Techniek: alles over smering

In MotoPlus 2 doken we in het smeersysteem van een motorblok en zagen we dat de motorolie een smerende, koelende en reinigende functie heeft. Om de olie in staat te stellen deze taken goed uit te voeren moet er wel een klein voorraadje aanwezig zijn en er zijn verschillende manieren om die olie te bunkeren.Zoals in MotoPlus 2 al bleek is het smeersysteem een behoorlijk complex geheel, met een pomp, oliefilter en talloze kanaaltjes en sproeiers, die ervoor zorgen dat de smeerolie precies op de goede (lees: zwaarbelaste) plaatsen van het motorblok terecht komt. Omdat er tijdens het bedrijf nogal wat olie ‘in gebruik’ is en rondgeslingerd wordt, waarna het pas na enige tijd weer teruglekt onderin het blok, is een behoorlijke voorraad motorolie noodzakelijk. Bovendien krijgt de olie op die manier ook even de kans om weer af te koelen en te bezakken, voordat hij weer opnieuw aan de bak moet.Maar de olievoorraad zorgt natuurlijk ook voor extra gewicht en ruimte. En met name bij sportmotoren is de ruimte schaars en een laag gewicht heel belangrijk, vandaar dat men bij echte competitiemotorblokken qua olievoorraad tegen de grens aan gaat zitten. De nieuwste Husqvarna X-light cross- en enduromachines hebben bijvoorbeeld nog een olievoorraad van slechts 0,9 liter die het hele blok inclusief versnellingsbak moeten smeren. Logisch dat je dan al na een paar heftige bedrijfsuren in het terrein olie moet wisselen!Over het algemeen komen we twee verschillende smeersystemen tegen bij de huidige viertaktmotorfietsen: het wetsump-systeem en het drysump-systeem. Dit onderscheid heeft te maken met de manier waarop de olievoorraad zit opgeslagen. Bij een wetsump-blok zit de olie gewoon onderin het motorblok en is het onderste deel van het blok (de carterpan) in feite een olieopslagplaats. Bij een drysump-systeem zit de daadwerkelijke olievoorraad elders, bijvoorbeeld in een losse olietank of in een framebuis. Het drysump-systeem heeft ook twee oliepompen: eentje om de olie uit de voorraadkamer aan te zuigen en door het blok te pompen en eentje om de gebruikte olie weer terug te pompen naar de voorraadkamer.Laten we eerst eens dieper ingaan op het wetsump-smeersysteem, het meest gebruikte systeem in de motorwereld. Het carter van het motorblok is naar onderen toe extra ruim gemaakt, zodat er tot wel 4 liter olie in past. De oliepomp zuigt de olie onderuit het carter op en pompt het via de kanalen naar alle lagers en zwaarbelaste delen gaat. Vandaar uit lekt de gebruikte olie terug naar beneden, naar de carterpan. Ook vanuit de cilinderkop en andere veraf gelegen delen zijn er speciale ruime terugvoerkanalen, waardoor de olie makkelijk terug kan stromen naar het onderste deel van het blok. Daar staat dus altijd een laag olie, die tot ‘rust’ kan komen en kan afkoelen tegen de wand van het motorblok, voordat het weer opgezogen wordt door de oliepomp.De voordelen van dit systeem zitten hem in de eenvoud: het complete smeersysteem zit in het motorblok zelf. Af en toe wordt dit systeem uitgebreid met een extra oliekoeler, maar verder zijn er geen uitwendige componenten aanwezig, wat het gewicht en de strakke look van het blok ten goede komt. En als de carterpan naar onderen toe voldoende groot is, is er ook voldoende olievoorraad en wandoppervlakte om die olie af te koelen.Wel zie je de laatste jaren een duidelijke trend bij de wetsump-smeersystemen om het carter naar onderen toe duidelijk dieper te maken. Het oliepeil staat daardoor duidelijk onder de krukas of versnellingsbakassen. Deze draaien dus