Techniek: Ducati V1
Kun je uit een ‘geblazen’ 500 cc ééncilinder net zo veel vermogen halen als uit een reguliere 1000 cc tweecilinder? Die vraag vormde het afstudeerproject van Nico Verelst en voor de uitwerking ervan deed hij een beroep op zijn oom, de Vlaamse classicracer en restaurateur Bart Crauwels.Om meer vermogen uit een motor te kunnen halen zijn er in feite twee basisprincipes: meer toeren draaien of meer benzine en lucht erin stoppen. Voor dat laatste zorgen grotere in- en uitlaatkanalen, kleppen en hetere nokkenassen, maar op een gegeven moment zit je met deze oplossing op een maximum. Dan kan enkel een turbo of compressor ervoor zorgen de frisse lucht onder druk de cilinder in geblazen wordt. Op die manier kun je dus met relatief kleine cilinderinhouden toch hoge vermogens realiseren.Bart Crauwels en zijn neef Nico Verelst pakten dit idee op in het kader van Nico’s afstudeerproject als Bachelor motorfietstechnieken. Zij gingen uit van een luchtgekoelde Ducati 1000 cc L-twin, waarbij de staande cilinder via een nieuwe cilinderkop (zonder kleppen) nu werkt als een compressor, om zo de lucht voor het benzine-luchtmengsel extra te comprimeren en onder druk naar de liggende cilinder te pompen. Het resultaat is de V-One, een geblazen 500 cc motorfiets met de prestaties van een 1000.In de werkplaats van The Motorcycle Factory (Crauwels’ toekomstige project) staat een witte Ducati die op het eerste gezicht niet echt afwijkt van een standaard exemplaar. Maar als je wat beter kijkt, zie je dat de staande cilinder anders van vorm is. Dit is dus die geblazen 500 cc éénpitter Ducati, het resultaat van vele, vele uren noeste arbeid. De machine roept meteen de vraag op waarom zou je al die moeite zou doen om van een 1000 cc tweecilinder een geblazen 500 cc ééncilinder te maken, met in principe hetzelfde vermogen? Crauwels verwijst daarvoor naar de jaren dertig van de vorige eeuw. In die periode was de prijs voor energie hoog en de regeringen trachten het gebruik ervan te beperken. Eigenlijk is dat dus net wat er tegenwoordig ook weer speelt. De meest eenvoudige oplossing voor een lager benzineverbruik zit hem in motorfietsen met een kleinere cilinderinhoud, die relatief zwaar worden belast. Bijvoorbeeld een 250 cc machine met een top van 120 km/uur. Die is in principe erg zuinig, maar dat is toch niet wat de gemiddelde motorliefhebber wil. “De motorrijder wil een grote motor om te accelereren,” zegt Crauwels. “Een oplossing zou drukvulling van een relatief kleine motor. Hoe meer zuurstof in het mengsel, hoe harder immers de knal. Zuig je 100 cc atmosferische lucht aan, dan ontsteekt de bougie in de cilinder ook 100 cc, maar als je er meer lucht in kunt duwen, bijvoorbeeld 2 maal de atmosferische luchtdruk, dan breng je 2 keer zoveel zuurstof in de cilinder van 100 cc. Met dezelfde cilinderinhoud krijg je dan theoretisch een hoger vermogen.”In de jaren dertig zochten motorfabrikanten ook in de richting van een geblazen blok, vooral in de racerij. Ondermeer BMW, DKW en Gilera hadden compressors op hun racemotoren gemonteerd, toen dat reglementair nog mocht. En in de jaren tachtig was er een revival van de turbo. Alle Japanse merken hadden er één in de aanbieding en zelfs het Italiaanse Morini bracht een turbo-versie van de 500 V-twin uit. Nadeel van die turbo’s was het ‘aan-uit-karakter’. De turbowerking kwam plotseling inzetten en dat maakte het rijden met dergelijke geblazen motoren niet echt prettig. Crauwels: “Dat waren allemaal uitlaatgas-turbo’s, zoals de meeste dieselmotoren van nu ook hebben. Voor een diesel is een turbo ook erg interessant, want een traditionele turbo heeft een relatief klein werkingsgebied en een dieselmotor ook. Een powerband van ongeveer 3000 toeren per minuut is hier heel gebruikelijk: vanaf zo’n 1500 toeren voel je het extra koppel