Kawasaki vraagt patent aan voor nieuwe tweetaktmotor

Kawasaki heeft een patentaanvraag ingediend voor een nieuwe tweetaktmotor. De motor heeft een turbo, directe injectie én inlaatkleppen.

Even voor de duidelijkheid: een tweetaktmotor wordt niet gedefinieerd door het aantal of de aanwezigheid van kleppen. En ook niet door het type smering of een ander mechanisch kenmerk zoals voorcompressie in het carter. Het enige verschil tussen een tweetakt- en een viertaktmotor is het aantal omwentelingen van de krukas dat nodig is voor een volledige cyclus. En dus, in het geval van een zuigermotor, hoe vaak de zuiger zijn dode punt bereikt voordat er ontsteking met verbranding plaatsvindt. Bij een tweetaktmotor is dit één omwenteling van de krukas en één bovenste dode punt (BDP) en één onderste dode punt (ODP) van de zuiger.

Toch moet er tijdens deze ene omwenteling vers mengsel worden aangezogen, samengeperst, ontstoken en het uitlaatgas uitgestoten. En dus lopen twee van deze stappen min of meer parallel, zo bevinden uitlaatgas en vers gas zich bijvoorbeeld tegelijkertijd in de cilinder. Pompverliezen zijn dus altijd aan een tweetaktmotor verbonden geweest. Dus als er vers mengsel ongebruikt door de uitlaat verdwijnt – en hier komt Kawasaki om de hoek kijken. Trouwens: het werkingsprincipe zegt niets over de brandstof. Benzine, diesel, gas of waterstof kunnen allemaal als brandstof voor een tweetakt dienen.

Kawasaki wil met het nieuwe patent de voordelen van de tweetaktmotor benutten zonder pompverliezen op de koop toe te hoeven nemen. Daarvoor past Kawasaki inlaatkleppen toe, die worden bediend door een nokkenas, en daarnaast inlaatluchtvulling en directe injectie. En juist dat laatste voorkomt hoge pompverliezen, omdat de turbo of compressor alleen lucht door de inlaatkleppen pompt. Die overdruk zorgt aan de ene kant voor de voorcompressie en helpt aan de andere kant om het uitlaatgas naar beneden uit de cilinder te blazen op het onderste dode punt van de zuiger.

In de compressieslag perst de zuiger de voorgecomprimeerde lucht verder samen op zijn weg naar boven. Pas kort voor het bovenste dode punt injecteert Kawasaki de benzine rechtstreeks in de verbrandingskamer en ontsteekt deze vervolgens op conventionele wijze met een bougie. Op weg naar onderste dode punt zet het uitlaatgas uit en ontsnapt – zoals hierboven beschreven – en vervolgens herhaalt alles zich. Dus: per omwenteling van de krukas vindt er één ontsteking plaats. Waarbij er na de directe inspuiting ook een geplande zelfontbranding plaats kan vinden. Met andere woorden: de benzinemotor ontsteekt vanaf een bepaald toerental met een vergelijkbaar hoog vulniveau als een dieselmotor. Deze motor is ontworpen voor werking met een hoog luchtoverschot, waardoor hij verhoudingsgewijs arm loopt en dus relatief weinig brandstof verbruikt.

De voordelen van de tweetaktmotor zijn duidelijk: er is één ontsteking per omwenteling, wat resulteert in een rustige motorloop en een continu koppel. In de constructie van Kawasaki kan de kleppentrein beperkt worden tot één inlaatklep. Vergelijkbare ontwerpen voor tweetakt scheepsdiesels hebben al zo’n enkele uitlaatklep. Deze oplossing zorgt voor minder wrijving en verhoogt de efficiëntie. 

Het is nog niet duidelijk wat Kawasaki van plan is met deze nieuwe motor. Hij is natuurlijk geschikt voor toepassingen die een continu koppel vereisen. Denk bijvoorbeeld aan een stationaire motor, een range extender of misschien dat het ook in vliegtuigen gebruikt kan worden. 

Bij gebruik als motoraandrijving met zeer dynamische belastingsomstandigheden zou het tweetaktprincipe opnieuw aan zijn grenzen kunnen komen, omdat de pompverliezen weer zouden kunnen toenemen bij constant veranderende drukomstandigheden. Er komt dan echter alleen lucht in het uitlaatkanaal, wat weer problemen kan veroorzaken voor het uitlaatgasreinigingssysteem.