Door Peter Aansorgh © copyright Peter Aansorgh Producties

Kawasaki brengt de H2R, Suzuki komt met de Recursion. Beide hebben drukvulling, maar hoe werkt dat nu…?

Bij het ontwikkelen van een motor moet een fabrikant kiezen: wil hij een motor die van onderuit trekt of een die veel vermogen levert? Dat regelt hij met de kleptiming: als de inlaatkleppen laat openen en sluiten, trekt de motor bij lage toeren beter, terwijl de motor bij hoge toeren beter trekt als de inlaatkleppen vroeg openen en sluiten. Dat komt omdat er in het inlaatspruitstuk (en in het uitlaatspruitstuk) allerlei drukgolven ontstaan, die afhankelijk zijn van het toerental. Als de inlaatklep net dichtgaat als er een overdrukgolf voorbij komt, dan zit er net even wat meer lucht in de cilinder. En dat heb je nodig als je veel energie wilt ontwikkelen, want dan moet je veel benzine verbranden. En daarvoor is lucht nodig. Als je 1 kg benzine wilt verbranden heb je 14,7 kg lucht nodig.

Kiezen of…

Voor een toermotor is het beter als een motor van onderuit goed trekt, want dat manoeuvreert gemakkelijk. Voor een sportmotor is het beter dat een motor bij hoge toeren goed trekt, want dan kun je veel vermogen ontwikkelen en dat geeft een hoge topsnelheid. Toch zou het natuurlijk mooier zijn als je niet hoefde te kiezen, als de motor in een heel breed toerengebied goed zou trekken. Dat kan als je kans ziet om op een andere manier veel lucht in de cilinders te krijgen. Dat kan met meer cilinderinhoud, met variabele kleptiming of met ram-air. Maar er is nog een mogelijkheid: je kunt er met een pomp onder druk lucht in blazen.

Supercharger

Drukvulling kan eenvoudig met een mechanisch aangedreven pomp gebeuren. Een van de bekendste daarvan is de Roots blower. Deze pomp bestaat uit twee gelobde rotors, die in elkaar draaien en zo de lucht die ze aan de buitenkant via de behuizing meenemen de uitgang in “verdringen”. Een variant is de compressor die Mercedes Benz, Mazda en Jaguar gebruiken. Hierbij worden rotors met drie lobben gebruikt, die verdraaid op de as zitten, als een soort schroef. Dit geeft een meer gelijkmatige luchtstroom dan een Roots blower. Een andere variant, die door BMW in de jaren twintig werd gebruikt, is een schottenpomp. Bij een schottenpomp is een ronde rotor uit het centrum van een ronde behuizing geplaatst. Schotjes, die uit de rotor steken, volgen de wand van de behuizing. Door de groter en weer kleiner wordende spleet tussen de behuizing en de rotor wordt lucht aangezogen en weggeperst. Een voordeel van zo’n supercharger is, dat deze gestaag harder gaat werken als de motor meer toeren draait. Hij past zijn prestatie dus automatisch aan het toerental aan en levert daardoor een mooie, egale trekkracht.

Turbo

Turbo’s werden in de jaren 80 populair en zijn bijvoorbeeld toegepast op de Honda CX500 en CX650 Turbo, op de Suzuki XN85 Turbo, de Yamaha XJ 650 Turbo en de Kawasaki Z750 Turbo. En nu is Suzuki bezig met een nieuw turbo-model, de Recursion. Een het verschil tussen een supercharger is dat een turbo wordt aangedreven door het uitlaatgas van een motor. De turbo is dan ook altijd dicht bij de motor op het uitlaatspruitstuk gemonteerd. Het uitlaatgas dat uit de motor stroomt, blaast dan in de turbinebehuizing langs een wiel met schoepen, het turbinewiel. Het turbinewiel gaat daarvan razendsnel draaien, tot wel 75.000 tpm toe. Het turbinewiel zit op een as, die doorloopt tot in de pompbehuizing. Daarop zit een tweede schoepenwiel, die met hetzelfde toerental draait. Het schoepenwiel werkt als centrifugaalpomp en zuigt zo lucht aan, die in de pomp wordt gecomprimeerd. Door het comprimeren warmt de inlaatlucht op tot wel 120° Celsius. Vaak wordt de lucht daarom door een “intercooler” geleid, die de lucht afkoelt tot 40 graden. Dat vergroot de dichtheid van de lucht, waardoor er nog meer zuurstof in de motor terecht komt.

