/Voorpagina /Nieuws /Mensen /Achtergrond /Academie /Onderzoek /Opinie /Reportage /Bestuur /Cultuur /Studentenleven /Ruis /Harmpje /Colofon

/Vacatures /Mensa /Oude cursors /pdf formaat /Faculteits Berichten /Zoeken /TUE

jaargang 42, 28 oktober 1999 Onderzoek

Vliegwielhybride aandrijflijn bespaart 35 procent brandstof Vliegwielhybride/Maaike Slingerland Hybride aandrijvingen zullen een belangrijke rol gaan spelen in de wereldwijde zoektocht naar reductie van brandstofverbruik en uitlaatgasemissie in de vervoerssector. Op de TUE is een mechanische vliegwielhybride aandrijving ontwikkeld, die in stadsverkeer een brandstofbesparing van 35% oplevert. Promovendus ir. Daniël Kok schreef hierover een proefschrift. Het onderzoek is uitgevoerd bij de sectie Automotive Engineering & Product Design, voorheen Vervoerstechnologie van de faculteit Werktuigbouwkunde. Ir.Roel van der Graaf is de geestelijk vader van dit systeem. Van origine is het niet compleet door hem ontworpen, maar hij heeft dit wel op de TUE opgestart en is er met een meerkoppig team van wisselende samenstelling sinds de jaren tachtig mee bezig geweest. In die tijd was er nog geen continu variabele transmissie (CVT) beschikbaar, die zorgt voor het transport van energie tussen de aandrijfbronnen en het voertuig. Het heeft dus jaren geduurd voordat het technisch gezien mogelijk werd om een vliegwielhybride voertuig-aandrijving ook echt te realiseren. Sinds 1994 is een omvangrijk programma van testen en optimaliseren van de hybride aandrijflijn gerealiseerd. Een van de zes mensen die hebben meegewerkt aan het haalbaarheidsonderzoek en vooral ook maakbaarheidsonderzoek aangaande de vliegwielhybride aandrijflijn is Daniël Kok. Hij heeft over dit onderwerp het proefschrift ‘Design optimisation of a flywheel hybrid vehicle’ geschreven en zal dit donderdag 4 november verdedigen. Hij heeft vooral onderzocht waar de verliezen zitten en hoe deze geminimaliseerd konden worden. Optimalisering Het proefschrift beschrijft de optimalisering van het ontwerp van een mechanisch vliegwiel hybride voertuig voor wat betreft brandstofverbruik en de uitstoot van uitlaatgassen. Hybride wil zeggen: tweeslachtig, wat zich uit in twee aandrijfbronnen. Een gewone verbrandingsmotor en een vliegwiel waarin met hoge snelheid kinetische energie wordt opgeslagen. Een speciaal voor dit doel ontwikkelde CVT zorgt voor het transport van energie tussen deze aandrijfbronnen en het voertuig. Kok: “Het is een soort perpetuum mobile, al is het dat dit natuurlijk niet bestaat door wrijvingsverliezen.” De verbrandingsmotor moet dan ook af en toe gestart worden om te zorgen voor extra energie. Door gebruik te maken van energieopslag in het vliegwiel ontstaat een ontkoppeling van het aan de voertuigwielen gevraagde en het door de motor te leveren vermogen. In het stadsverkeer wordt het vliegwiel gebruikt als energiebron, waardoor de verbrandingsmotor gebruikt kan worden in het gebied van zijn optimale rendement. Overschot aan energie kan worden opgeslagen in het vliegwiel. Als deze volledig is opgeladen wordt de verbrandingsmotor afgeschakeld door middel van een computer. Een belangrijk onderdeel in deze aandrijflijn is de CVT. Door deze transmissie continu te variëren kan een gevraagde energiestroom van het vliegwiel naar het voertuig of omgekeerd worden geleverd. Het voertuig kan worden versneld en afgeremd door de combinatie van vliegwiel en CVT. Stadsverkeer Samen met de