Jeep Grand Cherokee krijgt F1-verbrandingstechnologie voor efficiëntie

Een slim ontstekingssysteem, ontwikkeld voor racemotoren, brengt nu zeer efficiënte eigenschappen naar een Mopar bij u in de buurt, zonder de noodzaak van hybride accu’s. Vanaf de Jeep Grand Cherokee van modeljaar 2026 en ter geleidelijke vervanging van de verouderende 3,6-liter Pentastar V6, is de volgende massamarkt motor van Mopar de Hurricane 4 Turbo. Een van de vele slimmigheden is een multifunctionele vlammenwerper om het brandstof-luchtmengsel te ontsteken, wat ingenieurs een geheel nieuwe mate van controle geeft over het verbrandingsproces met grote en actuele implicaties voor de portemonnee.

Net als de overstap naar directe benzine-injectie (GDI) en turbogeladen motoren in de jaren 2000 en de bredere uitrol van hybride technologie in de decennia daarna, vertegenwoordigt het voorkamerontstekingssysteem een belangrijke technologische verschuiving. De verbrandingsmotor is nog lang niet dood en technologieën zoals Turbulent Jet Ignition (TJI) laten zien dat verbrandingsmotoren nog steeds onbenutte efficiëntie kunnen ontsluiten, met of zonder hybride ondersteuning.

TJI van het circuit naar de bestuurdersstoel

Benzinemotoren bestaan al meer dan een eeuw en gedurende het grootste deel van die tijd ontstaken ze hun lucht-brandstofmengsel allemaal op dezelfde manier: met een bougie. Naarmate motoren evolueerden om lichter, beter ademend, efficiënter en duurzamer te worden, was de bougie altijd de hoofdrolspeler. Sommige motoren gebruikten twee bougies in plaats van één, maar bougie-ontstoken benzinemotoren, van zuinig tot exotisch, hadden de nederige bougie gemeen.

Rond het midden van de jaren 2000 hadden ingenieurs die racemotoren bouwden een aanzienlijke efficiëntieboost nodig om aan de regelgeving te voldoen, en het voorkamerontstekingssysteem vond zijn weg naar de meest geavanceerde motoren die de mensheid bouwde. De technologie verspreidde zich door racemotoren en kwam via de Maserati MC20 supercar in de Stellantis genenpool terecht, specifiek via zijn twin-turbo V6 “Nettuno”-motor, die hetzelfde voorkamerontstekingsconcept gebruikte als diverse racemotoren uit die tijd.

Zoals de nieuwste techniek vaak doet, zou deze technologie die doorsijpelt vanuit de racewereld op een dag zowel de klant als de autofabrikant ten goede komen met meer vermogen, lagere emissies en een lager brandstofverbruik.

In 2020 beschreef Mike Bunce, hoofd onderzoek bij Mahle Powertrain North America, in een interview met Autoline Network het werk van zijn bedrijf met de Formule 1-inspanningen van verschillende fabrikanten. Hieronder viel Ferrari, dat races won met een motor die het vroege “Mahle Jet Ignition” (MJI)-systeem gebruikte, de voorloper van de algemene toepassingen. Bunce legde uit dat de Formule 1 “de ultieme testgrond, een snelle technologieversneller” voor hen was.

Vlammenstralen voor een koeler draaiende motor

Voor de autoliefhebbers, hier zijn de details over TJI. Denk aan de anatomie van een standaard viercilinder turbomotor, en u bent al een heel eind. Elke verbrandingskamer in de Hurricane 4 Turbo motor heeft twee inlaatkleppen (gevoed door een stroomopwaartse brandstofinjector), twee uitlaatkleppen en een bougie.

Vanuit deze basis voegt de Hurricane 4 Turbo TJI-motor een component toe aan de cilinderkop, waarbij elke verbrandingskamer wordt voorzien van de verbrandingsvoorkamer. Dit is een koperen koepel van ongeveer de grootte van een potloodgummetje. Binnenin bevinden zich een extra brandstofinjector en bougie. Ze zijn gescheiden van de verbrandingskamer door de koperen koepel, die overigens een ring van kleine gaatjes heeft.

