijven. De rest is allemaal bijzaak, loze beweging zonder nuttige bijdrage aan de aandrijving, alleen bedoeld om gassen en dampen rond te pompen. Maar voor die bijzaken moet de motor dus wel driekwart van z’n tijd ronddraaien! Elke zuiger beweegt 75% van z’n tijd op en neer voor iets anders dan directe aandrijving. Het is dan ook niet verwonderlijk dat het gemiddelde rendement van een moderne verbrandingsmotor nog altijd niet groter is dan pakweg 20%. De rest verdwijnt in warmte via het koelsysteem en de uitlaat, en door wrijving van al die op-en-neergaande zuigers en andere draaiende onderdelen, zoals krukas, nokkenas en kleppen.

Waarom worden er dan nog steeds bijna uitsluitend zuigermotoren in auto's gebruikt, vraag je je dan af. Ik vermoed dat het niet meer dan luiheid is. Die zuigermotor doet het al zo lang, consumenten zijn conservatief, iedereen blijft die auto's gewoon kopen, dus waarom zou je als producent een risico nemen door ineens met iets anders te komen, door te innoveren?
Mijn vermoeden wordt bevestigd door een recent verschijnsel: overheidsinterventie op het gebied van uitstoot en de reactie daarop van autofabrikanten. De overheid stelt steeds strengere eisen aan de emissie van zuigermotoren. Die eisen hebben ook invloed op het brandstofverbruik. En wat gebeurt er? Autofabrikanten klagen eerst steen en been, ach en wee. Hoe durft die overheid het ze zo moeilijk te maken. Maar het eind van het liedje is dat ze ineens allemaal met zuinige en emissie-arme motoren op de proppen komen. Technisch kan het dus wel degelijk, ze moeten er alleen toe gedwongen worden, want uit zichzelf zijn ze er te laf of te opportunistisch voor. Het is immers veel simpeler en winstgevender om eindeloos oude techniek in nieuwe jasjes te blijven verkopen. De eveneens luie en vooral oppervlakkige consument koopt het toch wel, als het er van de buitenkant maar 'mooi' uitziet.

Kortom: weg met zuigermotoren, vooral in auto's. Schrijf als (Europese) overheid voor dat de aandrijving van auto's met ingang van jaar X een rendement van minstens Y% moet hebben, waarbij Y meteen al veel hoger ligt dan 20 en met het verstrijken der jaren stijgt tot 75%. Moet je eens kijken hoe hard die autofabrikanten aan het innoveren slaan. Voor je het weet is de zuigermotor een voetnoot in de geschiedenis.  Weg ermee! Opgeruimd staat netjes.