Techniek: K&N luchtfilters

Veertig jaar geleden deden Ken Johnson en Norman McDonald aan motorcross en hadden ze regelmatig last van verstopte luchtfilters. Bij gebrek aan beter sloegen ze zelf aan het experimenteren met vier lagen in olie gedrenkt chirurgisch katoen en tot op de dag van vandaag vormt dat nog altijd de basis van een K&N Engineering performance filter.Het mag dan een klein onderdeel van de motorfiets zijn, het luchtfilter speelt een sleutelrol in het verbrandingsproces van de motor. Zonder filter zouden vuil en stof namelijk ongehinderd de verbrandingskamers worden ingezogen, met teruglopende prestaties en kostbare motorschades als gevolg. Naast het dempen van het inlaatgeluid, zuivert een luchtfilter dan ook de lucht voor deze in het inlaattraject verdwijnt.Standaard luchtfilters zijn doorgaans gemaakt van papier en daarin schuilt het grote verschil ten opzichte van een K&N exemplaar: hierbij vormen vier lagen chirurgisch katoen het belangrijkste bestanddeel. Dit pakket katoen zit verwerkt tussen twee lagen fijnmazig metaalgaas en wordt voor een optimale filtering met een speciale olie behandeld. Daardoor blijft het vuil kleven, zonder dat het filter door een oliefilmlaag wordt afgesloten (zoals met een gewone motorolie op het filter kan gebeuren), en er geen lucht meer doorheen kan.Juist een optimale luchtstroming is de grote kracht van K&N. Ten opzichte van een standaard papieren filter heeft een K&N filter namelijk 40% meer luchtdoorlaat. Of “flow” zoals Product Development Technician Patrick Jacobs van K&N Europa het noemt. “Die luchtdoorstroming zo optimaal mogelijk maken, dat is van meet af aan ons doel bij de ontwikkeling van een nieuw filter. Een optimale flow resulteert namelijk in een betere cilindervulling en daardoor ook een efficiëntere verbranding. Dat lijkt simpel, maar is het allerminst. Soms gaat bijvoorbeeld een vermogenswinst op top van 8 pk ten koste van 10 pk onderin en daar schiet je natuurlijk niets mee op!” Die optimale luchtstroming wordt voornamelijk bepaald door de vorm van het filter (bijvoorbeeld een plat inlegfilter of conische trechter), het filteroppervlak en het aantal pleeds (golven) van het filter. Simpel gezegd zou je ook een filter zonder pleeds, dus met een volledig vlak oppervlak, kunnen maken en gevoelsmatig is de weerstand daarvan het laagst en dus de doorstroming het grootst. Maar dan blijk je binnenin het filter tegen een ander probleem aan te lopen: de luchtstromen komen daar dan met elkaar in botsing en lucht met een sterke turbulentie zorgt daar voor een negatieve luchtstroom. De lucht werkt zichzelf dan als het ware tegen. Juist de pleeds leiden de lucht in goede banen, zodat er binnenin het filter een luchtstroom ontstaat die ongehinderd verder kan richting het inlaatkanaal.Dat lijkt een niet al te gecompliceerd verhaal, maar zeker wat motorfietsen betreft (goed voor 40% van de totale afzet van K&N) kun je niet ongestraft de hoeveelheid lucht richting de verbrandingskamers verhogen. In tegenstelling tot auto’s is de ECU van een motorfiets niet geprogrammeerd om fluctuerende mengselverhoudingen te corrigeren. Eigenlijk is de ECU van een motor een circushond die één trucje kan: ooit is hem verteld wat hij moet doen en daarvan zal hij nooit afwijken. De hoeveelheid brandstof die onder bepaalde omstandigheden wordt ingespoten (bepaald door onder andere de stand van de gaskleppen, motortemperatuur, toerental) is altijd gelijk. En als er meer lucht de cilinders instroomt, wordt het mengsel op zo’n moment dus gewoon te arm. K&N kan dan ook maar tot op zekere hoogte de luchtstroom optimaliseren, want zelfs bij motoren met een lambdasensor (die aan de hand van de uitlaatgassen meet hoe de mengselsamenstelling was) kan de ECU maar tot op zekere hoogte het benzine/luchtmengsel corrigeren door de inspuittijd te verlengen.Ook als je aan de uitlaatkant iets veranderd aan je motor, krijg je hiermee te maken: bij een open uitlaat is de luchtweerstand eveneens lager en zeker in combinatie met de hogere doorstroming van een performance-luchtfilter kan dit ervoor zorgen dat er in verhouding met de benzine teveel lucht in de verbrandingskamers komt. Dat zul je dan moeten ondervangen door een powercommander te monteren, die de injectie anapast en het mengsel verrijkt. Of je kunt de ECU laten herprogrammeren. In het carburatietijdperk was dit euvel trouwens nog op te vangen met andere sproeiers en gasnaalden.Volgens de technici van K&N is in dit kader het wachten op de tijd dat ook motorfietsen – net als de moderne auto’s – standaard worden uitgerust met ‘slimme’ computers, die wijzigingen aan in- en uitlaat automatisch verwerken en de injectie daarop aanpassen.Het voordeel van een performance filter op de motor zit hem volgens Patrick Jacobs dan ook niet zozeer in extra vermogen, al stijgt dat zonder meer want het blijft wel een sportfilter tenslotte. De toegevoegde waarde is in eerste instantie dat het blok makkelijker ademt en daardoor ook sneller reageert en directer oppakt. “Bij een standaard luchtfilter moet de motor de lucht echt door het filter zuigen, daar heb je door de lagere weerstand van een performance filter geen last. En ook het gulzige aanzuiggeluid vindt iedereen prachtig. Dat is een prettige bijkomstigheid, maar daar doen we het niet voor. Een ander voordeel is ook de levenslange levensduur of 1,6 miljoen kilometer. Een papieren filter moet je bij elke grote beurt vervangen, K&N-filters kun je gewoon schoonmaken. Gemiddeld moet dat om de zestig- tot tachtigduizend kilometer. Kwestie van inspuiten met filterreiniger, van binnenuit naar buiten uitspoelen en dan weer benevelen met olie. We hebben zelfs speciale stickers met daarop de tekst ‘Pas op, K&N filter, niet vervangen’, die op het luchtfilterhuis geplakt kunnen worden. Het zal niet de eerste keer zijn dat bij een beurtje een perfect functionerend filter in de vuilnisbak verdwijnt. In aanschaf zijn onze filters dan wel duurder, maar dat verdien je op den duur dus altijd terug.”Dat het ontwerpen van een nieuw filter meer behelst dan het kopiëren van het origineel met eigen technieken, illustreert Jacobs aan de hand van een BMW K1200. “Die heeft standaard een diamantvormig inlegfilter, maar na vele tests kwamen wij erachter dat een conisch gevormd filter dat gewoon in het standaard luchtfilterhuis past voor een veel betere flow zorgt. Toen kwam BMW met de K1300 en wat bleek: die had standaard een conisch luchtfilter in. Van papier weliswaar, maar toch… Dan kun je pissig worden om omdat ze jouw ideeën stelen, maar ik zie het toch meer als een bevestiging van onze kennis. Eigenlijk is zoiets gewoon het beste compliment dat je kunt krijgen!”