TU/e verbetert Continu Variabele Transmissie

Het wordt als sportief beschouwd: rijden met een handgeschakelde versnellingsbak. Maar of het ook zuinig is? Alleen door precies op het juiste moment te schakelen zorg je er voor dat het vermogen van de automotor optimaal benut wordt. Lang doortrekken in dezelfde versnelling geeft wel een lekker ronkend geluid, maar resulteert in een onnodig hoog brandstofverbruik. Niet voor niets stimuleert de overheid een manier die het ‘Nieuwe Rijden’ wordt genoemd, waarbij al vroeg naar een volgende versnelling wordt overgeschakeld.

Bij een continu variabele transmissie (CVT) valt er niets te kiezen. Een CVT realiseert voortdurend de beste overbrengingsverhouding om het vermogen van de automotor over te brengen op de autowielen. Deze onmerkbare manier van ‘schakelen’ resulteert niet alleen in een heel prettig rijcomfort, maar biedt in principe ook de beste manier om zuinig te rijden.

Helaas blijft het voorlopig bij dat in principe. Want in de uitvoering van het CVT systeem hebben autotechnici – onder andere uit kostenoverwegingen – noodgedwongen een aantal steken laten vallen. Daardoor komt bij een CVT uiteindelijk slechts zo’n 70 tot 80 procent van het motorvermogen bij de wielen terecht. Bij handgeschakelde bakken is dat wel 90 tot 95 procent. En wie met een moderne automatische versnellingsbak rijdt, die precies op de juiste momenten overschakelt, rijdt waarschijnlijk het zuinigst.

Toch is er nog toekomst voor de CVT. Bij de Technische Universiteit Eindhoven is de afgelopen jaren een verbeterde versie van de CVT ontwikkeld waarbij de interne energieverliezen veel geringer zijn door een andere manier van ‘schakelen’: niet met oliedruk maar met elektromotoren.

Eenvoud

Een CVT brengt net als alle andere transmissies de draaiing van de krukas van de automotor over op het aandrijfsysteem voor de autowielen. Traditionele versnellingsbakken bestaan uit een ingewikkeld stelsel van tandwielen die op een aantal verschillendende manieren in elkaar kunnen grijpen. Meestal zijn dat vijf manieren, steeds vaker heeft een bestuurder zes versnellingen tot zijn beschikking.

Vergeleken met zo’n tandwielenbak is een CVT een toonbeeld van eenvoud. Een ingenieuze stalen band tussen twee instelbare poelies verzorgt hier de overbrenging. Dankzij de instelbaarheid kan de afstand van de band tot de as van de poelie variëren, en daarmee verandert de overbrengingsverhouding. Vergelijk het maar met de aandrijving van een racefiets, waar de ketting over grote of kleinere tandwielen wordt geleidt (zowel bij de trapas als bij het achterwiel). Maar waar bij de racefiets het aantal tandwielen het aantal overbrengingen bepaalt, kent de traploos instelbare CVT een oneindig aantal overbrengingsverhoudingen.

Waar het in een CVT energetisch gezien ‘mis’ gaat is de ‘bediening’ van de poelies. Oliedruk knijpt de afgeschuinde poelischijven stevig tegen de stalen band zodat deze niet gaat slippen. De oliedruk wordt opgewekt met een pomp die gekoppeld is aan de krukas van de automotor. Daardoor gaat voortdurend motorvermogen verloren aan het CVT systeem.

Empact

De Eindhovense wetenschappers vonden dat dit beter zou moeten kunnen en vonden de oplossing in de elektromotor. Die verbruikt niet voortdurend energie, maar slechts op de momenten dat de overbrengingsverhouding aangepast moet worden. Een bijkomend voordeel is dat de regelbaarheid van de CVT erdoor verbetert, aldus promovendus ir. Tim Klaassen in het Eindhovense universiteitsblad Cursor.

Klaassen was verantwoordelijk voor het ontwikkelen en optimaliseren van de besturing van het verbeterde CVT-concept met het oog op betrouwbaarheid en energieverbruik. Dat was nog niet eenvoudig. Een van de uitdagingen was de reactie van het motorsysteem op het weggedrag. Bij een noodstop bijvoorbeeld, of bij het oprijden van een stoepje, treden plotselinge en hevige krachten op waar de CVT goed op moet reageren.

De realisatie van het elektromechanische knijpsysteem is de verdienste van Klaassens collega ir. Koen van de Meerakker. In samenwerking met de Technische Dienst van de TU/e ontwikkelden de onderzoekers een prototype dat de naam Empact (Electromechanical Pulley Activated) CVT kreeg. Het werd ingebouwd in een Audi A3 waarna verbruiksmetingen op een rollenbank de verwachtingen bevestigden: de Eindhovense elektromechanische CVT bleek zeker tien procent zuiniger dan een CVT op oliedruk. Het brandstofverbruik was daarmee vergelijkbaar met een handgeschakelde auto.

Slippen

De vraag is nu wel of die winst verzilverd kan worden. Klaassen heeft er een hard hoofd in omdat het prototype te complex en daarmee voorlopig te duur is. Maar misschien is er een sprankje hoop. Samen met een inmiddels gepromoveerde collega, dr.ir. Bram Bonsen, stelde Klaassen vast dat de poelischijven eigenlijk veel minder strak tegen elkaar aan hoeven te zitten dan altijd wordt gedacht. De band slipt dan een beetje, maar de energie die daarmee verloren gaat wordt ruimschoots terugverdiend door het verminderen van de knijpkracht. Dat levert niet alleen extra energiewinst op; zo’n slippende CVT is waarschijnlijk ook nog eens veel lichter en dus goedkoper uit te voeren.