Techniek – V3 met e-turbo

In de afgelopen decennia hebben talloze fabrikanten geprobeerd een motorfiets meer vermogen te geven door deze uit te rusten met een turbo. Geen van deze turbo-motorfietsen (o.a. , de Honda CX650 Turbo en Yamaha XJ650 Turbo), die vooral begin jaren 80 op de markt kwamen, was echt succesvol. Waar lag dat aan?
In eerste plaats door de weinig vriendelijke vermogenskarakteristiek. Over het algemeen hebben motoren met een uitlaatgasturbo namelijk een nogal spitse vermogenskarakteristiek, de power komt er ineens in. Dat probleem kan tegenwoordig het hoofd worden geboden met (prijzige) technische oplossing als verstelbare schoepen. Bovendien strijken moderne hulpsystemen zoals tractiecontrole abrupte vermogensoverschotten dusdanig effectief glad, dat dit probleem prima het hoofd kan worden geboden. Wanneer een turbo echter alleen een zo groot mogelijk, soepel op te roepen vermogen ten doel heeft, dan is met de huidige technologische mogelijkheden de relevantie ervan feitelijk nul. Hoge prestaties zijn immers ook met conventionele atmosferische motoren prima haalbaar. Viercilindermotoren met een inhoud van duizend cc genereren gemakkelijk 200 pk en meer, en dat zonder turbo. In de regel hebben deze motoren zelfs onderin al zoveel kracht, dat een tractiecontrolesysteem zijn handen vol heeft om al dat vermogen optimaal op het asfalt over te brengen. Er is vaak zelfs meer vermogen beschikbaar dan effectief kan worden gebruikt. Dit maakt de toevoeging van een turbo totaal overbodig, want deze brengt extra technische inspanningen en kosten met zich mee, zonder dat het echt voordelen oplevert.

Uitlaatgasturbo als prijsopdrijver
Een ander aspect dat uitlaatgasturbo’s op motorfietsen bemoeilijkt, is dat deze in het uitlaattraject moet worden opgenomen, meestal daar waar de uitlaatbochten samenkomen. Daarbij moeten de uitlaatbochten ook nog eens zo worden ontworpen dat ze überhaupt in combinatie met een turbo kunnen worden gebruikt. Absoluut geen gemakkelijke opgave met betrekking tot het onderbrengen van alle noodzakelijke onderdelen, met elk een specifieke functionaliteit en ontwerpspecificatie. Om de turbo zo effectief mogelijk te laten werken, is bovendien een extra intercooler/luchtkoeler nodig, alleen al om het risico tot pingelen/detoneren te minimaliseren. Door lokaal sterk stijgende drukpulsen zou namelijk een ongecontroleerde, spontane zelfontbranding kunnen plaatsvinden en deze zogeheten detonatie kan tot ernstige motorschade leiden. Een intercooler biedt uitkomst, maar maakt de turbo nog duurder, vergroot daarnaast ook de benodigde installatieruimte.
Kijken naar de auto-industrie helpt ook niet. Hier komt het onderwerp turbo voornamelijk in beeld wanneer motorblokken kleiner worden. Achtcilinders worden vierpitters, zescilinders worden driepitters: het welbekende downsizing fenomeen. Ondanks het verlies aan cc’s leveren turbomotoren dan vergelijkbare prestaties als conventionele blokken met een veel grotere cilinderinhoud. Deze downsizingtrend is echter in motorland totaal niet aan de orde en er is ook geen behoefte aan. Zo bekeken lijkt het bijna logisch dat Honda bij het getoonde conceptmodel heeft gekozen voor een elektrisch aangedreven turbo in plaats van een door uitlaatgas aangedreven exemplaar. Voordat we hier wat dieper op in gaan, kijken we eerst even naar de V3. Een motorconcept dat even uniek als ongewoon lijkt.

