Balanceerbank

V-twins en boxers

Wanneer er meer dan 1 cilinder in het spel is, gebeuren er een aantal interessante zaken. Om te beginnen met de 90° V-twin. Het leuke daarvan is dat de onbalanskrachten van de twee zuigers haaks op elkaar staan. Daarom is geen (primaire) balansas meer nodig, want nu is het mogelijk om het gewicht van elke zuiger voor honderd procent te compenseren. Is de eerste, verticale zuiger halverwege zijn slag, dan geeft het contragewicht een onbalans in horizontale richting. De tweede zuiger geeft op datzelfde moment een onbalans in tegenovergestelde richting. De krachten heffen elkaar op en dat gebeurt in alle standen van de krukas. Boxermotoren doen het nog mooier. Daarbij bewegen de zuigers tegen elkaar in, zodat zowel de primaire als de secundaire balanskrachten worden geneutraliseerd.

Vaak kiezen constructeurs van V-twin motoren vanwege de gewenste compacte bouw voor een constructie waarbij de blokhoek van de V-motor minder is dan 90°. De Transalp heeft bijvoorbeeld een blokhoek van 52°. De onbalans is dan te herstellen door de drijfstangen niet meer samen op één kruktap te zetten, maar ze elk een eigen kruktap te geven en die ten opzichte van elkaar te verzetten. De benodigde hoek α is daarbij: α=180°-2.α, waarbij α de blokhoek is. Voor de Transalp motor geldt dus dat de kruktappen 180°-2×52° = 76° uit elkaar staan. Voor een 90° V-twin geldt 180°-2×90°= 0°, maar dat wisten we al…

Zonder verzette kruktappen zijn balansassen nodig om de primaire onbalans te herstellen. Harley-Davidson gebruikt bijvoorbeeld een 45graden V-twin. Daarvan zijn versies met en zonder balansas. De versies zonder balansas worden toegepast op de motoren met rubberen silent blocks in het frame. Bij de types waarbij het blok star in het frame is gemonteerd worden twee balansassen toegepast.

Twin in lijn

Wanneer twee cilinders naast elkaar in lijn staan, ziet het er weer heel anders uit. Daarbij zijn er twee keuzes: de zuigers om beurten omhoog of omlaag laten bewegen, of tegelijk. In het eerste geval (bij een twin met 180° verzette kruktappen) werken de primaire onbalanskrachten tegen elkaar in en heffen ze elkaar dus op, zodat geen contragewichten op de krukas nodig zijn. Dat bouwt dus licht. De secundaire krachten werken echter steeds in gelijke richting en zorgen dus nog steeds voor onbalans. Een ander probleem is dat de primaire krachten elkaar in verticale richting wel opheffen, maar omdat ze niet op verschillende, uit het hart van de motor geplaatste kruktappen werken, veroorzaken een rotatiemoment ten opzichte van het hart van de motor. Dat geeft een soort draaiende onbalans dwars op de draairichting van de krukas. Ook wordt de ontstekingsvolgorde onregelmatig. Aangezien elke cilinder elke twee omwentelingen vonkt (720°) en de ene een halve slag na de andere vonkt (180°), ontstaat de volgorde 180°-540°-180° enzovoorts.
Wanneer de zuigers tegelijkertijd omhoog en omlaag gaan, ontstaat een ander probleem: de primaire onbalanskrachten werken in dezelfde richting, alsof het een grote eencilinder is. In dat geval is er een krukas met veel contragewichten én een balansas nodig, hoewel er ook andere oplossingen mogelijk zijn. BMW bijvoorbeeld gebruikt op de F800 een extra kruktap met een naar beneden gerichte, korte drijfstang, die een hefboom met een gewicht bedient. Dit zorgt voor een primaire en secundaire onbalans die tegengesteld is aan die van de zuigers. Eenvoudig en slim…

Een voordeel van een paralleltwin is dat de ontstekingsvolgorde regelmatig is: elke 360° een cilinder. Toch werd er vroeger in de motorcross soms voor gekozen om de cilinders samen te laten vonken, een dubbele klap die elke 720° plaats vindt. De grote klap zorgt kort voor een grotere belasting van de achterband, die daardoor eerder zal doorslippen. Na het hervinden van de grip zal de band echter gedurende langere periode zijn grip behouden. Het netto resultaat van die big bang is, dat de motor in het losse zand toch beter te controleren is dan bij een 360° interval. Om diezelfde reden racete Honda in de jaren negentig in de Grand Prix wegrace met een V4, waarvan de cilinders twee aan twee tegelijk vonkten, als een grote V-twin dus. De big bang, of beter: de rusttijd tussen de grote klappen, gaf een betere controle en een lagere bandenslijtage dan bij de normale motor (de screamer), waardoor gedurende de hele race betere rondetijden mogelijk waren.

Twin met verzette kruktappen

In 1995 kwam Yamaha met een opmerkelijke twin: de TRX850. Deze tweecilinder lijnmotor had een krukas waarvan de tappen 90° ten opzichte van elkaar waren verdraaid. Dit had een aantal opmerkelijke effecten. Allereerst de primaire onbalans: omdat de zuigers 90° in fase verschillen, ijlt ook de primaire onbalans na. Dat betekent dat ze elkaars onbalans op sommige momenten versterken, terwijl ze elkaar in andere momenten afzwakken. Die kunnen dus het beste gebalanceerd worden door ze als twee afzonderlijke eencilinders te zien. Er moet dus ook een primaire balansas komen, waarvan de gewichten ook 90° ten opzichte van elkaar verschoven zijn.

Wat betreft de secundaire onbalans is er goed nieuws, want omdat die bij elke cilinder tweemaal per krukasomwenteling van richting verandert en de fases van de twee cilinders nu 90° verschoven zijn, heffen ze elkaar ineens op.
Daarbij komt dat een paralleltwin met 90° verzette kruktappen dezelfde ontstekingsinterval krijgt als een 90° V-twin, dus beurtelings 270° en 450°. Een soort big bang dus, maar minder heftig, omdat de cilinders niet tegelijk vonken. De motor klinkt daarbij als een V-twin en dat is ook erg leuk…

Bron: Nieuws en Techniek