De Cilinderkop
Hoe bereken ik mijn compressieverhouding?
Er zijn twee manieren die gebruikt worden om de compressieverhouding (CR) te berekenen. De ongecorrigeerde CR en de gecorrigeerde CR. Het verschil tussen de twee is dat tijdens de berekening van de ongecorrigeerde CR de complete inhoud van de cilinder wordt meegerekend en dat bij de gecorrigeerde CR alleen de effectieve inhoud van de cilinder wordt meegerekend. (Dus alleen de inhoud die zich bevindt aan de bovenzijde van de uitlaatpoort.
De formule voor de ongecorrigeerde CR volgt:
CR = CV + CCV / CCV
CR = Compression Ratio
CV = Cylinder Volume
CCV = Combustion Chamber Volume
Om het volume van de cilinder (CV) te berekenen wordt de volgende formule gebruikt:
CV = πD2 x S / 4000
D = Diameter in mm
S = Slag in mm
De formule voor de gecorrigeerde CR is als volgt:
CCR = ECV + CCV / CCV
CCR = Corrected Compresion Ratio
ECV = Effective Cylinder Volume
CCV = Combustion Camber Volume
Voor deze formule moeten we ook het effectieve cilinder volume berekenen. Het effectieve cilinder volume is het deel van de cilinder boven de uitlaatpoort. Hiervoor gebruiken we de volgende formule:
ECV = πD2 x ES / 4000
D = Diameter in mm
ES = Affectieve slag in mm (afstand van de bovenkant van de uitlaatpoort tot de bovenkant van de cilinder).
Welke compressieverhouding kan ik het beste gebruiken?
Zorg dat de verhouding niet boven de 11:1 komt bij een 50cc cilinder. Wanneer je hoger gaat kan de cilinder gaan pingelen en dit kan tot detonatie lijden. Om dit te verhelpen kan je 102 octaan tanken (met goede vol synthetische tweetakt olie). Ook kan het pingelen verholpen worden door een klein beetje octaan booster aan de benzine toe te voegen.
Bij een 70cc cilinder moet je ervoor zorgen dat de compressieverhouding niet boven de 13:1 gaan. Ga je toch hoger moet je 102 octaan tanken of met een beetje octaan booster. Tank je benzine met een octaangehalte van 102 is er geen octaan booster nodig. Ga met een 70cc cilinder en 102 octaan benzine niet hoger dan een compressieverhouding van 15:1, en bij een 70cc cilinder en 102 octaan benzine niet hoger dan 12,5:1 ccv.
In de onderstaande tabel staat een overzicht van de maximale compressieverhouding per cilinderinhoud en verschillende brandstoffen. Let op! Elke tweetakt is anders. Ook het ontwerp van de cilinderkop is anders. Compressieverhouding blijft een kwestie van testen.
Hoeveel vermogen kan ik winnen door mijn compressieverhouding aan te passen?
Het is lastig om hier een antwoord op te geven. Alle kleine beetjes die je doet om de prestatie te verbeteren zullen optellen. Ook is het experimenteren wat het beste werkt. Dit experimenteren kan ook lijden tot detonatie. Echter weet je dan wel waar de limiet ligt, maar zal je toch helemaal opnieuw moeten beginnen.
​
Dus voor simpel straatgebruik raad ik het af om de compressieverhouding aan te passen door middel van afdraaien van de kop/cilinder. Wel raad ik aan om te experimenteren met verschillende cilinderkoppen om de beste CR te vinden voor de benzine die je gebruikt. Voorbeeld: Een 70cc Puch cilinder met een hogedruk kop met kleinere verbrandingsmotor is perfect voor een klein beetje meer vermogen met e5. Ook met 102 octaan loopt de kop met kleinere verbrandingsmotor beter. Maar probeer ook zeker een cilinderkop van een Kreidler smalle tap. Deze heeft een off-set gat voor de bougie. Dit heeft te maken met betere koeleigenschappen. (Hier kom ik later nog op terug).
​
​
Voor de racerij zou ik zeggen: Ja, Dit is zeker de moeite waard om te optimaliseren. Vaak wordt er bij de competitie vastgesteld dat er alleen brandstoffen gebruikt mogen worden die bij de (Nederlandse) pompstations wordt verkocht. Het gebruik van additieven is verboden. De pompstations die 102 octaan verkopen zijn er nog wel. Maar dit is vaak even zoeken waar ze zitten. Het makkelijkste om te experimenteren met de CR en de grootte van de verbrandingskamer is door middel van wisselbare losse binnenkoppen. Zo kun je ook wisselen naar een grotere verbrandingskamer wanneer je toch met een mindere brandstof rijdt.