De voorkamer is centraal in het plafond van de verbrandingskamer geplaatst, tussen de kleppen, waar normaal de conventionele bougie zit. In een TJI-motor blijft de conventionele bougie aanwezig, maar is deze naar de zijkant verplaatst. Opmerkelijk is dat het voorkamersysteem in de Maserati Nettuno V6-motor ongeveer de grootte had van een echte bougie, terwijl de voorkamer van de Hurricane 4 aanzienlijk is verkleind voor de eerste moderne massamarkt toepassing.

Als u meetelt, betekent dit dat elke cilinder in de Hurricane 4 Turbo-motor vier kleppen heeft, een poortbrandstofinjector stroomopwaarts, een conventionele bougie en de TJI-voorkameropening, met daarin een extra brandstofinjector en bougie.

Wanneer geactiveerd door de motorcomputer, vult de voorkamer zich met brandstof die wordt ontstoken door de bougie daarbinnen. Dit zorgt ervoor dat vlammenstralen uit de 360-graden reeks gaatjes van de voorkamer schieten, waardoor de wachtende brandstof en lucht in de “hoofd”-verbrandingskamer niet met een kleine vonk, maar met meerdere vlammenstralen worden ontstoken die het dak van de cilinderkop bedekken. Dit verbrandt het brandstof-luchtmengsel in de hoofdkamer grondiger en sneller dan alleen een vonk, en helpt de motor te werken met een compressieverhouding van 12.0:1 en een thermisch rendement van meer dan 40 procent.

Mike Bunce liet weten: “Stel u voor dat u een bougie overal in de verbrandingskamer kunt plaatsen, overal in de ruimte. Stel u dan voor dat u dit vermenigvuldigt, zodat u er zes, zeven of acht kunt hebben. Dat is in wezen hoe dit concept werkt, maar in plaats van bougies gebruiken we deze zeer snel bewegende stralen om hetzelfde te bereiken.”

De resulterende cijfers zijn bijzonder indrukwekkend: met de variabele geometrie turbocompressor die 2.41 bar turbodruk levert, brengt het TJI-systeem deze 2,0-liter viercilinder-in-lijn motor naar 324 pk en 450 Nm koppel. Dat is 26% meer vermogensdichtheid dan de Hellcat Redeye V8 (162 pk per liter). Het is ook 20% meer vermogen met 10% minder brandstof dan de uitgaande 2,0-liter motor, of een voordeel van 31 pk en 97 Nm koppel ten opzichte van de Pentastar V6. De Pentastar V6 (3,6-liter V6, 293 pk, 353 Nm koppel, compressieverhouding 11.3:1) heeft volgens EPA-gegevens dezelfde jaarlijkse brandstofkosten.

De lange weg naar de massamarkt

Lezers herinneren zich wellicht de fascinerende geschiedenis van het Cadillac Magnetic Ride Control-systeem, dat zeven jaar nodig had om van testmuilezelvalidatie naar de eerste massamarkt toepassing in 2002 te gaan. Het uitvinden en perfectioneren van de technologie was één strijd; het voor betaalbare massale aanpassing opzetten was een heel andere. Daarom bestaat geavanceerde technologie vaak jarenlang in niche- of racetoepassingen voordat het in een Hellcat, Corvette, Viper of Jeep Grand Cherokee belandt.

In het geval van voorkamerontsteking begon de industrie medio jaren 2000 met onderzoek naar de ontwikkeling, gevolgd door jaren van banktesten voorafgaand aan motorsportvalidatie rond het midden van de jaren 2010. In zijn interview uit 2020 met Autoline stelde Bunce dat zowel passieve als actieve voorkamersystemen in ontwikkeling waren. In 2026 kwam de TJI-uitgeruste Hurricane 4 Turbo voor het eerst in de Jeep Grand Cherokee.

TJI is een tijdige technologie die kan helpen motoronderdelen langer mee te laten gaan

Stellantis is niet de enige autofabrikant die motoren met voorkamerontsteking op de markt brengt; zelfs de nieuwste zescilinder-in-lijn motor van de BMW M3 heeft een versie van de technologie overgenomen om te voldoen aan strengere regelgeving die eraan komt voor modeljaar 2027.