dat de turbo levert, maar een paar duizenden toeren later neemt het al weer af. Daardoor is een turbo voor benzinemotoren minder interessant, die hebben immers vaak een actief toerentalbereik van minimaal 6.000 tpm. Om dit bereik volledig met turbovuldruk te voeden heb je dan al gauw twee turbo’s nodig: een kleine voor de lagere toerentallen en een grote voor hoge toerentallen. En bij een motorfiets wordt het nog anders, want die heeft al snel een bruikbaar toerentalgebied van 10.000 toeren of meer. Het werkingsgebied van de traditionele turbo en of andere traditionele compressor is daarvoor veel te klein en er ontstaat dan een piekerig koppelverloop. Dat is niet erg als je puur gaat voor de snelheid in een rechte lijn (zoals bij dragraces ), maar wel als je op een bochtig traject rijdt, waar je veel moet accelereren en remmen. De techniek van drukvulling van benzinemotoren staat nog echt in de kinderschoenen, maar mijn buikgevoel zegt dat de technologie van de dieselmotoren met drukvulling en directe injectie de komende jaren ook bij benzinemotoren een explosieve ontwikkeling zal doormaken. Voor motorfietsen blijft er echter het probleem van het riante toerentalbereik. Daarom loop ik al een paar jaar te piekeren om dit op te lossen: je moet een groot werkingsgebied hebben, van 1000 tot 10.000 toeren, er is een wens naar een hoog en vlak koppelverloop en het moet daarbij ook nog heel compact zijn, want veel ruimte heb je immers niet.”De oplossing lag volgens Crauwels in een zuigercompressor. Die heeft een groter en efficiënter werkingsgebied. In september 2007 zat Crauwels het idee te overdenken, toen zijn neef Nico op zoek was naar een afstudeeronderwerp voor zijn motorfietstechniek-studie. De handen werden ineen geslagen en een tweekleps 1000 cc Ducati V-twin werd gebombardeerd tot proefkonijn. Waarom juist een Ducati? Crauwels: “We zouden voor het project eender welke motor genomen kunnen hebben, maar ik heb veel kennis van Ducati-motoren (Bart werkte ooit bij de Ducati-importeur en had daarna een eigen Ducati-dealerbedrijf, dat hij vier jaar geleden verkocht, red) en ken er veel mensen, wat de zoektocht naar geschikte onderdelen makkelijker maakt.” Bovendien kon Crauwels met zijn idee aanpikken bij de Supermono die Ducati in de jaren negentig zelf voor racegebruik construeerde: een V-twin waarbij de staande cilinder werd geamputeerd voor racegebruik had.Voor de staande cilinder werd een speciale kop ontwikkeld, die in feite volgens het tweetakt-principe werkt. Bij elke slag van de zuiger wordt er 500 cc lucht verpompt en op die manier kan er dus eenvoudigweg gezegd twee keer 500 cc lucht naar de ene overgebleven 500 cc cilinder (die gewoon werkt volgens het viertakt-principe) worden gestuwd. De compressieverhouding van de staande cilinder is op 1 op 20 gebracht, die van de liggende is juist iets verlaagd naar 1 op 9,5. De temperatuur van de lucht blijkt door het extra comprimeren te stijgen tot 60º C en die wordt met een interkoeler weer naar 30 graden gebracht voor het de werkcilinder ingaat. Het Ducati-blok werd verder ook nog intern onder handen genomen om de grotere koppelpieken te baas te kunnen. Extra olie-jets zorgen voor een betere koeling van de werkende zuiger en de vorm van de verbrandingskamer werd aangepast om detonatie (pingelen) tegen te gaan.Voor de inlaatkant werd een compleet nieuw sequentieel injectiesysteem gebouwd: een gasklephuis van een Ducati 916, één injector van een 1000SS ie en één van een 916, een ‘ride by wire’-gasklep van een Audi, twee druksensoren, een EGR-klep van een Ford Transit, een microprocessor en vele meters bekabeling. Nico Verelst berekende daarbij voor elke situatie de injectietijden en maakte daarvoor een driedimensionele mapping aan. “Dat was echt monnikenwerk”, aldus Crauwels. Het motorblok schroefden ze in een