Squish-ruimte
De squish-ruimte voor een tweetaktmotor is enorm belangrijk. Te groot en je maakt niet het optimale vermogen. Te klein en je hebt kans op detonatie. Daarom moet dit perfect zijn. Bij cilinders van 50cc t/m 70cc is de squish-ruimte 0,6-0,8mm. Bij cilinders groter dan dit, tot 125cc, is het verstandig een iets ruimere squish te kiezen. Van 0,7-0,9mm is perfect. De squish-band heeft als doel de verbrandingsruimte te verkleinen omdat op de plek van de squish-band het mengsel de verbrandingskamer in wordt geduwd. Op de plek van de squish-band vindt geen verbranding plaats. Hierdoor blijft de squish-band ook koeler en helpt effectief met de warmteafvoer en de koeling van de cilinderkop.
​
Hoe meet ik de squish-ruimte?
Er zijn twee veelgebruikte manieren om de squish-ruimte te meten. Het makkelijkste is om een stukje tin van 2mm dik door het bougiegat te steken en ervoor te zorgen dat deze onder de squish-band komt. Vervolgens kun je door aan het vliegwiel/de kickstart te draaien de zuiger op en neer bewegen. Haal het stukje tin uit het bougie-gat en meet de platgedrukte tin op met een schuifmaat.
​
De andere techniek is vaak ietsje meer werk, maar geeft een beter totaalbeeld van de squish-band. Hiervoor moet de cilinderkop gedemonteerd zijn en begin je met een stukje klei (Play-Doh werkt hier goed voor) op de zuiger te plakken. Vervolgens monteer je de cilinderkop (op het juiste moment met momentsleutel). TIP: bewaar oude pakkingen voor herhaalde montage/demontage. Wanneer alles perfect is kunnen deze vervangen worden voor nieuwe pakkingen voor de eindmontage. Draai vervolgens met het vliegwiel/kickstart de krukas rond. Demonteer de cilinderkop en meet de gecomprimeerde klei met behulp van een schuifmaat (achterzijde).
Hoe pas ik de squish-ruimte aan?
De squish-ruimte is aan te passen door de voetpakking te wisselen met een dunner variant. Gebruik hiervoor nooit vloeibare pakking. Dit kan de spoelpoorten en de doorstroming verhinderen.
Heb je de dunste voetpakking al geprobeerd en is de squish-ruimte nog te groot? Dan moet er iets anders veranderen. Let op: door het veranderen van de dikte van de voetpakking wordt de compressieverhouding licht aangepast. Ook moet er gelet worden dat alle poorten volledig open zijn tijdens BDC. Als deze niet volledig open zijn moet de cilinder opgehoogd worden met een dikkere voetpakking en zal de squish op de volgende manier aangepast worden. Komt de zuiger ver onder de onderkant van de poort? Dan heb je geluk. Dan kan het poortoppervlak groter gemaakt worden tot het punt van de zuiger in het onderste dooie punt (BDC).
Het de logische volgende stap is om te rekenen hoeveel de squish-ruimte te groot is. De overtollige squish-ruimte zal van de bovenkant van de cilinder gehaald moeten worden. Vaak praten we over tienden van millimeters. Het makkelijkste is om de cilinder af te draaien met behulp van een draaibank. Echter is het ook mogelijk zonder duur gereedschap. Dit kan door een stuk nat-schuurpapier op een vlak oppervlak te plakken. Een marmeren plaat werkt hiervoor het beste. Maar ook een spiegel, glasplaat of het granieten aanrecht zijn hier glad genoeg voor. Als grofheden kun je beginnen met 200 en afwerken met 400.
Verschillende ontwerpen
Er zijn verschillende ontwerpen cilinderkoppen. De bekendste cilinderkop ontworpen voor hoge prestaties heeft het bougie-gat centraal in de kop zitten. Dit zorgt voor een symmetrische verbranding van het benzine/lucht mengsel.
Ook zijn er cilinderkoppen waar het bougie-gat off-set zit richting de inlaat kant van de cilinderkop. Dit zorgt ervoor dat het warme, net ontbrandde, mengsel sneller afkoelt op de weg naar de uitlaatpoort toe. Dit is een significante koeling die ervoor zorgt dat er meer vermogen uit de set-up is te halen. Wist je dat je per 15 °C koeler, 1 pk extra kan winnen? Een van de bekendste cilinderkoppen die dit heeft is voor de Kreidler (zie foto hieronder). Maar de Kreidler koppen met smalle tap passen ook op brommers zoals Puch en Tomos. Ook is het oppervlak van de Kreidler kop groter dan dat van Puch en Tomos. Dit helpt, naast de off-set verbrandingskamer, voor een nog betere koeling van de set-up. Zeker leuk om een keertje te proberen.