Nieuw icoon
Als grootste motorfietsfabrikant ter wereld biedt Honda wereldwijd een zeer breed portfolio aan motorfietsen, waarmee het uiteenlopende markten met specifieke tweewielerwensen bedient. Wat echter ontbreekt is een echt icoon. Een uniek concept dat zich onderscheidt van de massa, en precies dat zou de reden kunnen zijn achter de ontwikkeling van de V3. De dagen van de CB750 Four, die in de jaren 70 de weg plaveide voor vier-in-lijn motoren, liggen al lang achter ons. En ooit redelijk exotische motorconfiguraties als de 90° V4, met tandwiel aangedreven nokkenassen of variabele kleptiming, zoals onder meer gebruikt in de VFR, liggen al lang in de bureaulade genaamd ‘glorieus verleden’. Tegen deze achtergrond opent een V3 een nieuwe deur als blikvanger en imagodrager. Constructief gezien betreft het een driecilinder V-motor met een blokhoek van 75 graden, die geen directe voordelen biedt ten opzichte van twee-, drie- of viercilinder-lijnmotoren. De combinatie met de elektrische turbo versterkt echter wel het innovatieve en unieke karakter.
De elektrische turbo biedt verschillende voordelen bij dit concept. Het hoeft niet te worden geïntegreerd in het uitlaattraject (wat geldt voor alle blokconfiguraties uiteraard), waardoor installatieruimte wordt bespaard en de uitlaatbochten-layout niet aangepast hoeft te worden. Bovendien kan het toerental van de turbo, dat niet afhankelijk is van de uitlaatgasdruk, naar wens worden geregeld via de elektromotor, bijvoorbeeld voor meer boost bij lage toerentallen. De nadruk bij het blokconcept ligt ogenschijnlijk ook niet op langdurige topprestaties, daarvoor zou eveneens een intercooler nodig zijn. Die is echter niet te zien bij het conceptmodel. Meer voor de hand liggend is een gunstig verbruik in combinatie met onderhoudende acceleratiewaarden. Mocht er meer vermogen nodig is, schakelt de e-turbo kortstondig bij, waardoor het vermogen direct en naar behoefte toeneemt. In dit scenario verrijkt de injectie het brandstofmengsel wanneer de turbo actief is, waardoor de motor niet gaat pingelen en er ook geen intercooler nodig is. Wanneer de turbo echter continu in bedrijf zou zijn, kun je niet om een intercooler heen. Deze moet dan de door compressie verhitte lucht weer afkoelen, om zo de verbranding in de motor binnen het ideale temperatuurkader te houden.

Extra spanning vereist
Met alleen het monteren van de elektrische turbo ben je er nog niet. Deze is aangesloten op de boordspanning en trekt dus stroom, die ergens vandaan moet komen. De accu van de V3 is waarschijnlijk niet veel groter dan die van een conventionele motorfiets, dat betekent dat de dynamo de additionele stroom voor de turbo voor zijn rekening neemt. Het vermogen van een dynamo wordt bepaald door de maximaal mogelijke spanningsbehoefte van een voertuig, dat wil zeggen wat alle elektrische systemen samen vereisen, van de verlichting tot de hulpsystemen en het dashboard. De moderne generatie motorfietsen vereist daarvoor een dynamo met een maximale capaciteit van tussen 350 en 600 watt.
De elektrische turbo vraagt waarschijnlijk echter rond de 500 watt en meer aan extra vermogen (een exact getal is moeilijk te noemen omdat er nog geen technische detail beschikbaar zijn) onder verschillende belastingomstandigheden. Dat vergt dus een 50 tot 100 procent grotere dynamo in vergelijking met een reguliere motorfiets. Een minpunt, want een grotere dynamo weegt meer en je hebt het extra potentieel alleen maar nodig wanneer de turbo in werking is. De overige tijd vervliegt dat extra vermogen. Daar komt bij dat er hogere stroomsterktes optreden in het standaard 12V-boordspanningsnetwerk door het wattage dat de dynamo moet leveren. Dit vereist dikkere kabels, wat weer nadelig is bij de inbouw, en met betrekking tot gewicht en ruimte. Aan de positieve kant: meer verbruik vanwege de grotere dynamo is niet te verwachten, omdat een dynamo van zichzelf al zeer efficiënt is en met een hoog rendement werkt.

Inbouw – een oplosbaar probleem
Honda’s V3 in ogenschouw nemend valt op dat de e-turbo zelf, net als de luchttoevoer en de airbox, relatief klein uitvalt. Heeft dit invloed op de functie? Waarschijnlijk niet, want het ontwerp van de turbo is voldoende om overdruk te genereren. Het volume van het luchtfilterhuis is mede een gevolg van het feit dat de turbo, inclusief aanzuigtraject en kanaal naar het luchtfilterhuis ergens in de motor moet worden geïntegreerd. Waar deze onderdelen bij de V3 concept zitten, bevindt zich ook nog de airbox. Dat maakt de beschikbare ruimte aan de krappe kant, wat Honda dus heeft opgelost middels een kleinere airbox. Door de grootte is er een weliswaar een grotere stromingsweerstand, maar die is verwaarloosbaar door de overdruk.