niet langer door de olie en ze kunnen de olie dus bij hogere toerentallen niet opkloppen tot één grote schuimende massa, waardoor de oliepomp in het slechtste geval zelfs lucht aanzuigt. Dit was een bekend euvel van de Yamaha TX750 uit 1973, ook al omdat de oliën destijds nog niet zo perfect waren. Om dat te voorkomen zitten de draaiende delen tegenwoordig vaak zelfs afgeschermd van de olievoorraad met voorgevormde blikken afschermplaten.Op zich is het wetsump-smeersysteem dus ideaal, maar toch is er één groot probleem: bij extreme situaties (denk aan langdurig hard remmen of zeer lange wheelies) wordt de olievoorraad door de zwaartekracht naar voren of juist naar achteren geduwd. In het uiterste geval zit de olie dus niet meer onderin het blok (waar het aanzuigpunt van de oliepomp zit), maar tegen de voor- of achterkant van het carter, zodat de oliepomp dus lucht aanzuigt en de smering van de belangrijke lagers gevaar loopt. In het ergste geval kan dit namelijk leiden tot zware motorschade, vandaar dat de moderne generatie sportmotoren carters hebben die langs de uitlaatpijpen heel diep naar onderen toe doorlopen. Dat is ook goed zichtbaar bij de openingsfoto van het Ducati V-twin-blok op pagina 40.Juist voor dit soort extreme situaties wordt (weer) steeds vaker gebruik gemaakt van het zogenaamde drysump-smeersysteem, waarbij het motorblok en de olievoorraad twee gescheiden ruimtes zijn. In feite is dit systeem afkomstig uit de autosport, waar ze bij hoge bochtensnelheden ook problemen met de smering kregen omdat de olie door de middelpuntvliedende kracht tegen de zijkant van het motorcarter kleefde. Maar in de motorwereld kennen we het natuurlijk vooral van de vele oude Engelse motoren, van Harley-Davidson en bijvoorbeeld de Yamaha XT500 en Honda XR600.Bij dit systeem zit er onderin het motorcarter een kleine opvangruimte, van waaruit de lekolie door een tweede oliepomp wordt weggepompt naar een reservoir elders op de motorfiets. Dit reservoir kan eigenlijk overal op de motor geplaatst worden en ideaal gevormd zijn, zodat er altijd olie beschikbaar is voor de smering. Uit dit externe oliereservoir zuigt de werkelijke hoofdoliepomp zijn olie weer aan en pompt dat naar de smeerpunten in het blok. En dat van die plaatsing overal op de motorfiets is ook daadwerkelijk zo: vaak worden de framebuizen gebruikt als olieopslagruimte, Buell koos voor de ruimte in de achtervork, sommige merken hebben een losse tank onder de buddyseat, Aprilia heeft de losse olietank pal voor het motorblok zitten en KTM nam de tank zelfs weer op in het gietstuk van het carter. Hierbij is het voorste deel van het carter dus een afgescheiden deel van de werkelijke motorruimte.Juist door deze vrije plaatsing van het oliereservoir kan een constructeur het totale zwaartepunt van een motorfiets beïnvloeden. Daarbij is het voordeel van deze constructie natuurlijk dat de smering ten allen tijde is gegarandeerd. Bovendien kan het motorcarter zelf mooi compact blijven, er is immers geen extra ruimte onderin het blok nodig waar enkele liters motorolie in passen. Dat komt goed van pas bij off-road-motoren vanwege de bodemvrijheid. Of bij motorblokken die vanwege hun constructie toch al erg hoog bouwen, zoals de H-D V-twins. Met een drysump-smeersysteem kan het carter immers compacter rond de krukas geconstrueerd worden en is er geen extra hoogte nodig voor het oliereservoir.Een ander voordeel is dat de olie relatief meer rust krijgt en beter kan afkoelen voor ‘hergebruik’. Door het rondpompen en de uitgekiende plek waar de olie in het reservoir