Innovatie / Hoe werkt de Freevalve van Koenigsegg?

De Freevalve-technologie, die in 2020 onthuld werd op de Koenigsegg Gemera, vervangt de nokkenassen van de verbrandingsmotor door onafhankelijke klepbediening. Dat is een doorbraak, want het vermindert de interne wrijving, waardoor de motor een hoger rendement haalt, met betere prestaties en een tot 20% lager verbruik. Bovendien houdt het de emissies van schadelijke stoffen in bedwang, omdat de kleppen veel preciezer aangestuurd worden en de verbranding dus beter kan gecontroleerd worden.

Tiny Friendly Giant

De Koenigsegg Gemera is een geweldenaar, met een driecilinder en 3 elektromotoren die samen zo’n 1.700 pk genereren. Het interessantste is echter dat kleine 2 litertje, dat op zichzelf al borg staat voor 598 pk. Een onvoorstelbaar vermogen voor zo’n klein blok, ook al hangt het dan aan een beademing van 2 turbo’s. De Zweden noemen hem ietwat poëtisch ‘Tiny Friendly Giant’ (TFG).

Daarmee gaat een vaste waarde op de schop, want al sinds de 19^de eeuw hebben verbrandingsmotoren minstens 1 nokkenas, boven of naast de cilinderkop. Aanvankelijk waren er verschillende manieren om die nokkenas te laten roteren, vandaag neemt in elke automotor de krukas die taak op zich, via een riem of ketting. De roterende nokkenas heeft uitstulpingen boven elke klep, waarmee de draaibeweging kan opgezet worden in een op- en neergaande beweging van de kleppen. Het is op die manier dat de ademhaling van een motor wordt gestuurd: de inlaatklep gaat open en haalt zuurstof binnen, vervolgens gaat de uitlaatklep open om uitlaatgas weg te stuwen. Een mooi gesynchroniseerd mechanisch ballet.

De afgelopen decennia werd door alle autobouwers naarstig geëxperimenteerd met manieren om te kunnen variëren met de timing en de lifthoogte van die kleppen, om de motor efficiënter te laten werken over verschillende toerentallen. De term ‘variabele kleptiming’ doet vast wel een belletje rinkelen. Een tiental jaar terug kwam Fiat ook met de Multiair-technologie, met individuele actuatoren die de helft van de klepstoters vervangen, maar wel nog steeds aangestuurd via een nokkenas.

Motor zonder nokkenassen

Je zou het dus een heilige graal kunnen noemen: een motor zonder nokkenas(sen). Meerdere fabrikanten en toeleveranciers zijn er al mee in de weer geweest, maar uitgerekend Koenigsegg beweert nu de eerste te zijn die de code gekraakt heeft.

Het grote voordeel is dat een nokkenasloze motor geen riem of ketting van doen heeft om die nokkenas aan te drijven (wel nog voor onder meer de waterpomp), waardoor heel wat interne weerstand uit de motor verdwijnt en die dus vrijer kan lopen en een hoger rendement haalt.

Boven elk van de 12 kleppen voor de driecilinder (per cilinder 2 voor de inlaat en 2 voor de uitlaat) zit een elektrohydraulische-pneumatische klepstoter, die volledig digitaal en onafhankelijk aangestuurd wordt. Die sturing maakt bovendien gebruik van artificiële intelligentie om de motor zo ideaal mogelijk af te stemmen op de variabelen die de werking beïnvloeden. Denk maar aan de temperatuur, brandstofkwaliteit, smering of slijtage van de bewegende onderdelen.

Speciale turbotechnologie

Er zijn nog wel meer bijzonderheden. Elk van de 2 turbo’s is bijvoorbeeld rechtstreeks gekoppeld aan 1 van de 2 uitlaatkanalen van de 3 cilinders, in de plaats van aan een collector. Bij lage belasting laat dit toe om 3 van de 6 uitlaatkanalen gesloten te houden, en dus maar 1 van de 2 turbo’s aan te drijven, waardoor die sneller zijn druk kan opbouwen.

De motor hanteert ook de Miller-cyclus, in de plaats van de gangbare Otto-cyclus. Dit betekent, kort gezegd, dat de inlaatklep iets langer open blijft dan normaal en de motor dus de facto een variabele compressie heeft. Daardoor geniet de driecilinder van het voordeel van drukvoeding (meer kracht) zonder het nadeel (meer verbruik).

Daarnaast is er geen gasklep, waardoor er geen pompverliezen optreden. Cilinderuitschakeling is eveneens mogelijk met het Freevalve-systeem, net als een efficiëntere koudstart. Doordat de kleppen tijdens die zeer vervuilende fase volgens een apart regime en met interne recirculatie kunnen aangestuurd worden, kan de motor en katalysator veel sneller op bedrijfstemperatuur komen, wat de emissies van toxische stoffen gevoelig vermindert. Sterker nog, de motor heeft een speciaal koudstartprogramma waarin hij gedurende korte tijd lucht heen en weer pompt doorheen de cilinderkamers, waardoor het blok op 2 seconden tijd 30 graden warmer kan worden.

Is het milieuvriendelijk?

Tot slot nog enkele andere details. De TGF is bijzonder compact en weegt amper 70 kilo, dat is ook de reden waarom Koenigsegg van de Gemera een vierzitter kon maken, hoewel de verbrandingsmotor midscheeps ligt. Hij draait deels op bio-ethanol, en ademt uit door een muzikale Akrapovic-uitlaat. Milieuvriendelijk én plezant, dus.

De hamvraag bij deze schier eindeloze goednieuwsshow - waarbij we uiteraard alleen nog maar kunnen afgaan op wat de Zweden ons beloven, we hebben deze motor immers nog niet uitgetest - is uiteraard: waarom rijden we hier al niet vele jaren mee rond?

Het antwoord ligt in de eerste plaats bij de kostprijs. In een Koenigsegg Gemera van meer dan 1,5 miljoen euro per stuk is het geen probleem om een dure component te monteren, maar in pakweg een Renault Clio weegt dat natuurlijk veel zwaarder op de balans. Bovendien vraagt dit systeem veel sturing en rekenkracht, met dus heel veel afstelwerk en een krachtige ECU die zichzelf kan bijleren, wat allemaal geld kost.

De betrouwbaarheid? Dat is altijd de achilleshiel bij elektronisch aangestuurde componenten. Daarentegen is het klassieke mechanische systeem op dat vlak zeker ook niet vrij van zonden. Al wie ooit een breuk van de distributieriem of -ketting heeft meegemaakt, weet dat het dan net zo goed boeken toe is.

Wie gebruikt het?

Of buiten Koenigsegg nog iemand anders deze technologie in dienst neemt, zal afhangen van de kostprijs van dit systeem, die we dus niet kennen. Hoe dan ook omarmt de autoindustrie, nu ze steeds strengere CO2-normen krijgt opgelegd, elke nieuwigheid die de verbrandingsmotor nog een stukje efficiënter maakt. Dat komt trouwens altijd al met een meerkost, of het nu door elektrificatie is, of technologie zoals deze.

Handig is alvast dat je dit zou kunnen monteren op een bestaand motorblok, het is enkel de cilinderkop die opnieuw naar de tekentafel moet. Door de intrinsiek schonere emissies zou de motor mogelijk ook met minder nabehandeling, zoals een roetfilter, door het leven kunnen. Ook dat kan die meerkost compenseren.

Het is dus een genuanceerd verhaal, maar daardoor is de kans niet onbestaande dat we Koenigseggs Freevalve-systeem in de ene of de andere vorm nog weleens elders tegenkomen.