Techniek: smeersystemen
Het smeersysteem van een motorblok is van levensbelang. Een blok kan de allermooiste technieken herbergen,ongelooflijk veel vermogen leveren en bizarre toerentallen draaien, maar zonder goede smering duurt dat allemaal maar heel kort. We duiken in het oliecarter en gaan eens kijken hoe het blok van binnenuit gesmeerd wordt.Het enige wat je als motorrijder merkt van het smeersysteem is de regelmatige controle van het oliepeil. Dus af en toe een kijkje naar het peilglas of de peilstok even uit het blok schroeven om te kijken of er nog genoeg olie in zit. Daarnaast is er natuurlijk de periodieke verversing van olie en oliefilter, meestal met intervallen van 6.000 tot 12.000 km. Verder hoef je ook niets van het smeersysteem te weten: onzichtbaar zorgt het complexe systeem ervoor dat alle draaiende en glijdende delen netjes gesmeerd worden. En gekoeld, want de motorolie in het blok heeft niet alleen een smerende functie, maar zorgt ook voor broodnodige koeling van binnenuit.Om met dat laatste te beginnen: de warmste plekken in een blok zitten daar waar de verbranding plaats vindt. Het koelwater (of de verkoelende rijwind) zorgt meestal voor de afkoeling van de hete uitlaatpoort, maar inwendig zorgt de olie voor koeling. De olie neemt rond de verbrandingskamer (vooral via de onderkant van de zuiger) veel hitte op en geeft deze weer af aan het motorcarter en indien aanwezig: in de oliekoeler.Hoe efficiënt de olie trouwens kan zijn bij de warmteafvoer, weten we van de diverse Suzuki SACS (Suzuki Advanced Cooling System) motorblokken. Deze blokken, die in de jaren negentig onder meer in de sportieve GSX-R-serie zaten, hebben geen waterkoeling en slechts heel kleine koelribben voor wat additionele luchtkoeling, maar het leeuwendeel van de koeling kwam voor rekening van een forse oliestroom door de cilinderkop en langs de cilinderwanden, waarbij die olie op zijn beurt weer werd afgekoeld door een grote oliekoeler (zie ook kaderstuk).Uiteindelijk verdween deze SACS-koeling naar de achtergrond, maar nog steeds speelt de olie bij vrijwel alle moderne motorblokken niet alleen een grote rol bij de smering, maar ook bij de inwendige koeling. Bij de meeste blokken wordt er tegenwoordig van onderuit continu via een sproeier motorolie tegen de onderkant van de zuiger gespoten, om de zuigerbodem te koelen. Bovendien wordt zo het pistonpenlager van de drijfstang gesmeerd. Dit relatief kleine lager is meteen het enige glijlager in een viertaktmotor die het moet hebben van ‘spatsmering’, want hij wordt niet onder druk gesmeerd via het smeersysteem, zoals met alle andere glijlagers wel gebeurd. De reden hiervoor? Dit lager moet weliswaar de hoge verbrandingskrachten overbrengen, maar de beweging die de zuiger maakt ten opzicht van de drijfstang is minimaal. De pistonpen roteert immers niet in het toplager, dus volstaat deze ‘spatsmering’.Door de fikse oliestraal tegen de onderkant van de tot wel 300 graden hete zuigerbodem, ontstaat er rond de onderkant van die zuiger een ware olienevel, die niet alleen neerslaat op de pistonpen, maar ook op de cilinderwand. Dat zorgt natuurlijk voor de onmisbare smering van de hete (aluminium) zuiger langs de stalen of van een soort keramische laag voorziene cilinderwand. Smering is hier noodzakelijk omdat de zuiger zich anders zou vastvreten in de cilinder: je spreekt dan van een (klassieke) vastloper. Zonder smering wordt de hitteontwikkeling tussen zuiger en cilinderwand te hoog, zodat de zuiger verder uitzet dan normaal en letterlijk vastloopt: hij kan zelfs zo vastlopen dat er geen enkele beweging meer in de motor zit.Hiervoor is de olienevel op de cilinderwand dus pure noodzaak, maar die olienevel doet meer: het zorgt ook voor een demping van alle geluiden en trillingen in het blok èn voor betere afdichting van de zuigerveren. Die zuigerveren zorgen voor de ultieme afdichting van de verbrandingsruimte en voorkomen dat er tijdens de verbrandingsklap gasdruk langs de zuiger weglekt in het motorcarter, wat ten koste gaat van de prestaties. De dunne olielaag op de cilinderwand helpt de zuigerveren om dat weglekken van de verbrandingsdruk te voorkomen.Ook op andere