Een Linford 2-takt motor

Het idee
Het was collega modelbouwer en stadsgenoot Kees Goverde die mij onbedoeld op het idee bracht om dit model te ontwikkelen. Hij was bezig met een schaalmodel van de zgn. Linford viertakt motor waarbij twee zuigers tegen elkaar in lopen in één cilinder. De verbranding sruimte bevindt zich daarbij precies in het midden van de cilinder waar dus ook, behalve de bougie, de inlaat- en uitlaatklep gepositioneerd moeten worden. Voorwaar dringen geblazen in die kleine ruimte, vooral om de kleppen daar kwijt te raken met hun tamelijk complexe aandrijfsysteem met tuimelaars, klepstoters, nokschijven en de 1 op 2 distributie.
Kees hecht er altijd aan om zo dicht mogelijk bij het origineel te blijven; een loffelijk streven maar vaak niet de gemakkelijkste weg. Ik heb meestal de neiging om te kijken of het niet eenvoudiger kan waarbij ik er niet voor schuw om het origineel desnoods danig geweld aan te doen.
Om de problemen waar Kees een oplossing voor zocht te omzeilen vatte ik het idee op om er een 2-takt motor van te maken i.pl.v. een 4-takt. Een 2-takt heeft immers helemaal geen kleppen en dus ook geen aandrijfsystemen daarvoor en ook het distributie mechanisme ontbreekt. Voorts had ik net tevoren met succes de "Drukgestuurde Tweetakt" gemaakt met het unieke kogelventiel-systeem en met de "Benzinedamp Carburateur". Ik kon deze principes dus geheel overnemen en hoefde eigenlijk aleen maar de cilinder globaal twee keer zo lang te maken en daar twee zuigers in te stoppen. Wel moest ik dan een oplossing bedenken om de zuigers met drijfstangen en krukassen op een of andere manier aan het vliegwiel te koppelen. Omdat die aan weerszijden van de cilinder uitkomen heeft mij dat wel wat hoofdbrekens gekost. Ik heb dit uiteindelijk opgelost met behulp van een tandriem overbrenging waardoor tevens de vereiste positie van de zuigers ten opzichte van elkaar kan worden ingesteld en ook gehandhaafd.


Het ontwerp en de uitwerking



1. De koppeling van de zuigers aan het vliegwiel.
Het lag voor de hand om de twee krukassen op gelijke hoogte te leggen en wel precies op het vlak dwars door het midden van de cilinder. De krukassen moesten vervolgens zodanig met elkaar gekoppeld worden dat de positie van de zuigers ten alle tijden exact elkaars spiegelbeeld zijn. Dit had met tandwielen gekund, maar ik koos voor een tandriem om de volgende redenen:
-Het overbruggen van de afstanden tussen de krukassen onderling en de as van het vliegwiel is met een tandriem geheel flexibel en probleemloos. De vrijheid voor de overige bematingen van de motor is daardoor zeer groot. Dit was in dit geval erg belangrijk omdat de krukassen tamelijk ver uit elkaar liggen en er relatief grote tandwielen nodig zouden zijn om die afstand te overbruggen. De constructie met een tandriem wordt daarmee tevens een stuk lichter en vriendelijker;
-Een tandriem loopt vrijwel geruisloos en en zonder wrijvingen en behoeft ook niet te worden gesmeerd;
-De rondsels voor een tandriem zijn gemakkelijk en in vele maten verkrijgbaar. Het eventueel zelf maken ervan is ook tamelijk eenvoudig. Dit in tegenstelling tot tandwielen, waarvoor behalve speciale moduulfrezen ook meer ervaring nodig is.
De tanriem moet wel licht aangespannen worden, maar dat is eenvoudig te realiseren met een verstelbaar drukwieltje waarvan de opstaande randen er tevens voor zorgen dat de riem ook in zijdelingse richting op zijn plaats blijft.

Aldus kwam ik tot de bovenstaande ontwerpschetsen voor de globale mechanica. Daarop is het spanwieltje getekend alsook de twee omloopwieltjes die ervoor zorgen dat de tandriem voldoende aanligt tegen de omtrekken van de rondsels.
De schetsen tonen ook hoe de tegenover elkaar liggende zuigerstangen met de krukassen zijn verbonden middels tuimelaars en drijfstangen.
Omdat de uiteinden van de tuimelaars kleine cirkelbogen beschrijven moesten daarin aan de zijde van de starre zuigerassen sleuven zitten waarin een kogellagertje op en neer kan lopen.

