artikel

Nederlandse Twin-Shuttle dubbelzuigermotor wacht op erkenning

Techniek 10509

Van origine is hij vliegtuigtechnicus, vertelt Cor Inniger terwijl hij ons inwijdt in de geheimen van zijn nieuwe motor. Een dubbelzuiger diesel, maar dan anders. Hoog rendement, bescheiden in afmetingen. Heel geschikt voor sportvliegtuigjes, meent Inniger, maar ook als range extender in elektrische auto’s. Er is een schaalmodel, er zijn rapporten, nu nog de stap naar een werkende testmotor.

Er werden al heel wat varianten bedacht op de dubbelzuigermotor, een aantal ervan was of is in productie. Zelfs in auto’s werd het al toegepast, bij een Britse bestelwagen in de jaren vijftig. We spreken dan van in-lijn dubbelzuiger ontwerpen, waar twee zuigers in één cilinder tegenover elkaar bewegen.

Twee zuigers naast elkaar in onderling verbonden cilinders komt ook voor, zoals bij vroegere Puch- en NSU-motorfietsen. De Twin-Shuttle die Cor Inniger uitwerkte is van het lineaire type, waar een hoog rendement verwacht wordt. De verbranding drukt twee zuigers tegelijk weg, in plaats van dat hij zich afzet tegen een cilinderkop enerzijds en een zuiger anderzijds. Waarbij de cilinderkop veel warmte opneemt, die als verliesenergie in de koeling verdwijnt.

Inniger Dubbelzuigermotor Twin-Shuttle

Vier kanalen naar zuigergestuurde inlaten, middenop de cilinders aan twee kanten plaats voor inspuitventielen. Daaronder uitlaatkleppen, te bedienen uit de tandwielkast onderaan de motor. In die kast zijn de krukassen gekoppeld, met uitgang aan de ene kant voor hulpaggregaten en aan de andere kant een vliegwiel als vermogensuitgang.

Net een achtcilinder diesel?

Inniger dubbelzuigermotor twin-shuttle tandwielen

Een drijfstang op een excentrisch bevestigd tandwielpaar, en – hier niet zichtbaar – aan de andere kant van de krukwang weer een tandwiel zorgt voor een ongewone zuigerbeweging.

Vaak werden zulke lineaire dubbelzuigermotoren uitgevoerd als tweetakt. Kleppen aanbrengen is tenslotte wat lastig, als je geen cilinderkop hebt. Bovendien maakt het tweetaktproces de constructie simpeler, en kan het rendement hoger zijn. Verder heb je al twee krukassen nodig, met een tweetakt spaar je weer nokkenassen en kleppen uit.

De Inniger-motor is echter toch een viertakt. En een diesel, noodzaak omdat de verbranding op wisselende posities in de cilinder plaatsvindt. Dus zou het wel erg moeilijk worden vonkontsteking met bougie te realiseren voor benzine.

Het verschil met heel wat andere lineaire dubbelzuigerontwerpen is hier namelijk dat tweemaal per krukasomwenteling een verbranding optreedt. En dat vermenigvuldigd met twee zuigers en twee cilinders, daarom rekent Inniger dat het vergelijkbaar is met een conventionele achtcilinder (per krukasomwenteling 2 x 2 x 2 verbrandingsdrukken op een zuiger).

Krukassen met tandwielen

Hoe doet ie dat dan, viertakt en toch twee verbrandingen per krukasomwenteling? De truc zit in een tandwieloverbrenging tussen drijfstang(en) en krukas(sen). Zet daar je tanden maar eens in, drie tandwielen en een tandkrans per drijfstang!

Zonder animatie kun je nauwelijks voor je zien hoe alles beweegt. Hieronder vind je ‘m in een video en op deze site vind je een interactieve flash-animatie. Op wat we het contragewicht van de krukas zouden noemen zit een tandwiel, dat bij het draaien van de krukas over een tandkrans loopt. Het eerste tandwiel gaat dus draaien. Excentrisch geplaatst zit daarop nog een tandwiel, gepaard aan een even groot tweede tandwiel.

Dat laatste is ook weer excentrisch bevestigd op wat wij het ‘big-end’ van de krukas zouden noemen. Zo wordt dit tweede tandwiel van het paar aangedreven. Wederom excentrisch zit de drijfstang op dit tweede tandwiel vast. Het ‘big-end’ van de drijfstang cirkelt rondom het excentrisch bevestigingspunt van het tweede tandwiel van dit paar.

