Freevalve: de driecilinder van Koenigsegg uitgelegd

Een kritiek onderdeel van de hersensmeltende aandrijflijn van de Koenigsegg Gemera is de Tiny Friendly Giant, een driecilinder met 600 pk. Samen met de elektromotoren zorgt de 2,0-liter voor 1.730 pk, 3.500 Nm en een actieradius van 1.000 kilometer. De Gemera zit zo vol met techniek dat alleen de werking van de acht (!) bekerhouders al een volledige pagina kan vullen. Voor nu focussen we ons op de benzinemotor van Koenigsegg, de krachtigste driecilinder ter wereld. De motor is niet alleen bijzonder vanwege zijn forse 2,0 liter motorinhoud; bij de zogenoemde Freevalve-motor ontbreken namelijk de nokkenassen. Sinds de uitvinding van de plofmotor heeft haast elk exemplaar (een wankelmotor niet, bijvoorbeeld) een nokkenas om de in- en uitlaatkleppen te bedienen.

Ik snap er nu al helemaal niets meer van

Even helemaal terug naar de basis. Een benzinemotor heeft twee of vier kleppen aan de bovenkant van elke cilinder. De helft van de kleppen gaat open en zorgt dat er lucht en brandstof in de verbrandingskamer komt. Nadat alles is ontbrand, gaan de andere kleppen open om de uitlaatgassen naar buiten te laten. Een distributieriem of -ketting (die ken je wel, toch?) bedient een of meerdere nokkenassen, die weer zorgen dat deze kleppen zich op het juiste moment openen en sluiten.

De nokkenassen draaien dus altijd met het toerental van de motor mee. De Freevalve-motor van Koenigsegg heeft geen centrale bediening voor de kleppen. In plaats daarvan wordt elke klep los bediend, op elk gewenst moment. De kleppen kunnen zo ver en zo lang geopend worden als nodig is voor de beste ontbranding. Een korte stoot perslucht opent of sluit de klep. De klep sluit weer door een veer, of blijft open door hydrauliek. De olie zorgt ook dat de klep zacht sluit.

Het bouwen van de Freevalve-motor is natuurlijk schreeuwend duur. Gelukkig worden de kosten deels gecompenseerd door het ontbreken van een distributieketting of -riem, geen nokkenassen, geen wastegate en het gebruik van simpelere turbo’s. De driecilinder van Koenigsegg gebruikt bovendien geen transmissie, maar de zogenoemde ‘Direct Drive’ met één versnelling.

De Koenigsegg Gemera moet je ook zien als een high-profile advertentie voor de Tiny Friendly Giant. Andere autofabrikanten kunnen een motor met dezelfde techniek afnemen. Op dit moment is er nog geen andere autobouwer die een dergelijke motor aanbiedt. Koenigsegg meldt dat de motor ook gebruikt kan worden met diesel.

De voordelen van Freevalve

Elke klep in de cilinder heeft een andere vorm. Onder lage last gaat slechts één klep open, en die heeft dan de ideale vorm voor de luchtstroom. Wanneer de tweede inlaatklep (met een andere vorm) bijspringt, is de vorm samen perfect voor de wervelingen in de verbrandingsmotor. Aan de uitlaatkant voedt één klep per cilinder een kleine turbo en de andere een grotere turbo. Als onder lage last één klep zich opent, komt er zo sneller turbokracht beschikbaar. De grotere turbo krijgt pas uitlaatgassen als er ook meer uitlaatgassen zijn. Zo neemt het turbogat af en is een wastegate niet nodig. Het koppel onder in de toeren neemt toe (tot wel 45 procent bij een testmotor) omdat de turbo eerder z’n werk doet. Ook het vermogen boven in de toeren neemt toe. Je kunt het agressieve nokkenasprofiel van een racemotor nabootsen zonder de nadelen bij bijvoorbeeld stationair draaien. Door kleppen gesloten te houden, kan de motor ook op één cilinder lopen. Dit heeft bijvoorbeeld voordelen bij een koude start. Zo kan de katalysator alvast opwarmen zonder dat de andere cilinders meedoen. Ook worden de andere verbrandingskamers warm door de compressie. Dit helpt met het terugdringen van de emissies. De motor kan draaien op een hogere compressie, omdat het risico op pingelen kleiner is. Een hogere compressie is efficiënter. Ook kan de motor zijn ‘mapping’ veranderen wanneer je andere brandstof tankt, zoals E85. De driecilinder van Koenigsegg is geoptimaliseerd voor normale brandstof en bio-ethanol.