2. De glijbusssen voor de zuigerassen.
Aanvankelijk had ik voor de geleiding van de zuigerstangen bronzen bussen gekozen. Na verloop van tijd bleek echter dat die bussen enigzins uitsloegen, vermoedelijk door enige dwarskrachten op de zuigerstangen. Dit ondanks de kogellagertjes in de tuimelaars. Daardoor gingen de zuigerassen wat schranken in de bussen en als gevolg daarvan zwaar lopen. Tevens ontstonden er luchtlekjes tussen de assen en de lagers, hetgeen niet wenselijk is omdat tussen de zuigers en de cilinderplaten het verse verbrandingsmengsel cyclisch wordt samengedrukt. De oplossing was al even simpel als goed. Ik verving de bronzen bussen door zelfgemaakte Teflon busjes. Het is opmerkelijk hoe mooi de assen daarin nagenoeg wrijvingsloos en luchtdicht lopen en er geen merkbare slijtage meer optreedt!

3. De cilinder en de zuigers.
Behalve dat de cilinder globaal tweemaal zo lang moest zijn als bij mijn eerdere "Drukgestuurde Tweetakt" en er twee zuigers moesten komen in plaats van één kon ik de bematingen ervan eigenlijk geheel daarvan overnemen. Ook hier paste ik weer perlytisch gietijzer toe als materiaal voor zowel de cilinder als de zuigers om dezelfde reden die ik eerder aanvoerde bij mijn vorige verbrandings motortjes.
Evenals bij de Drukgestuurde Tweetakt heb ik ook hier gekozen voor een relatief lage compressie van ca 1 op 4. Daardoor start de motor gemakkelijk op en kunnen lage toerentallen worden ingesteld. Het is natuurlijk een kwestie van smaak, maar ik heb nu eenmaal liever een betrouwbaar opstartend en rustig lopend motortje dat ik met een handmatige zet aan het vliegwiel aan de praat krijg dan een krachtpatser waarbij er meestal een boortol aan de pas moet komen om hem te starten. De consequentie is wel dat het vermogen aan de lage kant is, zeker bij deze tamelijk kleine cilinder inhoud. De ervaring met de Drukgestuurde Tweetakt had mij dan ook geleerd om geen zuigerveren toe te passen omdat de wrijving ervan nauwelijks kon worden overwonnen. Maar dit is geen bezwaar als de zuigers maar heel precies passen in de cilinder. Dit is echter heel goed te realiseren, mede door het gebruik van het plezierig te bewerken en slijtvaste perlytisch gietijzer. Ik heb de cilinder binnen 0,01 mm cilindrisch en mooi glad gekregen door het uitgedraaide gat handmatig op te ruimen met een verstelbare ruimer. Bij dat ruimen met flink olie heb ik de cilinder steeds meerdere malen omgekeerd bij eenzelfde instelling van de ruimer en de ruimer vervolgens net zo lang een fractie groter ingesteld totdat er eigenlijk geen diameter verschil meer meer meetbaar was. Deze bewerking heeft veel weg van honen en met een beetje geduld doet die daar ook nauwelijks voor onder.
De zuigers werden daarna afgedraaid tot die wat "hakend" in de cilinder pasten. Door de zuigers met een fijne schuurpasta handmatig in de cilinders te polijsten ontstond er een passing met een ondermaat van 0,03 millimeter of minder! Het resultaat is dat de wrijving zo laag is dat de motor ronddraait "als door de wind gedreven" terwijl er meer dan voldoende compressie is.

4. Het brandstofsysteem met de kogelventielen.
Met slechts kleine aanpassingen kon ik het systeem met de kogelventielen overnemen, zoals ik dat voor het eerst toepaste bij de Drukgestuurde Tweetakt. De toevoer van het te verbranden gasmengsel verloopt daarmee geheel automatisch en druk gestuurd. Onderstaande schets illustreert dit systeem; een gedetailleerde beschrijving plus animatie en met de grote voordelen ervan is te vinden op de pagina "Drukgestuurde Tweetakt" en op blad 12 van het tekening pakket van deze Linford.