wordt gespoten ontstaat er ook een betere ‘ontluchting’: de luchtbelletjes in de olie kunnen bij een drysump-systeem makkelijker ontsnappen, zodat de smering op een hoger plan komt te staan. Om te voorkomen dat er trouwens meer olie uit het oliereservoir gaat dan dat er in komt, heeft de terugvoer-oliepomp altijd een 30 tot 50% hogere capaciteit dan de werkelijke hoofdoliepomp.Maar geen voordeel zonder nadeel: ook het drysump-systeem heeft zijn keerzijde. Zo heb je altijd te maken met (kwetsbare) olieleidingen en –aansluitingen en de extra oliepomp om de olie vanuit het blok naar de olietank te pompen vraagt ook extra vermogen (rond de 0,3 pk), waardoor ook de aandrijving van de oliepomp weer zwaarder uitgevoerd moet worden. Bovendien levert het losse oliereservoir met de leidingen behoorlijk wat extra gewicht (en productiekosten!) op.En in de praktijk is er nog één groot nadeel: het oliepeilen vraagt aandacht. Waar bij een doorsnee wetsump-systeem tegenwoordig een blik op het peilglas voldoende is, is het oliepeilen met een drysump-systeem een ritueel dat je zorgvuldig uit moet voeren, anders heb je makkelijk te veel of te weinig olie aan boord.In principe meet je het oliepeil op het reservoir, maar het probleem is dat de olie – zeker als de motor al wat ouder is – makkelijk naar beneden, in het motorcarter, zakt als de machine een dagje stil staat. Voordat je de olie peilt via een peilstok of peilglas moet je er dus wel zeker van zijn dat alle olie uit het motorblok is en in het reservoir zit. Een koude motor moet je daarvoor minimaal tien minuten laten lopen. Beter is het eigenlijk om bij terugkomst van een ritje even te wachten en dan alvast de olie te peilen voor je volgende rit. Het drysump-systeem vraagt dus meer inzet en inzicht van de bestuurder: het is daarmee minder ‘foolproof’ als een wetsump-systeem.Kasten 1HET DRYSUMP-SMEERSYSTEEMBij deze schematische voorstelling worden een aantal voordelen van het drysump-systeem meteen duidelijk, zeker in het directe vergelijk met het wetsump-systeem onder. Door het gemis van een carterpan is het blok minder hoog en dat is bij terreinmachines of bij hoge motorblokken als de H-D’s een voordeel. De olievoorraad zit in een aparte tank, die eigenlijk overal geplaatst kan worden en waardoor er ten allen tijde olie beschikbaar is voor de smering (en dat is weer een voordeel voor circuitmotoren). Bovendien kan de olie in het aparte reservoir beter afkoelen en beter ontluchten dan de olie in een wetsump-systeemNaast de normale oliepomp (2) voor de smering zit er onderin het blok een tweede oliepomp (1) die de olie uit het motorblok wegpompt naar het oliereservoir. Deze tweede pomp heeft een grotere capaciteit dan de hoofdpomp, zodat er dus in theorie meer olie wordt weggepompt uit het motorblok, dan dat er door de hoofdpomp in het blok wordt gepompt.Bij (lange) stilstand wil de olie echter via de oliepomp 1 terugzakken in het carter. Om goed olie te kunnen peilen op het reservoir moet het blok dus eerst een poosje gelopen hebben, zodat eventuele lekolie weer terug in het reservoir zit. In feite kun je een drysump-systeem dus niet peilen met een koude motor, dan is de kans op een foutieve meting erg groot. Volg daarom altijd de instructies in de handleiding zeer nauwkeurig op!Kasten 2HET WETSUMP-SMEERSYSTEEMEen wetsump-smeersysteem waarbij de olievoorraad onderin het motorblok zit, ziet er meteen al veel eenvoudiger uit. Je hebt maar één oliepomp, die de olie onderuit het carter aanzuigt en onder een druk van ca. 3,5 bar naar de diverse zwaar belaste punten