Techniek Ducati Superquadro mono
Nadat KTM vele jaren domineerde bij de dikke eencilinders, staat Ducati nu op het punt om met de splinternieuwe Hypermotard 698 Mono de Oostenrijkers van de troon te stoten. In het volgende nummer van MotoPlus lees je de eerste test van die Hypermotard 698, nu kijken we vast even naar de techniek van die sterke éénpitter.
De dikke eencilinders zijn relatief zeldzame verschijningen, want ook in de middenklasse domineert tegenwoordig de twin vanwege zijn rustigere loop en het hogere rijcomfort. Balansassen en een modern motormanagement temden de rauw lopende ééncilinder door de jaren heen echter merkbaar, maar populair is deze meest pure motorconfiguratie niet bij straatmotoren. Desalniettemin verraste Ducati ons in het najaar van 2023 op de EICMA met een compleet nieuw geconstrueerde éénncilinder, zoals die in de nieuwe Hypermotard 698 Mono huist. Met 77,5 pk in de straatlegale, gehomologeerde versie schoof deze Ducati de vermogenslat voor éénpitters nog een stukje omhoog. Tot dusver was de KTM 690 met 75 pk de sterkste. Hoogste tijd dus om deze ‘Superquadro Mono’ eens onder de loep te nemen en te vergelijken met de 690LC4 van KTM.
In het interview (zie kaderstuk op pagina ….) verklaart de verantwoordelijke motorontwikkelaar Stefano Fantoni waarom Ducati bewust voor deze ééncilinder gekozen heeft. Voor de basis-layout oriënteerde men zich op de 1.285 cc Superquadro-motor uit de 1299 Panigale. En in tegenstelling tot de Ducati Supermono die van 1993 tot 1995 werd gebouwd is de nieuweling geen simpelweg gehalveerde V-twin meer, maar een complete nieuwe ontwikkeling. Wel nam men echter enige inwendige onderdelen (en de opgedane ervaring daarmee) over. Zo is de boring met zijn 116 mm exact hetzelfde als op die Panigale. Om op een cilinderinhoud van 659 cc te komen, werd de slag tegen opzichte van de Panigale-motor met bijna 2 mm vergroot tot 62,4 mm.
Daarmee komen we meteen ook op een wezenlijk verschil met het 690-KTM-motorblok met zijn 80 mm slag. De Ducati heeft dus een extreem korte slag en dat laat ook meteen ruimte voor motorvarianten met een kleinere cilinderinhoud op basis van dezelfde basismotor. De boring-slag-verhouding ligt met een waarde van 0,54 ook nog onder het niveau van de modernste viercilinder-supersportblokken.
Het korte-slag-ontwerp maakt hoge toerentallen mogelijk: het nominale toerental ligt met 9750 tpm maar liefst 1.750 tpm hoger dan bij de KTM, maar toch blijft de gemiddelde zuigersnelheid met 20,3 m/s binnen de perken. Het hogere nominale toerental resulteert uiteindelijk ook in het grotere vermogen van 2,5 pk (1,8 kW) tegenover de KTM, ondanks dat die KTM 34 cc (5%) meer inhoud heeft.
Het vermogensverschil wordt nog duidelijker als we het specifieke vermogen (omgerekend naar 1.000 cc dus) bekijken. Dat is bij de Ducati met 117,6 pk (86,5 kW) zo’n 8% hoger dan bij de KTM (108,3 pk/79,4 kW). Maar een specifiek vermogen van bijna 118 pk is voor een straatlegale ééncilinder een opmerkelijke waarde!
Bij dat soort cijfers dringt de vraag zich op of Ducati met dit motorblok de grenzen van het mogelijke opzoekt, zeker als je bedenkt dat er anno 2024 niet alleen technische grenzen zijn, maar ook milieutechnische, want voor een kenteken-homologatie moeten de uitlaatgassen immers wel mooi schoon zijn, en moet ook het geluid zeer binnen de perken blijven. Concreet daar naar gevraagd, geeft Ducati geen duidelijk antwoord. Wel verwijzen ze subtiel naar de ‘open versie’ van deze Superquadro Mono: met enkel een open race-uitlaat en wat modificaties aan de inlaatkant levert het blok meteen al bijna 85 pk, maar dan voldoet hij dus niet meer aan de geluids- en emissie-eisen.
