Introductie.
Normaliter heeft een 4-takt mototor twee kleppen in de cilinderkop, één voor het inlaten van de gasmix uit de caburateur en één voor het uitlaten van de verbrande gassen. Het systeem voor het aandrijven van deze afgeveerde kleppen bestaat doorgaans uit twee nokken op een aangedreven as met daaraan gekoppelde klepstoters en tuimelaars.
Voor een aantal van mijn 4-takt motertjes paste ik dit systeem wel toe, maar hoewel zeker maakbaar is het toch tamelijk comlex en het veroorzaakt ook enige stootbelastingen op de draaiende motor.Een systeem met een roterende in- en uitlaatklep.
Ik veronderstelde dat een roterende klep veel eenvoudiger zou kunnen zijn omdat daarmee de op en neer gaande kleppen en daarmee ook het hele aandrijfdsysteem daarvoor zou vervallen.
Mijn eerste poging daartoe bestond uit twee vlak geslepen metalen schijfjes die met een schotelveer tegen elkaar werden gedrukt. De stationaire schijf had een inlaat en uitlaat opening en een atmosferische koppeling aan de bovenkant van de cilinder. De boringen in beide schijven waren zodanig tegenover elkaar gepositioneerd dat het inlaten en uitlaten op de juiste momenten van de proces cyclus plaats vonden.
Ik heb die motor daarmee wel aan de praat gekregen maar er ontstond hiermee toch een niet of nauwelijke op te lossen probleem: de hoge verbrandingsdruk tijdens de arbeid slag van 15 tot wel 20 atmosfeer bleek de roterende schijf toch regelmatid ietwat van de stationaire schijf weg te drukken waardoor er een fatale gaslek naar de buitenlucht ontstond.
Om dit probleem op te lossen bedacht ik om het stationaire deel van zo'n klep van een bronzen cilinder te maken waarin een ronde stalen doorn met een nauwkeuringe h6 passing zou kunnen ronddraaien. De stalen doorn is zodoende geheel opgesloten in het bronzen huis waardoor het immers niet kan gebeuren dat die van het bronzen huis wordt weggedrukt door de hoge verbrandingsdruk. Dit zou tevens het aandrukken met een of ander veersysteem ook nog overbodig maken waardoor het klepsysteem ook nog uitermate eenvoug wordt. Veel eenvoudiger kan het niet naar mijn bescheiden mening.
Het principe van deze "Ridders 4-takt motor".
Onderstaande CAD figuur illustreert het roterende klepsysteem zoals ik dat makte voor zeze 4-takt motor.
Het asje dat de klepdoorn aandrijft is is met een tandriem verbonden met de krukas die de zuiger aanstuurt met een overbreng verhouding van 2 op 1 zoals dat altijd het geval is bij een 4-takt motor. Ik heb er bewust voor gekozen om dit asje en de klepdoorn niet uit één stuk te maken omdat de hartlijn van die klepdoorn van en die van het bronzen klephuis dan exact in nelkaars verlengde zou moeten liggen. Een kleine afwijking daarvan zou meteen ongewenste wrijvingen veroorzaken tussen de klepdoor en het klephuis met als gevolg slijtage of zelfs vastlopen. Ik heb daarom een "meeneem" constructie toegepast waarbij een rechthoekig "slotje" op het aandrijf-asje met enige ruimte in een eveneens rechthoekig sleufje in de kop van de klepdoorn past.
De klepdoorn heeft twee afzonderlijke dwarsboringen op de omtrek die beiden uitkomen op een centrale boring in die doorn die dus voortdurend in atmosferische verbinding staat met de cilinder. Deze boringen verbinden de boringen in het klephuis op de juiste momenten voor het inlaten van het verse gasmengsel, respectievelijk voor het uitlaten van de verbrande gassen. Daartussen staan de openingen in het klephuis blind tijdens de compressie en verbranding slagen. Aldus wordt het 4-takt proces geheel en impliciet bepaald door de geometrien van de borinen in de klepdoorn en die in het stationaire klephuis; zie de onderstaande animatie:
Opmerking: bij het maken van bovenstaande animatie had ik de aandrijf-as en de klepdoorn nog uit één stuk ghemaakt.
Op het aandrijf asje van de klepdoorn bevindt zich ook het nokschijfje voor de schakelaar die vonk aanstuurt op het moment van de maximale compressie.
Zoals bij al mijn verbrandingsmotortjes heb ik hier weer mijn Benzinedamp Carburateur toegepast die met een rubber slangetje op de inlaat van het stationaire klepgedeelte wordt aangesloten.
Zie voor het afstellen van de Benzinedamp Carburateur de instructies op het laatste blad van het tekening pakket daarvan.
Het afstellen van de motor
Het afstellen va de motor is uiterst eenvoudig. Het komt er op neer om de start van het inlaten precies gelijk te laten vallen met de (eerste) hoogste positie van de zuiger. Als dat eenmalig zo is ingesteld zijn de andere procesinstellingen automatisch in orde omdat die impliciet volgen uit de relatieve geometrien van de boringen in de roterende klep. Het instellen van dit inlaatmoment gaat als volgt:
1. Schroef het tandwiel op het aandrijf asje van de klepdoorn los zodat die daar vrij kan ronddraaien en zet de zuiger in zijn hoogste positie door het .