perst. Na gebruik lekt de olie vanzelf terug naar onderen en krijgt in het carter even tijd om te ontluchten en af te koelen.Het oliepeil moet onder de krukas of versnellingsbakassen liggen. Als het oliepeil te hoog ligt, wordt de olie opgeklopt door die assen en veranderd alle vloeibare olie in een groot schuimbad, waardoor de smering gevaar loopt.In de bochten blijft de olie mooi onderin het carter zitten, maar bij heftige remacties of lange wheelies wil de olie naar de voorkant of achterkant van het blok stromen en in het ergste geval kan de oliepomp dan lucht aanzuigen. Vandaar dat sportmotoren met wetsump-smering steeds diepere carterpannen hebben, zodat er altijd olie rond het aanzuigfilter aanwezig is.Kasten 3HUSQVARNA SPATSMERINGHusqvarna zorgde in de jaren tachtig voor een ommekeer in de motorcross, door de viertakt te herintroduceren. Zij plaatsten een viertaktcilinder op een tweetaktcarter en lieten de oliepomp achterwege. Het blok werd gesmeerd met een soort spatsmering. Vanuit de koppeling en versnellingsbak nam de nokkenasketting olie mee omhoog voor de smering van de nokkenas en tuimelaars, terwijl er via een membraanklepje olie in de krukasruimte werd gezogen voor de smering van de (tweetakt-)krukaslagers. Dat gebeurde telkens als de zuiger omhoog ging en er onderdruk in het carter heerste. Als de zuiger weer naar beneden ging werd die olie weer uit het motorcarter geperst. Voor de motorcross en wedstrijd bleek het systeem te voldoen, maar op de lange afstand was de smering te krap en was er ook te weinig koeling van het blok door de motorolie.Kasten 3DE OLIERESERVOIRSOm de olie bij een drysump-systeem te bergen op een motorfiets lieten de constructeurs zich verschillende mogelijkheden invallen. Yamaha koos bij de XT500 in 1976 (en later ook bij de XT550 en XT600) bijvoorbeeld voor de ruimte in de framebuizen. Vooral de keuze voor de staande framebuis voor het blok was erg slim: welke manoeuvres je ook maakt met de off-road-machine, in deze slanke buis staat altijd olie, die beschikbaar is voor de smering. Het oliepeil wordt gecontroleerd middels een peilstok direct achter het balhoofd.Eric Buell gebruikte niet alleen de framekokers als benzinetank, hij maakte van de achtervork ook een oliereservoir, die met flexibele leidingen aan het motorblok is gekoppeld. Het grote aluminium oppervlak van de achtervork zorgde daarbij voor veel koeling van de warme motorolie.Harley-Davidson gebruikt de losse olietank onder de buddyseat nadrukkelijk als stijlelement: mooi verchroomd en met stoere leidingen en koppelingen. Bij de KTM RC8-motor zit de olie gebunkerd in een apart deel van het motorcarter. De losse olietank zit vast tegen het normale motorcarter aan en lijkt zo één geheel te vormen. Op die manier combineer je de voordelen van beide systemen zo goed mogelijk. Bovendien ligt de olietank nu pal in de rijwind, waardoor de olie goed gekoeld wordt. Een soortgelijke constructie kennen we van de Yamaha TDM en TRX850: bij deze zat de separate olietank vast bovenop het motorblok zitten, bovenop de versnellingsbak achter de cilinders.[BU]Bij Buell zit de motorolie in de achtervork. Vandaar dat je de peilstok (zie pijl) op een vreemde plaats aantreft.Een forse, verchroomde olietank en dito leidingen: Harley maakt van de nood een deugt met haar drysump-smering.Yamaha was één van de vele fabrikanten die de framebuizen gebruikte als oliereservoir. De peilstok zat direct achter het balhoofd.Zonder externe leidingen of los reservoir: bij de KTM RC8 vormt het oliereservoir één geheel met het motorcarter.