andere leden van de werkgroep heeft Kok aangetoond dat het systeem in principe werkt. Ze hebben eerst alles gemeten door testopstellingen te maken. Daarna is het ingebouwd in een Volvo S40. Dit vond Kok echter minder belangrijk. “Het was wel leuk omdat je er nu ook mee kon rijden, maar dat voegde relatief weinig toe. Het systeem moest alleen passend gemaakt worden. De motor is dan wel kleiner maar er komt een vliegwiel bij.” De winsten zijn aantoonbaar in de vorm van brandstofbesparing, terwijl de prestaties van de auto gelijk blijven. “Het zou uitermate geschikt zijn voor bijvoorbeeld de besteldiensten van de PTT, voor buurtbussen of taxibussen,” volgens Kok. “Het mechanisme bespaart namelijk vooral in het stadsverkeer, aangezien de energie tijdens het remmen wordt opgeslagen.” “Het puur werkend krijgen van zo’n systeem is voor een universiteit een aardig resultaat. De faculteit Werktuigbouwkunde mag daar best trots op zijn. Het is de enige methode in de wereld dat van dit basisprincipe gebruik maakt. Iedereen heeft zijn eigen deelstukje bijgedragen aan het project. Ikzelf heb me geconcentreerd op het vliegwiel en de verbrandingsmotor. Daarnaast zijn er veel studenten op dit project afgestudeerd die ik heb kunnen begeleiden,” zegt Kok. “Verder heb ik onderzocht waar de energieverliezen zitten en hoe ik deze kan minimaliseren.” In de loop der jaren is de verwachte besparing bijgesteld. Zo dacht het onderzoeksteam in 1997 nog aan een brandstofbesparing van twintig procent in de optimale situatie, terwijl dat inmiddels vijfendertig procent is. Kok heeft het systeem verbeterd door de wrijvingsverliezen te verminderen. Hij heeft hiervoor onder andere het toerental van het vliegwiel verlaagd, lageringen verbeterd en het vacuümsysteem geoptimaliseerd. Kok: “Als je het geheel verder optimal iseert kan deze besparing oplopen tot vijftig procent. Het gaat dan echter om kleine ingrepen, niet om technische vernieuwingen. Je weet dat het kan en dat is voldoende. Als TUE moet je niet in lengte van dagen blijven voortborduren op een bestaand systeem.” Milieu sparen Kok: “Auto’s zijn leuk, dat heb ik altijd al gevonden. Complexe technologie en dan vooral dingen die bewegen, interesseren me. Inmiddels is er een stuk ideologie bij komen kijken om het milieu te sparen. Een kopieerapparaat is ook interessant wat techniek betreft, maar dan draag ik niet bij aan het verminderen van milieubelastende wegvoertuigen. Vervoer is nu eenmaal nodig in onze Westerse maatschappij en nu heb ik met mijn beetje kennis bij kunnen dragen aan een systeem dat transport mogelijk maakt op zo’n manier dat de wereld er minder slecht door wordt.” Sinds kort werkt Kok bij TNO in Delft, waar hij als wetenschappelijk medewerker een elektrische aandrijflijn ontwikkelt. Op zich heeft Kok zo zijn bedenkingen over een elektrisch systeem. “Een elektrochemische accu is een onding. De kostprijs is hoog en het heeft een beperkte levensduur. Maar er komen nu eenmaal steeds meer elektrische aandrijflijnen. En er zijn zoveel manieren om hybride aandrijflijnen te maken, dat het goed is deze onderzocht te hebben.” Kok benadrukt dat het mechanisch ontwerp een aantal voordelen heeft. “Er vindt geen omzetting van mechanische naar elektrische energie plaats, waardoor conversieverliezen vermeden worden. Verder maakt het systeem, behalve de glasvezel composiet rotor, gebruik van bestaande technieken. Dat maakt het goedkoop wat productiekosten betreft. /.