Waste gate

Een turbo werkt pas goed als de motor een grote uitlaatgasstroom levert en de turbine op toeren komt. Het gevolg is dat het altijd even duurt voor de turbo op gang komt als je het gas open zet. Er is dus een vertraging voordat de motor oppakt. Die vertraging staat bekend als de “turbo lag”. Om dit effect te beperken worden er turbo’s met “variabele geometrie” gebruikt. Hierbij zijn er in de turbo draaibare geleidingsschotjes geplaatst, die de uitlaatgassen beter op de schoepen mikken. Een ander turbo-probleem is dat het lastig is het toerental in de hand te houden en daarmee om een te hoge inlaatdruk te voorkomen. Dat zou pingelen veroorzaken. Dat wordt opgelost met een “Waste Gate”. De waste gate is een drukbediende klep, die de inlaat- en uitlaatzijde van de turbine kortsluit. Doordat het gas niet meer door de turbine stroomt, bouwt de turbine geen toerental meer op. De wastegate wordt ook gebruikt om het toerental snel te laten zakken als het gas wordt dichtgedraaid.

Kawasaki H2

Turbo’s zijn licht en relatief eenvoudig te monteren. Toch is ook de supercharger nog interessant. In 2003 bracht Peugeot nog een scooter met compressor, de 125cc Jetforce, en dit jaar brengt Kawasaki een supersport met supercharger, de H2. De Kawasaki supercharger maakt net als een turbo gebruik van een centrifugaalpomp-schoepenwiel, die ditmaal echter via een planetair tandwiel door de krukas wordt aangedreven. Het krukastoerental wordt hierdoor met een factor 9,2 vergroot. Het pompwiel draait zo maximaal 130.000 tpm. In de race-uitvoering levert het 998cc-blok zelfs 310 pk! De straatversie is “wat milder” getuned en levert 200 pk bij 11.000 tpm, met een maximum koppel van 140,4 Nm bij 10.000 tpm.

Drukvulling: een eeuwenoud idee

Dat meer lucht de verbranding verbetert is al eeuwen bekend. Smeden gebruikten een blaasbalg om het vuur aan te wakkeren. Dat idee werd in 1860 geautomatiseerd door

Philander en Francis Marion Roots, die een mechanische blower voor fornuizen ontwikkelden. De Roots blower werd later veel op verbrandingsmotoren toegepast. De eerste die dat deed was Dugald Clerk, die in 1878 een tweetaktmotor van een supercharger voorzag. Gottlieb Daimler patenteerde vervolgens in 1885 een tandwielaangedreven supercharger. De eerste turbo werd in 1905 uitgevonden, door de Zwitser Alfred Büchi. Turbo’s werden in de eerste wereldoorlog al gebruikt op vliegtuigen, om te compenseren voor ijle lucht.

Mercedes monteerde in 1922 een supercharger op een 115 pk sterke “productieracer”. Hetzelfde deed BMW in 1929 op de 255-Z750. Het idee kwam van Rudolf Schleichler en werd uitgevoerd door Josef Hopf. De motor liep in 1928 voor het eerst op de testbank. Tien jaar later won Jock West de GP van Ulster op een BMW RS 500, met een 60 pk sterke 492cc boxer die was voorzien van een Zoller “sliding vane” supercharger. Deze motor haalde een top van 220 km/uur.

Donatie

Vond u dit een goed artikel? Dan zou ik het op prijs stellen als u me op een kop koffie trakteert! U kunt een kleine bijdrage storten via de “donatie” knop in de menubalk. Bij voorbaat dank!