Rijkert Knoppers
Onderzoekers aan de Canadese University of Waterloo hebben een nieuw systeem ontwikkeld om de kleppen van een verbrandingsmotor flexibeler en efficiënter te bedienen.
Bij de huidige benzine- en dieselmotoren zorgen kleppen voor de toevoer van het brandstof-/luchtmengsel naar de motor en voor de afvoer van de verbrandingsgassen. Hierbij regelt een nokkenas het openen en sluiten van de kleppen. Deze zeer betrouwbare en robuuste aanpak heeft echter als groot nadeel dat de flexibiliteit van het systeem zeer beperkt is.
Een team onderzoekers onder leiding van Amir Khajepour, professor werktuigbouw en mechatronica, heeft nu een hydraulisch aangedreven kleppenmechanisme zonder nokkenas ontwikkeld, wat het mogelijk maakt het tijdstip van het openen en de bewegingen van de kleppen flexibel te regelen. Het systeem bestaat uit een hydraulisch aangedreven zuiger, twee roterende spoelkleppen, twee faseschakelaars en een hydraulisch aandrijfmechanisme voor elke cilinderklep. De beide roterende spoelkleppen zijn verantwoordelijk voor het transport naar en van de hydraulische cilinder. ‘Het gebruik van ons variabel kleppenmechanisme kost 58 % minder energie dan voor de toepassing van een nokkenas nodig is’, schrijft Khajepour in een e-mail. ‘Wanneer je vervolgens naar het totale brandstofverbruik van een motor kijkt, levert ons gepatenteerd systeem een brandstofbesparing van 10 % op.’
De toepassing is bruikbaar voor alle denkbare verbrandingsmotoren (drie- of viercilindermotoren), van automotoren tot scheepsmotoren. ‘De techniek is niet afhankelijk van het soort brandstof, bij elke motor die kleppen gebruikt is dit nieuwe kleppensysteem bruikbaar’, aldus Khajepour. ‘Ook in bestaande motoren is het systeem toe te passen, maar dan moet je de bestaande cilinderkoppen aanpassen om de montage van het hydraulische klepbedieningssysteem mogelijk te maken. Dat hebben wij gedaan bij onze testmotor.’
Diverse fabrikanten hebben al variabele kleppenmechanismes ontwikkeld die onder meer elektrohydraulisch, elektromechanisch, elektropneumatisch, of elektromagnetisch worden aangedreven. Deze systemen zijn weliswaar erg flexibel, maar volgens Khajepour zijn ze duur, verbruiken ze veel energie en laat de betrouwbaarheid te wensen over.
Aan de ontwikkeling van het variabele kleppensysteem bij de University of Waterloo ging tien jaar onderzoek vooraf.
