Dieselhydraulische hybride , een zinvol alternatief?
Bij een hybride aandrijflijn denken we tot nu toe uitsluitend aan een dieselelektrische hybride; dat het ook anders kan komt eigenlijk nog maar bij weinig producenten op. In de jaren tachtig werd door de busindustrie alles al eens in beeld gebracht wat er aan hybride opties was, inclusief hydraulische hybriden, mechanische vliegwielconstructies en allerlei andere zaken. Uitgangspunt bij die inventarisatie was dat alles wat mogelijkheden biedt om tussentijds energie op te slaan en de rol van de verbrandingsmotor deels over te nemen, geschikt is als medium voor een hybride aandrijflijn. Van al die alternatieven lijkt inmiddels de hydraulische hybride wat serieuzer bekeken te worden.
Alternatief voor alternatief
Dat er nu vrijwel consequent wordt gekozen voor een hybride oplossing waarbij elektrische aandrijving een aanvullende rol speelt, heeft een aantal redenen. Een ervan is de historische logica. Hybride aandrijving in de vorm van een combinatie van een verbrandingsmotor en elektrische aandrijving bestaat inmiddels 105 jaar, terwijl hydrauliek iets is van de laatste decennia. Aan de andere kant heeft een elektrische hybride de nodige nadelen: je hebt koper nodig voor de motor, er gaat met name bij bedrijfsauto's en bussen stroom met een redelijk hoge spanning door de kabels, en de teruggewonnen energie moet eerst omgezet worden in elektriciteit voor hij weer te gebruiken is. Om de stroom bruikbaar te maken moet hij opgeslagen worden in accu's of supercapacitoren, ook niet bepaald een goedkope oplossing. Een dieselhydraulische hybride is dan een stuk simpeler en voordeliger.
Bij voertuigen werd hydrauliek in het recente verleden wel eens toegepast als hulpaandrijving. De Finse truckfabrikant Sisu leverde een tijdje een militair voertuig bestaande uit een truck met een aanhanger, waarbij de wielen van de éénassige aanhanger werden aangedreven door middel van hydraulische naafmotoren van eigen ontwerp. In de jaren tachtig werd in Frankrijk het gebruik van hydrostatische motoren op kipperopleggers op kleine schaal toegepast.
Bedenker van dat systeem was Poclain Hydraulics, een Franse fabrikant van hydraulische aandrijvingssystemen, die deze motoren in eerste instantie gebruikte in haar eigen Poclain grondverzetmaterieel, maar toeleverancier werd van de industrie nadat ze de eigen materieelproductie in 1974 verkocht aan Case. De hydrostatische motoren van Poclain maken o.a. deel uit van het HydroDrive systeem dat MAN twee jaar geleden lanceerde. In feite is 't het Addidrive systeem van Poclain, bestaande uit een hydraulische pomp en hydrostatische naafmotoren, dat ze inmiddels wereldwijd aanbiedt. Een variant op de Addidrive is de Creepdrive, die een voertuig met een kruipgang kan voortbewegen door middel van een hydrostatische aandrijving op de aangedreven as.
De MAN-variant, de hydrostatische voorwielaandrijving HydroDrive dus, is met een knop op het dashboard onder belasting in te schakelen. Het systeem functioneert bij snelheden onder de 28 km/uur, daarboven schakelt het automatisch uit. Ten opzichte van een conventionele voorwielaandrijving is het systeem lichter, genereert het minder wrijving bij off-duty en vergt het geen extra bouwhoogte van het voertuig.
Het geheim van HydroDrive is een compacte hydrostatische naafmotor met acht plunjers, die precies op het juiste moment onder druk gezet worden, waardoor ze zich kunnen afrollen op een sinusvormige baan in de naaf. Een draaibaar verdeellager roteert met het wiel mee langs de olietoevoerkanalen en stuurt zo de wisseling van pers en zuig bij elke plunjer. Wanneer het systeem is uitgeschakeld worden de plunjers door veren opgetrokken zodat het geen extra energie vraagt.
Hydrostatische bussen
Op basis van ditzelfde systeem heeft busbouwer Irisbus samen met Poclain een hydraulische hybridenaandrijving ontwikkeld voor haar nieuwe Hynovis stadsbus. Groot voordeel van hydraulische motoren is dat ze compact te construeren zijn en heel dicht bij het onderdeel gemonteerd kunnen worden dat ze aan moeten drijven. Bij de aandrijving van voertuigen kun je ze bovendien een ondersteunende rol geven in de besturing, door een aangepaste drukverdeling naar de verschillende wielen van het voertuig, als je vierwielaandrijving gebruikt. De Hynovis doet dat overigens niet.
De eerste die op het idee kwam om een stadsbus met een dieselhydraulische hybride aandrijflijn te bouwen, was de Deen Preben Louw Pedersen, constructeur van de Deense busfabriek DAB, die eind jaren tachtig een prototype van zijn Travolator klaar had voor het openbaar vervoer van het Deense Aarhus. Van de Travolator werden er vervolgens een aantal gebouwd, enkele reden er o.a. in het Nederlandse Dordrecht, vlak onder Rotterdam. Ze waren tot heel slimme trucs in staat, zoals bijvoorbeeld vierwielbesturing, en zelfs de hondegangbesturing. DAB kwam uiteindelijk in handen van Scania, die de fabriek sloot en de Travolator in de ijskast zette, tot vorig jaar, toen op het UITP congres in Helsinki een nieuwe hybride stadsbus werd gepresenteerd, die door insiders onmiddellijk werd herleid tot de Travolator van Preben Louw Pedersen. Alleen had de Scania-versie geen dieselhydraulische hybride aandrijflijn meer, maar een dieselelektrische.