frame van een gecrashte Ducati 900SS en in mei 2008 was V-One gereed. Met de complete motor ging Nico naar zijn Karel de Grote Hogeschool in Antwerpen voor de verdediging van zijn eindwerk. En dat lukte. De cijfers van de Ducati V-One waren ook overtuigend: vanaf het begin zat de geblazen 500 éénpitter al op 100 pk, tegenover ruim 90 pk van de originele Ducati-twin. De compressor levert een constante luchtdruk in het inlaatsysteem van 2 bar, waarbij er onder het zadel een extra luchtketel zit, die 20 bar kan verdragen. Deze luchtketel dient als buffer, want ook als je niet volgas rijdt, moet het overschot aan opgepompte lucht wel ergens naar toe kunnen. Crauwels: “Door de constante druk wordt het voor een turbo zo typische aan/uit-effect vermeden en voor je gevoel is het net alsof je met een gewone atmosferische motor rijdt. Maar dan wel eentje waarbij je merkt dat hij frisse lucht in overvloed heeft. Net alsof je bijvoorbeeld op tien kilometer diepte zit. Als je in Zwitserland in de ijle berglucht rijdt, dan is een motor minder snel dan bij een zuurstofrijke zee. Ik ga met deze motor theoretisch op een niveau van 10 kilometer diepte zitten waar de lucht nòg compacter is. Bij dat alles is er geen turbo-effect en de motor zelf weet ook niet dat’ie geblazen is. Daarom is er een elektronische gasklep gemonteerd om de luchtdrukschommelingen op te vangen.”“In principe kan een dergelijke zuigercompressor ook op elke meercilinder worden toegepast. Bij een viercilinder in lijn kunnen bijvoorbeeld twee cilinders al compressor werken en twee als werkcilinder. De komende maanden worden injectie en motormanagement verder verfijnd en ook esthetisch ondergaat de machine nog wat verbeteringen. Maar het principe blijkt te werken, daar was het ons in eerste instantie om te doen.”Nu de V-One in feite af is, speelt Crauwels met het idee om voor liefhebbers een kleine serie op te zetten. Samen met de Belgische overheidsinstelling ‘Innovatie Vlaanderen’ worden momenteel de commerciële mogelijkheden onderzocht. Daarnaast heeft Crauwels een nieuwe droom rond de V-One gekregen: hij wil met een aangepaste V-One naar de zoutvlakte van Bonneville in Amerika om wat snelheidsrecords aan te vallen: “In de ééncilinderklasse kan de V-One daar echt wel wat gaan betekenen!” [[streamers]]Voor de staande cilinder werd een speciale kop ontwikkeld, die in feite volgens het tweetakt-principe werkt.Vanaf het begin zat de geblazen 500 éénpitter al op 100 pk, tegenover ruim 90 pk van de originele Ducati-twin.[[Bilder]]Meist wichtig sind die Technik-bilder und das Bild von Crauwels selbst.Das Actionbild kann uber max. 3 Spalten.BU:Crauwels 1Bart Crauwels achter zijn bijzondere ‘geblazen’ Ducati ééncilinder.Crauwels 2Van de buitenkant valt nauwelijks op dat de V-twin nu een ééncilinder met compressor is.Technik 1 De V-One tijdens de bouw. De achterste cilinderkop is vervangen. Deze cilinder werkt nu als compressoer en levert bij elke slag lucht.Technik 2De gecomprimeerde lucht gaat via een koeler en een zelf geconstrueerd inlaattraject met twee injectoren, een 916-gasklephuis en Audi-gasklep naar de cilinder.Technik 3 Onder het kontje van de buddyseat zit een luchtketel, waar de overtollige lucht in wordt opgeslagen.Technik 4 Een tekening van het systeem. De staande cilinder werkt nu als compressor die de lucht onder druk naar de liggende cilinder duwt.Cylinder avant = liggende cilinderAir comprime= gecomprimeerde luchtCompresseur= compressorCylinder ariiere= staande cilinderTechnik 5 Ook het inwendige van het blok en de koppeling werden aangepast aan de hogere belastingspieken van de éénpitter.ActionDe geblazen 500 rijdt volgens Crauwels als een normale atmosferische machine. Hij is van plan er mee naar Bonneville te gaan, voor wat ééncilinder-snelheidsrecords.[[[logo’s INTEGRAL wegholen wenn möglich]]