gebieden heeft de olie een afdichtende functie. Op de plekken waar een draaiende as uit het motorblok komt (zoals achter het voortandwiel, of achter een droge dynamo) wordt een keerring of simmering gebruikt. Dit is een rubberen afdichting die voorkomt dat de olie langs de as naar buiten kruipt. Zo’n keerring werkt als labyrintafdichting en de olie smeert de afdichting, zorgt voor een lage wrijving en zorgt er door de constructie van de keerring voor dat die keerring door de oliedruk vast aanligt op de as, zodat hij niet kan lekken.Omdat alle draaiende delen in een motorblok – hoe minimaal dan ook – slijten, heeft de olie ook een reinigende werking. Tijdens het gebruik ontstaat er in het motorblok ‘afval’ in de vorm van minuscule spaantjes, schilfers en verbrandingsresten. De motorolie zorgt ervoor dat dit afval niet gaat klonteren of neerslaan op een bepaalde plek in het blok, maar de olie omkapselt dit afval, houdt het ‘zwevend’ en transporteert het naar het oliefilter, waar het afval achterblijft in het netwerk van fijne poriën in het speciale filterpapier. Door het vuil zo af te voeren voorkomt de olie dat het vuil ook terecht komt in de lagers en zo voor grote motorschade kan zorgen.Ook verbrandingsgassen die toch in het motorcarter terecht komen, worden door de olie opgenomen. Juist deze verbrandingsresten (en langs de zuiger lekkende benzineresten als het blok bij een koude start niet meteen aanslaat) zorgen ervoor dat de olie verouderd: de goudgele nieuwe olie verandert hierdoor in 5.000 a 10.000 km in een zwarte substantie, en dat maakt regelmatig verversen toch echt noodzakelijk, hoe goed de moderne oliën en oliefilters ook zijn. Juist met dit verouderen verzuurd de olie en verliest het ook zijn beschermende wreking. Een additionele taak van de olie is immers ook nog het inwendig beschermen tegen corrosie van de talloze blanke metalen en aluminium onderdelen.Alle hierboven beschreven eigenschappen van smeerolie zijn – hoe belangrijk ook – in feite nog steeds maar bijzaak, want het allerbelangrijkste aspect van smeerolie is natuurlijk het smeren van de diverse langs elkaar schuivende en draaiende delen. Op elke plek in het blok waar twee oppervlakten langs elkaar bewegen ontstaat wrijving en warmte. Nutteloze wrijving en warmte zelfs, want een motorblok is geen kachel: het gaat om de bewegingsenergie die eruit komt en niet om het feit dat je er in de winter je handen aan kunt warmen.Om het contact tussen twee oppervlakten (en daarmee de wrijving en dus de warmteontwikkeling) te minimaliseren, zorgt een oliepomp in het motorblok ervoor dat er smeerolie naar al deze belangrijke lagers in het blok wordt gepompt. Met name in de glijlagers is een continue oliestroom noodzakelijk: via een boring in het lager wordt de olie midden in het lager aangevoerd en kan deze naar de zijkanten weglekken.Deze glijlagers zijn zeer precies qua maatvoering: er zit een zeer precieze speling van 0,03 tot 0,05 millimeter tussen het lager en de as die erin draait (met name de krukas). De oliedruk van circa 3,5 bar zorgt ervoor dat deze speling over de volle breedte van het lager opgevuld wordt met een oliefilm. De as draait dus eigenlijk op een denkbeeldig superdun olievliesje, zodat er weinig wrijving en dus ook weinig hitteontwikkeling is.Als de lagerspeling te klein is, kan er geen smeerfilm over de volle breedte van het lager opgebouwd worden en ontstaat er zonder meer lagerschade. En hetzelfde geldt natuurlijk als de lagerspeling te groot is: dan lekt de olie heel makkelijk weg, zonder dat zich een mooie film in de lagerschaal heeft gevormd.Ook de oliedruk speelt hierbij natuurlijk een grote rol: als de druk niet hoog genoeg is en bijvoorbeeld blijft steken bij 1,5 bar, dan is dat te weinig om de olie tussen de lagerschalen en de as te persen, met als gevolg dat er geen smeerfilm opgebouwd wordt. Dan heb je dus binnen de kortste keren ook lagerschade omdat het lager warmloopt en gaat vreten.Een te lage oliedruk kan ontstaan door een te laag oliepeil, slijtage van de oliepomp (door vuil in de olie) of een verstopt oliefilter. Bij de meeste motoren gaat er dan ook een waarschuwingslampje branden op het dashboard