Variabele compressie

De dubbele excentrisch bevestigde tandwielen zorgen voor een 2:1 overbrenging tussen krukas en drijfstang. Gaat de krukas één keer rond, dan zijn de zuigers twéé keer heen en weer gegaan. Een keer dichterbij de krukas, en een keer verder af van de krukas.

Ingewikkeld spel met tandwielen maakt het iets nieuws

Aan de andere kant van de cilinder gebeurt hetzelfde. Dat moet wel precies afgestemd worden, door de koppeling (met nog meer tandwielen) van de krukassen aan weerszijden van de twee cilinders. Als de ene zuiger dichter bij zijn krukas blijft, dan moet aan de andere kant de zuiger juist verder van zijn krukas af gaan.
Het moet een heel rekenwerk zijn. De synchronisatie van de krukassen moet zo zijn dat nooit de zuigers aan weerszijden tegelijk in hun ‘hoogste’ BDP staan. Met een afgestemde drijfstanglengte zodat de zuigers elkaar wel dicht genoeg naderen voor de gewenste compressie.

Zo krijg je dat de verbranding niet steeds in het midden van de cilinder optreedt, maar afwisselend ook een stukje daarnaast. Het aardige is dat je de kleinste speelruimte tussen de zuigers wat kunt variëren, door bij een krukas de (stationaire) tandkrans iets te verdraaien. Waarmee de synchronisatie tussen de krukassen opschuift, en de compressieverhouding toe- of afneemt.

Of het niet genoeg is, wil Inniger verder experimenteren met een soort kantelen als van een kasteeltoren op de zuigers. Ze moeten de verbranding middenin de cilinder houden, voor nog minder warmteverlies in de cilinderwand.

Theoretisch geverifieerd

Er zijn per cilinder twee zuigergestuurde inlaatkanalen, en één klepgestuurd uitlaatkanaal. Vanaf 2004 heeft Cor Inniger gewerkt aan deze nieuwe variant op de dubbelzuiger motor, waarop in 2010 octrooi is aangevraagd. Daarna hebben zowel TNO als de HAN hogeschool het ontwerp bekeken en theoretisch doorgerekend.

Uit 1,5 liter zuigerverplaatsing zou bij 2.600 toeren per minuut 200 tot 280 pk kunnen komen, als alles ideaal werkt. Voor nu is er alleen nog een 3D-geprint kunststof model in schaal 1:2, zoals op onze foto’s te zien. Gemaakt door een Nederlandse constructeur/bouwer van motortjes voor modelvliegtuigen.

Zoals vaak bij dit soort uitvindingen is dit een eerste kritische fase. Wie toont zich bereid een werkend model op volle schaal te (laten) bouwen? Daarmee moet definitief blijken of het werkt, en wat het presteert. Waarna mooie en betrouwbare meetwaarden een investeerder zouden moeten verleiden om productie te realiseren.

Er is een schaalmodel, er zijn rapporten, nu nog de stap naar een werkende testmotor.

Voor en tegen

Het klinkt mooi, viertakt dubbelzuiger dubbelverbranding. En ook nog variabele compressie mogelijk, wat zuinigheid gepaard aan grote prestaties belooft. De in de cilinder iets heen en weer lopende verbranding kan nog minder warmteverlies brengen, waar de lineaire dubbelzuigerconstructie toch al weinig warmte verliest.

Er gaan wel heel erg veel tandwielen in deze motor, dat is niet goedkoop. De zuigersnelheid wisselt nogal sterk, valt deze motor te balanceren? De zuigergestuurde inlaat staat maar heel kort open, een compressor lijkt noodzakelijk. Twee krukassen, twee nokkenassen, met bijbehorende aandrijvingen – het wordt geen superlichte constructie.
Eenzijdig opgehangen tandwieltreinen op de krukaseinden, blijft dat heel? De belasting is hoog, als deze diesel tot
180 pk per liter zuigerverplaatsing zou ophoesten. Maar goed, nu eerst een bouwer vinden die hem echt wil maken. Dan zal de praktijk het leren, of dit goed werkt.

 

Reageer op dit artikel