Wellicht dat met een grotere airbox ook legaal nog wat vermogen te vinden zou zijn, maar daarvoor ontbreekt echter de ruimte op dezed compacte machine. Ontwerper Fantoni wijst in deze samenhang ook nog even op de speciale inspanningen die gedaan zijn om de motor mechanisch zo til mogelijk te krijgen. Zo werden bijvoorbeeld de balansassen door tussenwanden van de krukasruimte afgescheiden, wat niet alleen voordelen op het punt van vermindering van nadelige vermenging van olie en lucht (het ‘opkloppen van de olie’) met zich meebrengt, maar door de versteviging van het carter ook het mechanische geluid uit het blok flink verminderd.
De zuiger met een diameter van 116 mm werd ongewijzigd van de Superquadro-motor van de Panigale overgenomen. Dat was mogelijk, omdat het cilinderontwerp en ook de thermische omstandigheden vergelijkbaar zijn met een V2 met zijn gescheiden enkele cilinders. Het is de grootste zuiger zijn die in deze tegenwoordige tijd in een serie geproduceerde ééncilinder is gemonteerd. Groot betekent echter niet automatisch ook zwaar, want de gesmede lichtmetalen zuiger heeft een zeer kort zuigerhemd en weegt met veren en pistonpen slechts 644 gram. In verhouding tot zijn diameter is het een van de lichtste zuigers die je in een motorblok kunt vinden. De gesmede drijfstang uit staal is wel compleet nieuw en niet overgenomen uit de Panigale-motor. Dit was noodzakelijk vanwege de veranderde belasting als gevolg van de grotere slag. Vanzelfsprekend voor een moderne motor is de glijlagering van het big-end van de drijfstang.
De eendelige, uit staal gesmede en eveneens van glijlagers voorziene krukas herbergt ook buitengewone details. Zoals bij moderne lichtgewicht krukassen gangbaar, zijn de contragewichten voor de gewichtsvermindering van binnenuit lichter gemaakt en uitgefreesd. Zo wordt een kleinst mogelijke afstand tussen krukas en carter gerealiseerd, waardoor de olie als het ware van de carterwand wordt afgeveegd. Op die manier wordt in het carter een effectieve scheiding van lucht en olie bereikt.
De diameters van de krukas-hoofdlagers zijn – afgestemd op hun verschillende belasting – verschillend; deze asymmetrie bespaart gewicht. De krukas zelf is zo licht mogelijk gehouden, maar buiten het motorcarter is wel een vliegwiel annex dynamo gemonteerd. Deze is bewust ‘los’ gemonteerd, om modificatie van het vliegwiel achteraf, bij voorbeeld voor competitiegebruik, eenvoudig te maken. Voor de smering zet Ducati in op een semi-drysump-smering. De terugdruppelende olie wordt onder uit de krukasruimte weggezogen en in de ruimten opzij, achter koppelings- en dynamodeksel gepompt. Daar zit de olievoorraad en van daaruit zorgt een tweede oliepomp ervoor dat de olie onder druk naar de belangrijke lagers gaat. De afzuiging zorgt voor een lichte onderdruk in het krukascarter, waardoor pompverliezen worden verminderd.
Onmisbaar voor een moderne eencilindermotor is een compensatie van de constructie-gebonden vrije massakrachten. Ducati gebruikt daarvoor twee balansassen, die voor en achter de krukas geplaatst zijn. De balansassen drijven elk ook de oliepompen en de waterpomp aan.
Het carter met geïntegreerde cilindermantel is verticaal gedeeld. De afzonderlijke, ‘natte’ cilinderbus is gemaakt van een lichtmetaallegering en heeft een gecoat cilinder-loopvlak. De carterdeksels zijn gemaakt van een lichte magnesiumlegering en dragen ook bij aan de lage totaalgewicht. De compacte cilinderkop is erg verwant aan die van de Panigale-motor; de verbrandingsruimte is helemaal identiek. Daardoor hoefde er ook geen tijdrovend onderzoek naar de verbranding gedaan te worden. Ondanks de lange vlamwegen als gevolg van de grote boring kan de motor ook volstaan met slechts één bougie en volgens Ducati zijn problemen met ‘pingelen’ ondanks de zeer hoge compressie van 13 : 1 niet te verwachten. Bovendien kreeg het blok als back-up tegen gebruik van minderwaardige brandstof ook een klopsensor, maar volgens Ducati hoeft die elektronica bij normaal gebruik nooit in te grijpen.