2. Verwijder de bougie en steek een rubber slangetje op de inlaat aansluiting van de het stationaire klephuis waar normaal de carburateur op is aangesloten.
3. Blaas met de mond door het slangetje en draai de klepdoorn rechtsom totdat er juist hoorbaar lucht ontsnapt door het bougie gat.
4. Schroef in deze positie het tandwiel weer vast op het aandrijfasje vaan de klepdoorn.
Het patroon van de gaten in de klep is zodanig gemaakt dat de start van elk van de vier slagen (inlaat, compressie, ontbranding en uitlaat) precies samenvalt met de vier uiterste posities van de zuiger.
Deze "rechttoe rechtaan" instelling is niet alleen het meest eenvoudige maar het motortje loopt daarmee ook heel goed en betrouwbaar. Het beantwoordt aan mijn eeuwig streven om alles zo eenvoudig mogelijk te houden, gepaard aan een hoge betrouwbaarheid.De vonk ontsteking.
Voor de vonk ontsteking gebruikt ik mijn universele externe unit met een bougie van een (klassieke) auto, zie onderstaand schakelschema:Voor de voedings spanning gebruik ik de oplaadbare batterij van mijn handboor machine.
Deze bobine is wel behoorlijk groot en past daarom niet in de voet van dee motor. Er zijn echter veel kleinere kant en klare electronische CDI systemen te koop op internet, bijvoorbeeld een circuit van Aliexpress waar een collega modelbouwer veel succes mee had, klik hier voor de betreffend pagina.
De vonk moet precies komen op het moment dat de zuiger in zijn volgende hoogste positie is aangekomen, namelijk op het moment dat het verse gasmengsel tot de maximale druk is gecomprimeerd. Dit is een kwestie van het op de juiste plaats vastzetten van de nokschijf t.o.v. de schakelaar voor het ontsteek circuit.
Het opstarten en de motor prestaties
Men kan de motor het best de eerste keer opstarten met een snaar om de poelie op de vliegwiel-as en een soortgelijke poelie in de kop van een hand boormachine. Daarbij moet men de luchtregelaar op de carburateur voor het bijmengen van extra lucht eerst geheel open zetten en die dan daarna geleidelijk verder dicht draaien totdat men de motor hoort aanslaan. Rondom deze carburateur instelling loopt de motor het best en kan de snelheid wat geregeld worden door wat meer of wat minder toegevoegde lucht toe te laten.
Het toerental van deze motor is regelbaar tussen ca 600 en 1000 omwentelingen per minuut. Relatief laag vergeleken bij bv. de Otto motor die met dezelfde cilinder/zuiger combinatie gemakkelijk 2x zo snel kan lopen. Aanvankelijk dacht ik dat de tamelijk nauwe kanalen in de roterende klep daarvan de oorzaak waren, maar dat bleek na wat experimenten toch niet de hoofdoorzaak te zijn. Vermoedelijk heeft het te maken met de "halve maan" overgangen tussen de boringen in de klep die daardoor wat minder snel openen dan de klassieke op en neer gaande kleppen van een viertakt motor, maar zeker weten doe ik dat (nog) niet.
Ik vind dat overigens niet zo erg omdat ik voor dit soort 1-cilinder modellen lage toerentallen prefereer boven zeer hoge toerentallen waarbij een onrustig gedrag gaat ontstaan.De brandstof
De motor loopt op gewone auto benzine maar Coleman Fuel is hier toch wel te prefereren om de volgende reden:
Omdat de motor geen geforceerde koeling heeft wordt de cilinder 100 tot 110 graden Celsius warm na ca 5 minuten lopen. Op zich geen bezwaar omdat de zuiger en de cilinder van perlietisch gietijzer zijn waardoor er van vastlopen geen sprake is door thermische uitzetting. Maar de aluminium montageplaat wordt daardoor op den duur ook ca 50 graden warm en omdat de messing carburateur daar ook op geschroefd is wordt de brandstof daarin ook wat verwarmd tot ca 40 graden Celsius. Op zich weer niet erg, maar het beinvloedt wel de dampspanningen in de carburateur. Omdat gewone autobenzine meerdere vluchtige componenten bevat treedt er bij deze hogere temperatuur wat sneller ontmenging op waardoor de instelling van de luchtregelaar wat instabieler wordt. Coleman Fuel bevat aanzienlijk minder verschillende componenten en dit heeft zeker in dit geval een veel stabieler gedrag tot gevolg.Video:
Bouwtekeningen.
Ik heb van deze motor een CAD tekening pakket gemaakt dat ik per e-mail ter beschikking stel aan eenieder die hier geinteresserd is, klik hier voor een aanvraag.
Prachtige replica van Huib Visser:
Prachtige replica van Henk van Beek:
Mooie replica van Dana Hall:
Mooie replica gemaakt door
Gerard Versluys:
Replica gemaakt door
Cor van Vliet:
