Snelle automaatjes

Het is lang stil gebleven rond automatisch schakelende auto's, maar nu versnellen ze plotseling beter dan sportauto's. En ze zijn een kwart zuiniger.

Een ervaren automobilist kent het dilemma. Snel kunnen optrekken is comfortabel, maar ook verspillend. Want om vlug te versnellen moet het toerental van de motor hoog zijn, en bij veel toeren verspilt de motor veel brandstof. Maar ook zuinig rijden heeft zijn prijs. Rijdt u bij een snelheid in een zo hoog mogelijke versnelling, dan merkt u dat de auto niet meer lekker aan het gas hangt. Inhalen gaat dan moeizaam.

In de nieuwste Japanse automatische versnellingsbakken is dit dilemma gematerialiseerd tot een knopje. Met het knopje kan de bestuurder instellen of hij sportief of zuinig wil rijden. Sportief wil zeggen: de auto versnelt meteen bij een duw op het gaspedaal, al maakt hij wat meer herrie. In de zuinige stand is hij een kwart zuiniger, veel stiller, maar het duurt wel twee seconden voordat de auto naar de voet luistert.

Nederlandse onderzoekers hielpen dit dilemma de wereld uit. Werktuigbouwkundigen van de Technische Universiteit Eindhoven verbeterden de automaat zo, dat deze lekker sportief rijdt, terwijl hij ook handenvol brandstof bespaart.

``In de stad loopt dit ten opzichte van de huidige automaatjes op tot tien procent, op de snelweg tot vijfentwintig procent. En we zijn nog lang niet klaar. We rekenen zelfs op vijftig procent. Die winst haal je ook op auto's met een normale versnellingsbak, waarvan de bestuurders met een hoog toerental rijden'', vertelt Alex Serrarens van de Technische Universiteit Eindhoven.

Getest

Serrarens promoveert aanstaande dinsdag samen met zijn collega-promovendi Roëll van Druten en Bas Vroemen op hun pittige aandrijvingsysteem. Ondertussen hebben prins Willem Alexander en Máxima de auto bij hun bezoek aan Eindhoven al getest. ``Wanneer is hij te koop?'', vroeg Máxima na afloop.

De helft zuiniger? Kan dat zomaar? Is de personenauto al niet helemaal uitontwikkeld? ``Ingrijpende innovaties worden in de auto-industrie maar mondjesmaat doorgevoerd,'' vindt Van Druten. ``De efficiëntie van de brandstofmotor zit ondertussen wel goed. Maar niemand heeft zich tot nu toe blijkbaar echt goed ingespannen daar ook het volle pond uit te halen.''

Dankzij het Eindhovense onderzoek kan de knop straks uit de automatische versnellingsbak. Sportievelingen kunnen dan met hun milieubewuste partners zonder ruzie de auto in. ``We combineren hiervoor het nieuwste met vreemd genoeg het oudste,'' zegt Van Druten. ``We ontdekten namelijk een hele nieuwe toepassing van het vliegwiel, dat toch al zo oud is als de pottenbakkerskunst.''

Met een laag toerental rijden is zuinig, omdat de verbranding dan het gunstigste verloopt. ``Tussen twee vonken van de bougies rest dan meer tijd om benzine en zuurstof precies goed te mengen in de cilinders'', legt Serrarens uit, ``Bij een vonk verbrandt dat mengsel volledig. Ook heeft de aandrijving bij een lager toerental minder wrijving.''

Rijdt de auto een tijdje met dezelfde snelheid, dan kan de computer in een automaat de versnellingsbak op de zuinigste stand zetten. ``Het probleem is dat versnellen van die stand af al snel twee seconden kost'', zegt Van Druten. ``Schakel je te snel, dan remt de auto zelfs af.''

Draait de motor op lage toeren, dan moet de computer namelijk eerst terugschakelen om de motor weer vermogen te laten leveren. Bovendien moet de traagheid van alle mechanica die drijft op de motoras overwonnen worden. Van Druten: ``Daarom is een extra vermogensbron nodig. Deze moet de motoras als het ware extra aanzwengelen, als de brandstofmotor even op zijn zwakst is. Die bron moet krachtig zijn: korte tijd moet deze zelfs tweederde van het maximale vermogen van de auto kunnen leveren.''

Een vliegwiel is daar toe in staat. ``Vliegwielen zijn naar ons weten tot nu toe alleen gebruikt voor het krijgen van een mooie eenparige draaibeweging, of voor energieopslag. Maar wij ontdekten dat juist een vliegwiel perfect is om de motor op te spinnen en af te toeren'', zegt Van Druten.

Het vliegwiel in de nieuwe aandrijving weegt slechts 20 kilo en heeft een diameter van 35 centimeter. Hij draait bij een autosnelheid van tachtig km/u elke minuut vierduizend keer rond. Dat is genoeg om de motoras twee seconden lang krachtig aan te zwengelen. Het vermogen kan oplopen tot tweederde van het maximale vermogen van de motor. Maximaal vermogen geeft een motor af als je in de eerste versnelling zestig rijdt.

De koppeling tussen het vliegwiel, de motoras en de wielas keek Van Druten af van een bestaande koppeling. Dat zogeheten differentieel zorgt ervoor dat het linker- en rechterwiel zo ronddraaien dat de auto bij gelijkblijvende snelheid goed in de bocht hangt. Het wiel in de buitenbocht maakt namelijk meer meters dan dat in de binnenbocht. Draait het rechterwiel sneller, dan moet het linker dus langzamer draaien, en andersom.

Driepotig krukje

Dat is precies hetzelfde wat het vliegwiel ten opzichte van de motoras moet doen. Het vliegwiel moet snel draaien als de motoras langzaam draait, en juist langzaam als de motoras dit snel doet. Van Druten: ``Die koppeling krijg je met een constructie die wat wegheeft van een driepotig krukje dat op zijn kop staat. De drie poten van het krukje houden drie tandwielen, de zogeheten planeetwielen, op hun plaats. De motoras zit gekoppeld aan een ringwiel rond de planeetwielen. Dat ringwiel draait op de tandjes van de planeetwielen aan de buitenkant.''

``Het vliegwiel draait op een tandwiel dat precies in het centrum tussen de drie planeetwielen past. Dat drijft op de tandjes van de planeetwielen aan de binnenkant. Ook het krukje draait, omdat de planeetwielen als planeten om het midden gaan ronddraaien,'' vertelt Van Druten.

Het draaiende krukje tenslotte zit op de as naar de wielen toe. ``De koppeling doet precies wat je wilt,'' zegt Van Druten. ``Schakelt de versnellingsbak terug, dan krijgt de motoras een extra zwengel van het vliegwiel en spint hij op. Schakelt de bak op, dan toert hij af.''

De onderzoekers hebben het vliegwiel ingebouwd in een Volkswagen Bora met een automatische versnellingsbak van Van Doorne's Transmissie in Tilburg. Die versnellingsbak kan de snelheid net als een trein geleidelijk opvoeren, en niet meer schoksgewijs zoals de oude automatische versnellingen. Veel nieuwe automaten zijn al uitgerust met deze zogeheten continue variabele transmissie.

Serrarens en Vroemen optimaliseerden de software die in de automaat schakelt. ``Met onze software versnelt de automaat beter dan een sportauto, maar rijdt hij even zuinig en geruisloos als de meest fervente milieuminnaar kan.''

Toch is het werk nog lang niet af. ``Uiteindelijk willen we het brandstofverbruik met de helft terugdringen,'' zegt Van Druten. Na hun promotie starten de drie werktuigbouwkundigen dan ook samen een eigen bedrijf, drive train innovations. ``Met vliegwielen willen we ook remenergie opslaan, de auto stukjes zonder motor laten rijden en de auto opstarten vanuit stilstand voor het verkeerslicht of in de file.''

    • Henk Klomp