Het technische highlight van de Superquadro Mono is de klepbediening. Ook deze nieuwe single beschikt over de Ducati-typische en ook exclusieve desmodromische klepbediening. De constructeurs uit Bologna benadrukken zo nogmaals de enge verwantschap met hun grotere V2-motoren en haken er ook naadloos mee in op hun roemrijke traditie van de eencilindermodellen van de late 1960er- en 1970er-jaren. Tegenover een conventionele klepbediening met klepveren (die tegenwoordig bij sportieve motoren ook al toerentallen van meer dan 14.000 tpm mogelijk maakt) benadrukt Ducati de beduidend grotere speelruimte van kleptiming en klepoverlap die de gedwongen desmodromische bediening mogelijk maakt.
En dit voordeel is vooral bij een motorblok met een grote boring en dienovereenkomstig grote kleppen van toepassing. Er zijn op dat gebied met de desmo minder compromissen nodig men kan de kleppentrein ook op hoge toerentallen beter controleren. De inlaatkleppen zijn daarbij van titanium, wat hun massa substantieel reduceert en daarmee de enorme versnelling mogelijk maakt die optreed als de kleppen ineens volledig worden geopend. De wat kleinere uitlaatkleppen zijn wel van staal.
De hoge stijfheid van de complete kleppentrein en de compacte constructie van de cilinderkop staat toe dat de klepspeling slechts elke 30 000 km gecontroleerd hoeft te worden.
Het totale motorblok is zeer compact, en dat komt ook ten goede aan de massa-centralisatie die immers handling-bevorderend is. Ook kon door de compactheid van het blok de achtervork relatief lang worden. De slechts minimaal naar voren neigende cilinder schept samen met zijn compactheid ook de mogelijkheid om deze krachtbron in de toekomst ook in andere voertuigconcepten te gaan gebruiken. Nu Ducati ook qua motorcross ‘uit de kast’ is gekomen, ligt het immers ook wel in de lijn der verwachting dat er ooit ook ééncilinder enduro- en allroadmotoren uit Bologna zullen gaan komen.
Het basisidee van het 693 cc KTM-motorblok – de directe concurrent van het nieuwe Ducati-blok – is alweer meer dan tien jaar oud. In de basis lijkt het Oostenrijkse blok dan ook wat conservatiever dan die van Ducati, maar ook de KTM is in de loop der jaren flink geëvolueerd tot een steeds hogere rijpheid, dankzij een serie van verfijnde technische oplossingen. Tot de komst van deze nieuwe Ducati-single was KTM met zijn 75 pk ook de absolute wereldkampioen qua vermogen bij ééncilinders. In een gesprek benadrukt de voor de motorblokken-ontwikkeling bij KTM verantwoordelijke Helfried Sorger de voordelen van hun gekozen constructie: laag gewicht, compact en een hoog koppel over een breed toerenbereik.
Met een slag van 80 mm heeft de LC4 duidelijk een langere slag dan de nieuwe Mono-Duc, wat zijn gemiddelde zuigersnelheid bij nominaal toerental op 21,3 m/s brengt, precies 1 m/s meer dan bij Ducati. Hierdoor zijn de versnellingen voor de KTM-zuiger wel hoger en deze veroorzaken daarmee grotere krachten in de krukas veroorzaakt. Dit begrenst ook meteen het maximum toerental en daarmee het vermogen, logisch dus dat KTM deze motor dus bewust op een hoog en breed uitgesmeerd koppel heeft getuned. Zijn maximum koppel van 73,5 Nm bij 6.500 tpm onderstreept dit. Zelfs als je rekening houdt met z’n 5% grotere cilinderinhoud en de specifieke koppelwaarden van beide motoren vergelijkt, loopt de LC4 hiermee duidelijk voorop. Qua specifiek koppel overtreft hij zijn Italiaanse evenknie zelfs met bijna elf procent. Cilinderkop en kleppentrein van de KTM zijn relatief eenvoudig: de enkele nokkenas ligt direct boven de twee stalen inlaatkleppen en bedient deze via lichte slepers. De twee uitlaatkleppen worden via een gevorkte tuimelaar door een enkele extra nok op de nokkenas bediend. Door zo’n concept wordt de cilinderkop compact, smal en licht. De productiekosten zijn ook beduidend lager dan bij de ingewikkelde DOHC-oplossing van Ducati met zijn desmodromische bediening.
