MotoPlus 06 - 2021

TECHNIEK MOTOPLUS 65 Hoe hoog zijn de maximum temperaturen van kleppen en zuigers? Fabrieksopgave 0 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 495 540 585 630 675 720 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Krukasomwentelingen in graden Druk in bar Ducati Panigale V4R Wat is het drukverloop in de verbrandingskamer? Aluminium smelt pas bij 660 °C en de legeringen die zijn geoptima- liseerd voor zuigers hebben een nog hoger smeltpunt. Dus bij een zuigertemperatuur van 280 °C zit je heel veilig, zou je denken. Deels is dat waar, maar het ligt complexer. Zo’n tien jaar geleden vertelde Louis Genser van de KTM-ontwikkelingsafdeling ons in het kader van de RC8R-versie met dubbele bougies al dat de zuigerbodems bij extreme belastingen wel degelijk ‘zacht’ kunnen worden, lang voordat het smelt- punt wordt bereikt. Het brandende gasmengsel kan wel 3.000 graden heet worden en een zo snel en zo gelijkmatig mogelijke verdeling van de hitte over alle beschikbare oppervlakken is daarom onmisbaar. De in de hoofdtekst genoemde versnellingen van de zuigers – of het nou positieve of negatieve waarden zijn – en de krachten die erop werken, zijn de uit toerental, slag en zuiger­ gewicht berekende waarden. Die nemen echter niet de in de arbeidscyclus optredende gasdrukken in aanmerking. Ze simuleren de situatie die zou bestaan als een motorblok door een externe aandrijving (bijvoorbeeld een elektromotor) op 15.000 toeren zou worden gebracht. De grafiek hiernaast toont de toename van de werkdruk na de ontsteking van het benzine-lucht-mengsel, circa 40 graden voor het BDP. Kort na het BDP is het mengsel grotendeels ver- brand. De piekdrukken op de zuiger, drijfstang en krukas zijn navenant hoog. Maximale temperatuur aan de inlaatkleppen: circa 400 °C. Maximale temperatuur aan de uitlaatkleppen: circa 800 °C (roodgloeiend). Druk op het ontsteekmoment: circa 7 bar. Maximale verbrandingsdruk: meer dan 90 bar. Maximale temperatuur van de zuiger­ bodem: circa 250 tot 270 °C. Werkdruk motor naar buiten lopen tot op de curbstones en sturen dan in de alsmaar wijder uitlopende bocht weer naar links. We trekken maximaal door in de versnellingen, van twee naar drie naar… Laten we op dit specifieke moment eens nagaan wat er hier allemaal op hoge snelheid gebeurt. Niet alleen de motor plus rijder, die op dit concrete moment met 38,5 graden hellingshoek en 252 km/uur voortdenderen, maar ook de krukas die ongeveer 15.000 toe- ren draait. Rekenkundig 15.040 toeren in het Honda-blok, terwijl de Panigale door zijn kor- tere gearing al een versnelling hoger zit, in z’n vijf, en daar 14.920 toeren draait. Laten we dus zeggen dat ze allebei 15.000 toeren draaien, oftewel 250 omwentelingen per seconde, en laat het eens even op ons inwerken wat er bij dit toerental in en met de motoren gebeurt. Laten we bovenaan beginnen. Per seconde worden er door de vier bougies in totaal 500 vonken geproduceerd. Die ontsteken het ben- zine-lucht-mengsel, dat tijdens de verbranding sterk uitzet en daarmee de druk op de zuigers geeft waarmee ze omlaag worden geduwd. Dankzij het kruk-drijfstangmechanisme wordt dit in een heen-en-weer-gaande beweging van de zuigers en een draaiende beweging van de krukas omgezet. Het benzine-lucht-mengsel wordt dankzij de luchthapper in de neus op deze hoge snelheid met enige overdruk aangevoerd en verder door gebruikmaking van alle mogelijke reso- nantie-effecten en drukverschillen in zo groot mogelijke hoeveelheden in de verbrandings- kamer gezogen. Die uiteindelijke vullingsgraad ligt ver boven dat wat de omlaag bewegende zuiger aan onderdruk realiseert. Volgens opgave van Ducati stroomt het gasmengsel op de nauwste plek in het inlaatkanaal vlak voor de inlaatkleppen met een snelheid van meer dan 150 m/s oftewel 540 km/uur. En er is een goede reden voor deze haast, wat duidelijk wordt als je de kleptijden weet. De inlaatklep- pen van de Ducati staan 247 krukasgraden open, die van de Honda 248 graden (oftewel 69% van een volledige krukasomwenteling). Bij 15.000 toeren komt dat overeen met een tijdsduur van 0,002744 seconde bij de Ducati en 0,002756 seconde bij de Honda. Iets meer dan 27 tienduizendsten van een seconde dus, of anders gezegd nog geen drieduizendste seconde. Strikt gezien zullen beide blokken die drieduizendste wel halen, aangezien de klep­ timing wordt opgegeven bij een millimeter kleplift. Op het nominale openingstijdstip staat »