als de oliedruk te laag blijftMaar ook een te hoge druk is niet goed. Ten eerste kost dit onnodig veel energie, waardoor het rendement van het blok terugloopt. Daarnaast kan een te hoge druk de lagers ook beschadigen. Daarom zit er in het oliecircuit in een blok direct na de oliepomp een overdrukventiel: als de oliedruk te hoog wordt, regelt deze klep de druk af tot een af-fabriek ingestelde maximum waarde. Dankzij deze klep kan de capaciteit van de oliepomp in feite te hoog gekozen worden door de constructeur. Dan is het er namelijk van verzekerd dat de smering bij een koude start met nog stroperige olie wel zo snel mogelijk op gang komt, tot en met de veraf gelegen lagers in de cilinderkop aan toe.Het hele smeersysteem in een blok is een complex geheel en er hoeft maar weinig mis te gaan of de smering komt in het gedrang. En daarmee dus de levensduur van het motorblok. De grootste oorzaak van smeerproblemen is – hoe basaal ook – een te laag oliepeil. Vooral bij hogere toerentallen pompt de oliepomp heel veel olie rond in het blok en in de versnellingsbak en het duurt natuurlijk even voordat die olie weer is teruggezakt onderin het blok, in het oliecarter. Tijdens het rijden daalt het oliepeil dus ook nog, omdat er olie ‘onderweg’ is en in het ergste geval daalt het olieniveau onder het aanzuigpunt van de oliepomp, zodat de pomp lucht aanzuigt en er geen olie meer bij de lagers en de zuiger komt. Als extra ‘hindernis’ gelden hierbij ook nog stevige acceleraties, het trekken van wheelies of keihard remmen. Bij die omstandigheden vliegt de olievoorraad helemaal naar één kant van het motorcarter, waardoor de oliepomp ook sneller droog loopt. Dankzij een speciale diepe uitstulping onder aan het carter van de huidige sportmotoren voorkomen de motorconstructeurs dat de olie inderdaad van hot naar her klotst en de oliepomp lucht kan aanzuigen.Maar ook een te hoog oliepeil kan motorschade opleveren: de krukas met drijfstangen en het koppelingshuis draaien dan deels door de olie en hierdoor wordt de olie als het ware opgeklopt tot een grote schuimende massa, waardoor de smering in het gedrang komt, want luchtbelletjes vormen natuurlijk geen smeerfilm in de lagerschalen.Storingen in het smeersysteem door verstopte oliefilters komen in de motorwereld in principe niet voor. Daarvoor zijn de service-intervallen relatief kort en bovendien hebben veel originele oliefilters ook nog een by-pass voor noodgevallen: als het filter verstopt raakt, kan de olie alsnog via een noodklepje naar de lagers. Ongefilterd weliswaar, maar alles beter dan niets, nietwaar?Mocht de smering in het gedrang komen, dan licht er op vrijwel alle motoren een oliedruklampje op, op het dashboard. Sommige merken, waaronder Yamaha, hanteren trouwens geen oliedruklampje, maar een niveaulampje, met als motivatie dat je bij een oplichtend olieniveaulampje nog schade kunt voorkomen, terwijl bij een oplichtend oliedruklampje je toch al een serieus probleem hebt en er vrijwel direct grotere motorschade ontstaat. Als de oliedruk onder het rijden wegvalt, lopen namelijk met name de glijlagers van de krukas en drijfstangen direct gevaar: hun wrijving neemt direct toe en daarmee de hitteontwikkeling, waardoor deze speciale ‘witmetaallegering’ gaat smelten en invreten. Stationair draaiend kan dat nog wel even goed gaan, maar als het blok meer dan 4.000 toeren draait, dan kunnen enkele seconden zonder smering al desastreus zijn! Ook als je na zo’n ‘probleempje’ weer olie bijvult en de oliepomp weer voldoende oliedruk weet op te bouwen zodat het lampje keurig uitgaat, wil dat niet zeggen dat alle lagers ongeschonden uit de strijd zijn gekomen. Als de smering echt een keer achterwege is gebleven, krijg je vroeg of laat meestal toch wel te maken met serieuze motorproblemen, die enkel opgelost kunnen worden met minimaal een setje nieuwe krukas- en big-end-lagers (het grote oog van de drijfstang). Dergelijke problemen hoor je vaak al wel aankomen door een kloppend, of zelfs rammelend geluid uit het hart van het motorblok. Mocht je bijvoorbeeld op de occasionmarkt tegen zoiets aanlopen, dan is het wel zaak even wat meer onderzoek uit te voeren (bijvoorbeeld door de olie af te tappen: zitten daar geen metaalspanen in?). Of om voorzichtig rekening te houden met een aanstaande reparatie, die behoorlijk omvangrijk en dus duur kan zijn!Binnenkort gaan we in MotoPlus andermaal dieper in op het smeersysteem van ene motorblok en dan bekijken we onder meer de verschillen tussen een wetsump-smering en een drysump-smering.