Voor de beoogde toerentallen voldoet de KTM-manier van klepbediening prima aan de eisen. De plaatsing van de nokkenas boven de inlaatkleppen zorgt ook voor een hoge stijfheid en geringe bewegende massa, wat aan de inlaatkant belangrijker is dan aan de uitlaatzijde. En met lichtere titanium kleppen heeft KTM vermoedelijk ook nog wel wat speling wat het maximum toerental betreft. De dubbele bougie, die KTM ondanks de kleinere boring in tegenstelling tot Ducati gebruikt, leidt volgens Sorger tot een stabielere en meer efficiënte verbranding in het hele bereik. Ook heeft deze dubbele ontsteking van het mengsel in de cilinderkop een positief effect op mooier rondlopen van de motor, het rijgedrag onder moeilijke bedrijfsomstandigheden en ook op het brandstofverbruik.
De KTM-krukas is van het opgebouwde type, dus uit losse onderdelen samengesteld. Hij draait in speciale rollenlager, de gesmede stalen drijfstang heeft wel een bigend-glijlager. Omdat de krukas is opgebouwd, kan deze drijfstang een gesloten bigend hebben, en door het gemis van twee drijfstangbouten (zoals de Ducati heeft) is er bij de KTM minder ruimte nodig voor het ronddraaien in het carter. Dat zorgt in verhouding tot de afmetingen voor een hogere stijfheid en een lager gewicht dan de tegenwoordig zo gangbare gedeelde drijfstang met twee bouten. De zuiger is – zoals bij alle motoren met een hoog vermogen een zo licht mogelijk gemaakte Slipper-constructie met een kort zuigerhemd. Ook de pistonpen is zo kort mogelijk gehouden.
Ter compensatie van de vrije massakrachten van de eerste orde (een mooie omschrijving voor motortrillingen…) past ook KTM twee balansassen toe. Een daarvan bevindt zich direct achter de krukas in het carter, de tweede zit ongebruikelijk in de cilinderkop en ziet er een beetje uit als een kleine, loze nokkenas. Hij wordt ook door de nokkenasketting aangedreven en draait met hetzelfde toerental als de krukas. De totale onbalans van de beide assen compenseert de massakrachten van de eerste orde volledig. De massaverdeling is echter niet gelijk, de grotere hevelarm van de as in de cilinderkop verhoogt het werkzame tegenkoppel, dus daarom is de massa van die tweede balasas in de cilinderkop veel kleiner. In zijn geheel gezien is de plaatsing van deze assen slim bedacht, omdat het ruimte in het carter bespaart en juist de vrije ruimte in de cilinderkop gebruikt, die zich door de enkele bovenliggende nokkenas aanbiedt.
Het carter van de KTM is ook verticaal gedeeld, maar de aluminium cilinder met een Nicasil loopvlakcoating is een apart onderdeel, dat conventioneel op het carter wordt geschroefd, waar de buitenmantel bij Ducati onderdeel uitmaakt van de carterhelft. In totaal is de KTM 690-krachtbron zeer compact en met zijn 41 kilo (zonder water en olie) ook zeer licht. De totale constructie toont wel het offroad-DNA dat zo kenmerkend is voor KTM. Bij de vraag naar de vermogensgrens voor ééncilinders verraadt de glimlach van Sorger overigens dat KTM blijkbaar nog niet aan het einde van hun latijn is. En dat de Ducati Superquadro Mono ongetwijfeld voor extra motivatie zorgt bij de ontwikkeling van de nieuwe LC4-motor uit Mattighofen, die volgens de geruchten inmiddels al in de steigers staat…