De hydraulische ideeën van Pedersen worden nu weer opgepakt door Irisbus en verder ontwikkeld. Irisbus en Poclain hebben kans gezien een aandrijflijn te ontwikkelen die werkt als een dieselelektrische hybride, met bijvoorbeeld terugwinning van remenergie. Alleen is de dieselhydraulische hybride van Irisbus/Poclain een stuk lichter, bijvoorbeeld doordat de accu's achterwege kunnen blijven. In plaats daarvan wordt er gewerkt met hydraulische drukaccumulatoren, die de vloeistof onder een zodanige druk brengen, dat ze de bus na een halte probleemloos op snelheid kunnen brengen, waarna de dieselmotor de aandrijving weer overneemt. Tegelijkertijd zorgt een innovatieve oplossing met supercapacitors en accu's ook voor een aandrijving van de elektrische componenten tijdens de stilstand aan de halte en het accelereren.
Bij de ontwikkeling van de Hynovis lag de nadruk op een beperking van de CO<->2 uitstoot per vervoerde passagier. Om die beperking op een zo hoog mogelijk niveau te krijgen werd er gekeken naar alle componenten die daar invloed op hebben. Door het gebruik van een dieselhydraulische hybride aandrijflijn en wat aanpassing aan de constructie van de bus, kon er in totaal ruim een ton aan eigen massa worden gewonnen. Het effect daarvan is een toename van de vervoerscapaciteit met negen passagiers. Verder gebruikt Irisbus op dit prototype een nieuwe generatie Michelin banden met een lagere rolweerstand. Het totale effect van al deze maatregelen is een beperking van de CO<->2-uitstoot met dertig procent, volgens de berekeningen van Irisbus. De uitstoot van NOx, wordt zelfs gehalveerd, vergeleken met een conventionele stadsbus met Euro 4 motor.
Diesel hydraulische huisvuilauto
Niet alleen passagiers in het openbaar vervoer zijn dieselhydraulisch te vervoeren, je kunt dezelfde technologie ook gebruiken om zo milieuvriendelijk mogelijk huisvuil in te zamelen, door de uitstoot van uitlaatgassen tijdens dit proces te beperken.
Het Duitse bedrijf Haller heeft zo'n huisvuilauto ontwikkeld; hij kreeg een HRB (afkorting van Hydrostatic Regenerative Braking) hydraulisch hulpaandrijfsysteem van Rexroth ingebouwd dat in staat is om de truck een aantal kilometers bijna emissieloos te laten rijden, dus zonder de verbrandingsmotor actief te gebruiken. De werking is in grote lijnen hetzelfde als bij de Hynovis oplossing: teruggewonnen remenergie wordt gebruikt om hydraulische vloeistof in een drukaccumulator onder zo'n hoge druk te brengen dat het in staat is om via een hydraulische motor het voertuig in beweging te brengen en een korte periode te houden.
De dieselmotor wordt pas weer voor de aandrijving gebruikt zodra de truck een dusdanige snelheid heeft bereikt dat hij de aandrijving kan overnemen met een minimale uitstoot. Bijkomend effect is ook hier weer een forse beperking van het brandstofverbruik. Rexroth claimt een besparing tot 25 procent.
De opbouw van het systeem is vrij simpel. Het bestaat in grote lijnen uit een omkeerbare hydrostatische aandrijving, die hydraulische olie onder druk brengt in een drukaccumulator, zodra het rempedaal wordt ingetrapt. Trapt de chauffeur vervolgens het gaspedaal in, dan wordt de opgebouwde druk in de accumulator gebruikt om de hydrostatische aandrijving te gebruiken als motor, die het voertuig in beweging brengt zonder de dieselmotor actief te gebruiken. Rexroth heeft inmiddels kans gezien een aantal van deze hydraulische hulpaandrijvingen te verkopen aan de gemeentereiniging van de stad New York, die het in enkele huisvuilinzamelingsauto's inbouwt bij wijze van test. Het is in zoverre een mooie opsteker voor Rexroth dat concurrerende systemen van Parker Hannifin en Eaton buiten beschouwing bleven bij deze test, die in het kader van het Heavy Truck Users Forum wordt georganiseerd en begeleid door Calstart, een Amerikaanse overheidsorganisatie die zich bezighoudt met het stimuleren van geavanceerde vervoersoplossingen.
Overigens zijn de Amerikanen bezig verdere stappen te zetten op dit gebied, FedEx heeft een overeenkomst getekend met Parker voor de gezamenlijke ontwikkeling van een dieselhydraulische hybride, terwijl onder auspiciën van Calstart het bedrijf Hybra-Drive de opdracht heeft gekregen voor de ontwikkeling van drie prototype bestellers met een dieselhydraulische hybride aandrijving, op basis van een specifiek door haar ontwikkeld concept, die in de loop van volgend jaar praktisch moeten worden ingezet bij UPS, FedEx en Purolator om inzicht te krijgen in de milieueffecten. Overigens heeft UPS inmiddels zo'n 2.200 voertuigen op de weg met een lage emissie, waaronder 200 hybriden.
|
Geplaatst op 22 September 2008, 13.24 uur