Turbo vs. atmosferisch – update
Wie veel vermogen wil, moet toeren draaien. Deze wijsheid uit de koker van talrijke tuningspecialisten is nog altijd actueel. Maar: hoe hoger het toerental van een conventionele verbrandingsmotor, hoe moeilijker het wordt om de verbranding te reguleren in termen van prestaties, verbruik en uitstoot. Simpelweg omdat alle processen in de motor dan razendsnel verlopen. Dit is het gebied waar de elektrische turbo een opvallend voordeel zou kunnen hebben. Deze maakt het mogelijk om het motortoerental te verlagen. Lagere nominale en gemiddelde motortoerentallen betekenen ook lagere wrijvingsverliezen, waarmee de elektrische turbo in potentie de mogelijkheid biedt om brandstofverbruik en uitstoot te verminderen, zonder dat dit ten koste gaat van de prestaties.
Het gebruik van een turbo vereist echter ook andere aanpassingen aan de motor. Een turbo vereist ten opzichte van een atmosferische motor onder meer een lagere compressieverhouding om pingelen te voorkomen. De zuigers moeten waarschijnlijk ook sterker worden uitgevoerd om de hogere druk te kunnen weerstaan. Het extra gewicht van de zuigers heeft geen grote nadelige effecten, omdat de turbomotor met lagere toerentallen en dus lagere zuigersnelheden werkt. Krukas en drijfstangen hoeven om diezelfde reden waarschijnlijk ook niet sterker te worden uitgevoerd in vergelijking met een krachtige atmosferische motor.

Concept en realiteit
Hoe realistisch is het gezien al het voornoemde dat Honda met productieversie van deze V3 gaat komen? De mogelijkheid van een nieuw modelicoon met prima prestaties, een hoge efficiëntie en lage uitstoot klinkt aanlokkelijk. En als je bedenkt hoe enorm positief de V3 op de afgelopen Eicma werd ontvangen, dan zijn de voortekenen gunstig dat Honda dit concept ook daadwerkelijk in realiteit gaat vertalen. Als het al zover komt, is het in ieder geval nog wel verre toekomstmuziek. Het conceptmodel alleen al toont dat er nog een heel lange weg te gaan is. Onderdelen zoals de accu ontbreken nog, en het uitlaatsysteem loopt wel heel dicht langs het blok, waardoor warmteproblemen onvermijdelijk zijn. Waar Honda alle andere noodzakelijke onderdelen en componenten rond blok en e-turbo gaat integreren tot een functioneel en visueel coherent en aantrekkelijk geheel, staat ook nog volledig open. En dat is nog een behoorlijke uitdaging.
Het kan natuurlijk zijn dat het getoonde conceptmodel niet de huidige stand van project weergeeft, maar dat het een beeld is uit een vroeger stadium. Een stadium waarin de technische ontwikkelaars nog de overhand hadden op hun collega’s verantwoordelijk voor de serieproductie. Het project zou zich dan inmiddels in een gevorderd stadium bevinden waarbij er al een meer realistische motorfiets rond het nieuwe V3 e-turbo platform staat. Andere mogelijkheid is dat het studiemodel overeenkomt met de huidige ontwikkelingsfase. In dat geval heeft Honda nog een lange weg te gaan voordat de V3 op het wereldwijde wegennetwerk zijn opwachting maakt.

Conclusie
Een V3, met (of zonder) elektrische turbo, is geen bittere noodzaak voor de ontwikkeling van een goede motor. Toch laat het concept zien dat de Japanners in ieder geval nadenken over een nieuwe mijlpaal op motorgebied. Ten opzichte van de traditionele uitlaatgasturbo elimineert de elektrische variant daarbij veel struikelblokken, terwijl het een belangrijke bijdrage kan leveren aan de ontwikkeling van een nieuwe, stille en krachtige aandrijving. Potentie zit er kortom voldoende in!