Al is het maar als range-extender in geëlektrificeerde auto’s, er blijft gezocht worden naar betere alternatieven voor de overbekende zuigermotor. Een heel compacte kandidaat, misschien wel heel efficiënt, is de parallelle kantelschijfmotor. Voor een verbeterde versie daarvan zoekt Gerrit van Rossem durfkapitaal om tot productie te kunnen komen.
Het gaat hier niet alleen om een kantelschijf, die de zuigerbeweging omzet in het draaien van een as. Ook is sprake van een dubbelzuiger opstelling, twee tegengesteld bewegende zuigers in dezelfde cilinder.
Meermaals bespraken we soortgelijke vindingen. Zoiets als de dubbelzuiger Achates motor, met nogal ingewikkeld krukmechanisme. Of de vijfcilinder Duke motor met kantelschijf, maar geen dubbele zuigers. Zo is er nog een hele reeks voorbeelden van dubbelzuiger ontwerpen, of met kantelschijf.
Lineaire constructie
Het idee van de kantelschijf is, om een as te voorzien van een schuin stukje. Dat dus een kleine hoek maakt met de hartlijn van deze as. Om dat schuine stukje zet je een schijf.
Zet parallel aan de as een drijfstang tegen die schijf, draai de as met schuin staande schijf. Nu kan de drijfstang door de schijf weggeduwd worden van een ‘laagste’ tot een ‘hoogste’ punt. Of andersom, als de drijfstang door een verbranding boven de zuiger wordt weggeduwd.
De centrale as met twee naaldgelagerde kantelschijven. Om de bolkoppen komen ‘schelpen’ die in het grote drijfstang oog komen, de ‘schelpen’ schuiven iets heen en weer in dat oog als de schijf kantelt.
Dan drukt deze drijfstang de schuine schijf weg. Die gaat wegdraaien naar zijn ‘laagste’ punt. Dus de as waarop de schijf zit draait ook. Hiermee kun je een lineaire motor maken, waar cilinders en aangedreven as parallel naast elkaar liggen.
Met kantelschijven op beide uiteinden van de as kun je een dubbelzuiger motor maken. Met voor de balans een tweede dubbelzuiger cilinder erbij.
 Een dubbelzuiger tweetakt belooft hoog rendement |
Trillingsarme tweetakt
De kantelschijf vermijdt het krukas-drijfstang mechanisme, met diens aanzienlijke gewicht, omvang en onbalans. Nog mooier met dubbele zuiger, waarmee we ook geen cilinderkop, nokkenas en kleppen meer hebben. Symmetrisch gebouwd en daardoor haast onbalans- en trillingvrij.
Twee zuigers aan weerszijden in een lange cilinder levert een soort tweetaktproces. Als de zuigers naar elkaar toe bewegen, naar het midden van de cilinderbuis, hebben we ertussen compressie. Aan hun andere kant trekken beide zuigers lucht binnen, al of niet gemengd met brandstof.
Overdruk in de cilinders
Dat is de eerste slag, eindigend met een verbranding. De zuigers bewegen uit elkaar, en drukken de net aangezogen lucht samen. Er ontstaat dus overdruk, een Reed valve sluit de luchtinlaat nu af.
Als de zuigers dicht bij hun ODP komen maken ze in- en uitlaatpoorten in de cilinder vrij. Zo vindt de gaswisseling plaats aan het eind van de tweede slag, en begint daarna de cyclus opnieuw. Tweetakt dus.
Het opengelegd motorblok toont geleiderollen die de kantelschijven beletten te draaien. Rollen op de grote drijfstangogen helpen de drijfstang rechtlijnig te geleiden. Op het linker eind van de centrale as een oliepomp die via boringen in die as alles smeert.
Versterkte kantelschijf
Een heel platte motor, weinig onderdelen, hoog tweetaktrendement, geen trilling. Tel uit je winst. Maar kantelschijf constructies bleken praktische problemen te hebben. De verbrandingsklappen waren een te zware belasting voor de kantelschijf. En de drijfstangen werden scheef gedrukt.
Geen zijdelingse druk
Het mooie is nou juist dat de drijfstangen puur rechtuit, parallel aan de motoras zouden bewegen. Geen zijdelingse druk op de zuigers, weinig smering nodig, weinig cilinderslijtage. En geen energieverlies om drijfstangen dwars op de cilinderhartlijn te laten slingeren.
De nieuwste vinding is nu een verbeterde kantelschijf, voorzien van naaldlagers. De drijfstangen moeten door een geleidebus lopen om uitknikken en uitslingeren te voorkomen. Dit staat beschreven in de net aan Gerrit van Rossem toegekende Europese patentaanvraag.
| Platte, compacte bouw heel geschikt voor range extender |
Moderne materialen nodig
Er is heel veel jaren gewerkt aan dit ontwerp, dat al ooit gedraaid heeft in een universitair laboratorium. Loopt mooi, zagen we op een video, leverde 7,55 kW en 33,3 % rendement.
We hebben de loodzware kantelschijven in handen gehad. Zo zwaar voor voldoende sterkte. Kritisch zijn ook de bolkoppen aan de kantelschijf, waarop de drijfstangen bevestigd zitten. Maar hier zouden moderne materialen en hardingsmethoden een hele verbetering kunnen brengen.
Partner nodig
Daarom heeft Van Rossem, mede gezien zijn leeftijd, partners nodig die een motor met de nieuwste materiaaltechniek willen bouwen. Overtuigd van een gunstig resultaat, voorziet Van Rossem dat een partner als licentienemer tot productie zal willen overgaan. Wie zich aangesproken voelt kan contact opnemen met onze redactie.
Een hele aardige is nog dat vrij simpel variabele compressie valt te realiseren. Zet een schroefmof op de as tussen de kantelschijven. Verleng of verkort daarmee de as, dan komen de zuigers meer of minder dicht bij elkaar.
Inwendige met dubbelzuiger cilinders. In beide uiteinden daarvan aanzuigpoorten, bij het midden kleine spoelpoorten en grote uitlaatpoorten. Montagegaten voor een bougie en injectieventiel zijn hier nog niet ingetekend.
Alles zo opgelost?
Meteen doen, dan maar? Tja, een hoog toerental bleek met kantelende schijven nog niet haalbaar. Probleem blijft ook dat de zuigerslag niet groot kan zijn. De kantelhoek van de schijven bleek erg nauw te luisteren, wil het goed werken.
Die hoek bepaalt mede de zuigerslag. Zet je de bolkoppen ver naar buiten, het andere dat de zuigerslag bepaalt, dan komt een enorm buigmoment op de halzen aan die koppen.
De compacte constructie is een groot voordeel
Puur mechanisch gezien is het niet zo ideaal. Gezien de praktisch mogelijke kantelhoek geeft de verbranding vooral erg veel druk op de kantelschijven, maar niet zoveel draaimoment waarmee de schijf wordt weggeduwd.
Daaraan verandert niks als je de schijf heel slijtvast maakt. Noch aan het feit dat gaswisseling met poorten slecht samengaat met optimale vulling en spoeling van de cilinders. Zelfs al zou je de aanzuiging ondersteunen met een compressor. De simpele en compacte constructie is een groot voordeel. Maar een zuinige en schone verbranding zal ook aangetoond moeten worden, voor deze kantelschijfmotor doorbreekt.