In die toepassing verwijst BMW naar het voorkamersysteem als een middel om meer efficiëntie te leveren in meer situaties, betere brandstofverbruikscijfers bij vol gas, verbeterde duurzaamheid, verbeterde koudstartprestaties en geen vermogensverlies als belangrijke voordelen. Belangrijk is dat voorkamerontsteking autofabrikanten in staat stelt de prestaties van hun verbrandingsmotoren te handhaven, terwijl de emissies en het verbruik aanzienlijk worden verminderd zonder de noodzaak om zware hybride technologie toe te voegen.

Nu Stellantis afstand neemt van plug-in-aangedreven voertuigen, biedt de tijdige lancering van TJI-technologie kopers de verwachte brandstofbesparingen en emissieverbeteringen zonder elektrificatie. Het is het soort niet-geëlektrificeerde, prestatieverhogende oplossing waar Mopar-kopers van houden.

James Kelly, schrijver bij CarBuzz, liet weten dat de Hurricane 4 de 3.6-liter misschien nog niet direct vervangt, maar dat waarschijnlijk meer modellen zullen volgen. Alles wat momenteel de V6 gebruikt (behalve de Ram 1500) staat ter discussie, maar de van de Maserati V6 afgeleide techniek doet vermoeden welke prestatiegerichte toepassingen deze kleine viercilinder heeft. De toekomstige Dodge GLH, die teruggrijpt op het werk van Carroll Shelby aan de Omni GLH (slang voor “goes like hell”), zal waarschijnlijk de eerste prestatiegerichte toepassing van deze motor zien in een van de massamarktmerken van Stellantis. De Hurricane 4 is niet gebouwd voor de benzineverslindende V8-liefhebbers, noch was het in eerste instantie de bedoeling om de geliefde 3.6-liter te vervangen. Het is gebouwd om te bewijzen dat de viercilindermotor de ideale combinatie van zuinigheid en vermogen kan zijn in het moderne tijdperk, zonder het woord ‘hybride’ te noemen.

Nu de brandstofprijzen onstabiel blijven, zien we nog een actueel voordeel van de nieuwe motor: zijn vermogen om een hoog vermogen te leveren met normale benzine zal zeker een voordeel zijn op de markt.

Het is belangrijk te onthouden dat deze motor de nieuwe standaard aandrijflijn is, ontworpen voor alledaagse consumenten en wagenparkbeheerders, en geen exotisch eenmalig project. Nog indrukwekkender dan de vermogenssprong per liter is het feit dat de Hurricane 4 Turbo-motor de geadverteerde cijfers haalt met normale 87-octaan brandstof, en niet met de dure hoogwaardige brandstof die bijna universeel vereist is voor motoren die 162 pk per liter leveren. Het blijkt dat het voorkamersysteem zelf het gebruik van hoogoctaanbrandstof in deze toepassing overbodig maakt.

Bunce legde uit: “Je krijgt een zeer snelle, zeer complete verbranding. Dit stelt ons in staat om mengsels te ontsteken die normaal gesproken niet gemakkelijk ontvlambaar zouden zijn met alleen een bougie. We werken nu met een aanzienlijk overschot aan lucht, wat normaal gesproken een bougie niet zou kunnen ontsteken.”

Daarnaast is er het thermische rendement, dat maar liefst 40,5 procent bereikt. Zelfs in 2020, tijdens de ontwikkeling, lieten vroege voorkamersystemen al grote voordelen zien voor de verbrandingstemperaturen. Dit zou nog onbekende effecten kunnen hebben op de duurzaamheid op lange termijn, zelfs nu internetcommentaarsecties vol stromen met speculaties over de betrouwbaarheid van de nieuwe motor, waarbij sommige commentatoren zich afvragen of deze complexe nieuwe motor met hoge turbodruk storingsgevoelig zal zijn.

Alles is mogelijk als men dingen verzint, maar zoals Bunce uitlegde: “De temperaturen waaraan de motorblokken worden blootgesteld, zijn veel lager. In een typische benzinemotor gaat veel brandstofenergie verloren aan warmte. Wij halveren dat. De motor is veel koeler.” Met lagere temperaturen verbetert de duurzaamheid, hebben turbochargers een gemakkelijker leven, en kunnen diverse motoronderdelen en -processen opnieuw worden ontworpen en geoptimaliseerd, aangezien ze niet langer met zoveel thermische belasting hoeven om te gaan.