Het idee is dat volledig vrij programmeerbare klepbediening een boel interessante mogelijkheden meebrengt. Je kunt de gaswisseling in de cilinder beter regelen, en daarmee luchtovermaat en (inwendige) uitlaatgasrecirculatie. Dus de NO_x productie.

Wat je ook kunt doen is naar believen cilinders uitschakelen. Nog werkende cilinders werken in een gunstiger belastinggebied, draaien dan schoner, en er wordt brandstof bespaard. Je kunt de klepsturing ook gebruiken om variabele compressie te bereiken.

Klep voor Scuderi

FreeValve begon onder de naam Cargine. We zien dat wegvallen van nokkenassen een stukje scheelt in de motorhoogte, zeker handig om genoeg vrije ruimte onder de motorkap te krijgen (voor voetgangersveiligheid).

Het bedrijf FreeValve, nu onderdeel van sportwagenfabrikant Koenigsegg, ging in 2000 van start als Cargine. Een klein onderzoeksbureau in Zweden, op zoek naar alternatieve en verbeterde motortechniek.

Een van de mogelijkheden was het systeem van Scuderi, die compressie en verbranding verdeelt over twee cilinders van verschillend formaat. Beide cilinders werken dan min of meer als een tweetakt. De ene doet aanzuigen en compressie, de andere verbranding en spoelen/uitlaten. Zie hier onze eerdere beschrijving.

Een probleem was om de lucht uit de compressiecilinder heel snel in de verbrandingscilinder te krijgen, vlak voor BDP. Daarvoor werkte Cargine een snel en vrij bedienbare klep uit.

Pneumatisch-hydraulisch-elektronisch

Het centrale deel van FreeValve ziet eruit als een dikke klepstoter. Kanalen in het cilinderkopdeksel voeren lucht en motorolie toe.

Hoe deden ze dat? Met Formule 1 techniek, pneumatische klepbediening. Besloten werd dat hier interessante mogelijkheden in zaten om verder te ontwikkelen.

Zo ging Cargine over in FreeValve, en dat wekte weer de interesse van Christian von Koenigsegg. Die wil het in zijn superexclusieve sportwagens inzetten.

Er zijn ondertussen zes generaties van deze klepbediening doorheen gegaan. Het ziet eruit als een overmaatse klepstoter. Luchtdruk opent de veerbelaste klep. Elektronica stuurt de luchtdruk. Oliedruk werkt als demper op begin en eind van de klepbeweging.

Echt niet zo simpel

Eerst de voordelen. Geen nokkenas met aandrijving meer nodig, spaart gewicht, kosten en wrijving. Kleppen openen snel en precies zoveel als je wilt, op elk gewenst moment. Dat krijg je met alle bestaande variabel werkende nokkenassystemen niet voor elkaar.

Veel werk ging in bestrijding van de nadelen. Eenvoudige pneumatische klepbediening vreet veel energie om de nodige luchtdruk op te bouwen. Verloren energie, de lucht wordt naar buiten afgeblazen als de klep moet sluiten. We spreken, zo blijkt uit een afstudeerproject bij motortontwikkelaar AVL, nu van iets tot 4 kW bij een zestienkleps viercilinder.

Wat je ook nodig hebt, zonder mechanische koppeling tussen krukas en klepbediening, is een heel precies en zeer betrouwbaar meetsysteem voor de klepopening. Dat moet ‘real-time’ continu werken, en ga dan maar programmeren hoe de klep moet openen.

Getest op een Saab

De FreeValve bediening werd eerst geprobeerd op een Saab 9-5 2.0, daarna op een testmotor bij AVL. In de Saab bleek het systeem betrouwbaar genoeg, er zou nu al 65.000 km mee gereden zijn.

De proeven bij AVL zouden tonen dat het energieverbruik niet veel afwijkt van wat een klepsysteem met nokkenassen opsnoept. Er zou een verbruiksvoordeel van 12 tot 17 % haalbaar zijn met de betere klepbesturing.

De kosten zouden niet hoog liggen, je spaart tenslotte een riem- of kettingaandrijving plus nokkenassen met de lagering, smering en nu haast onvermijdelijke verstelling erbij.

Dat is ook een verschil met Fiats hydraulische Multi-Air. Ook hiermee kun je aardig vrij timing en lichthoogte van de kleppen regelen, maar er blijft wel een nokkenas bij om de hydraulische druk te leveren.

In deze video geeft FreeValve heel summier aan wat hun vinding doet.