[[text kasten 1 suzuki luft/olkuhlung]]SUZUKI’S OLIEKOELINGMet de legendarische GSX-R750 introduceerde Suzuki in 1985 ook het SACS: het motorblok wordt voornamelijk van binnenuit door een overvloedige oliestroom gekoeld. Deze blokken hebben in feite twee oliesystemen: een oliepomp zorgt voor het rondpompen van de olie voor de smering, een andere oliepomp pompt de olie door de koelkanalen in de cilinderkop (voornamelijk rond de verbrandingskamers). Op deze tekening zie je SACS weergegeven. [[text kasten 2 die olpump]]DE OLIEPOMPVrijwel alle moderne viertaktmotoren zijn uitgerust met een hier afgebeelde oliepomp, ook wel Eaton-pomp genoemd. Ze werken door middel van een trochoïde tandwieltje in een excentrische buitenring. Het kleine binnenste tandwieltje wordt meestal aangedreven via een tussentandwiel of ketting vanaf de krukas en past met zijn vier ‘nokken’ op geniale wijze in de buitenring met vijf kamers. Door het rondraaien ontstaat er in de ene kamer een onderdruk waardoor er olie uit het carter wordt opgezogen, terwijl die opgezogen olie in de volgende kamer weer wordt weggeperst, richting de lagers.BUDoor het trochoïde tandwieltje (1) dat ronddraait in een excentrische buitenring zuigt de oliepomp aan de ene kant olie aan en perst dat aan de andre kant naar de lagers toe.BUEen lagerschaal zoals we die in vrijwel alle viertaktmotoren vinden als krukas- en drijfstanglagers. De basis wordt gevormd door een stalen schaal (1), waarop een bronzen legering (2) en een dunne laag witmetaal zitten. Lagerschalen zijn precisie-instrumenten: ze zijn pas geslepen op een bepaalde lagertap, bijvoorbeeld van de krukas: de speling met die tap bedraagt drie- tot vijfhonderdste van een millimeter. Een vliesdunne oliefilm tussen lagerschaal en as houdt de wrijving en hitte binnen de perken.[[text kasten 3 Druckumlaufschmierung]]HET SMEERSYSTEEMAan de hand van dit KTM ééncilinderblok is het smeersysteem van een viertaktmotor in beeld gebracht. De olie wordt door de oliepomp (2) via de oliefilters door de diverse kanalen in het blok naar de lagers van de krukas en drijfstang (10) en nokkenassen (5) geperst. De versnellingsbak, koppeling en klepbediening wordt gesmeerd door de olienevel en rondspattende olie. Twee oliesproeiers (8) spuiten olie tegen de onderkant van de zuiger. Dit KTM-blok heeft trouwens twee kleine papieren oliefilters, doorgaans heeft een motorblok maar één oliefilter.1. oliezeef2. oliepomp3. oliefilter 14. oliedruk-overdrukventiel5. klepbediening6. versnellingsbak7. koppeling8. oliesproeiers9. oliefilter 210. krukas[[kasten 4 lagerschaden]]SCHADE DOOR SMEERPROBLEMENDe betrouwbaarheid van moderne motorblokken is dankzij de goede materialen en geperfectioneerde oliën erg hoog, maar toch komen fatale motorschades door een smeerprobleem nog steeds voor. Een heftig kloppend geluid, vooral onder belasting, duidt op problemen met de krukas- en drijfstanglagers. De olie aftappen en het oliefilter bekijken kan je dan al veel wijzer maken. Het advies is in zo’n geval ook: de motor niet meer gebruiken en eerst door een expert laten bekijken om nog meer motorschade te voorkomen!Messingkleurige deeltjes in het oliefilter en het oliefilterhuis: dat duidt op fikse schade aan de krukaslagers!Een kapot drijfstanglager: door gebrek aan smering is de temperatuur te hoog opgelopen, waardoor het materiaal is gaan vreten.Bij ernstige lagerschade is niet alleen de (relatief makkelijk te vervangen) lagerschaal stuk, ook de kruktap is dan ingelopen en zal (duur) bewerkt moeten worden. Goed zichtbaar zijn hier de olieboringen, van waaruit de olie uit de krukas op de lagerschalen wordt geperst.Vaak draaien de nokkenassen direct in het aluminium van de cilinderkop: een goede smeerfilm is hier noodzaak! Valt die smering weg, dan vreten de nokkenaslagers meteen in.