 



De onderdelen van dit systeem zijn allemaal van messing en kunnen met eenvoudig draaiwerk worden vervaardigd. De 45° zittingen voor de kogeltjes moeten wel zuiver en mooi glad worden gedraaid met een scherp beiteltje. De kogeltjes zijn normale stalen fietskogels met een diameter van 3/16 inch, oftewel ca 4,8mm.
In deze kogelventielen heb ik schroefstiftjes aangebracht waarmee de vrije slag van de kogels zowel in de verticale als de horizontale richting wordt beperkt. Deze beperking van de vrije bewegingsruimte ruimte van de kogel is erg belangrijk. Als die te groot is kan de kogel gaan zweven in de klep waardoor die (soms) te laat op zijn zitting terugvalt. Dit zal in het algemeen leiden tot onregelmatig of helemaal niet lopen van de motor.
Het is aan te bevelen om alle schroefverbindingen van dit systeem af te dichten waarvoor ik met succes een zeer dun laagje witte sanitairkit gebruikte. Deze kit heeft het voordeel dat de onderdelen nog gemakkelijk uitschroefbaar blijven voor het geval dat een keer nodig zou zijn. Men moet er wel voor zorgen dat er geen kit op de zittingen voor de kogels terecht komt!
Evenals bij mijn vorige tweetakt motor is hier ook een een expansie vaatje nodig. In feite is dit volume een substituut voor het volume in het carter van iedere "normale" tweetakt motor. Zie voor een nadere verklaring de betreffende tekst over dit expansie volume op de pagina van de "Eenvoudige Tweetakt Motor".
De Benzinedamp Carburateur is ook hier weer een zeer eenvoudig en probleemloos onderdeel van het brandstof systeem. Daarvoor heb ik een separaat tekening pakket met handleiding gemaakt omdat die universeel toepasbaar is voor al dit soort kleone verbrandingsmotortjes.

5. De vonk ontsteking.
Voor de ontsteking van de vonk op de bougie heb ik de klassieke bobine schakeling gebruikt waarvan ik een relatief klein exemplaar op de kop tikte bij een autosloperij. Ik heb afgezien van de sympathieke methode met een piezo kristal omdat het mijn ervaring is dat de energie van de piezovonk net niet voldoende is voor een betrouwbare ontsteking bij een 2-takt motor. Waarom dit wel voortreffelijk werkt bij mijn eerder gemaakte 4-takt motortjes is mij nog steeds niet helemaal duidelijk.
Mijn frustratie is echter beperkt omdat de bobine netjes en onzichtbaar kon worden weggewerkt in het onderstel van de motor. Voor de gelijkspanningsvoeding gebruik ik de 9,6 volt accu van mijn handboormachine. Ik heb daarvoor een kunststof houder gemaakt die met een plug in het onderstel op de schakeling kan worden aangesloten. Niet de meest creatieve oplossing wellicht, maar wel erg efficient en betrouwbaar.
De vonk moet precies op het bovenste punt van de zuigerslag komen, waarbij in dit geval de zuigers dus het dichtst bij elkaar staan. Een marge van +/- 5° is hierop wel toegestaan. Het vaak gehoorde advies voor een voorontsteking is hier echt verkeerd omdat dit motortje een laag (lees: lekker rustig) toerental heeft.
Omdat de afmetingen van de elementen voor de bobineschakeling af zullen hangen van de beschikbaarheid is deze constructie niet opgenomen in het tekening pakket. Het inbouwen is ook eigenlijk meer improvisatie ter plekke en is wat moeilijk om op tekening te zetten. Het zal echter geen enkel probleem opleveren voor degene die deze motor wil nabouwen.

Het opstarten van de motor
De brandstof voor deze motor is gewone autobenzine Euro 95 of 96, of beter nog Coleman Fuel. Olie toevoeging aan de brandstof zoals dat o.a. voor brommers wordt gedaan is niet nodig.
De tank moet ongeveer half gevuld worden, hetgeen genoeg is voor ca 20 minuten. Doorgaans zal men de motor toch niet veel langer laten lopen dan zo'n 5 minuten, hetgeen eigenlijk meer dan voldoende is voor een succesvolle demonstratie.
Dit motorje heeft aan heel weing gasmengsel voldoende. Daarom moet bij het opstarten de restrictie voor het bijmengen van extra lucht vrijwel geheel open staan. Tijdens het opstarten met een boortol deze restrictie zeer geleidelijk dicht draaien totdat men de motor hoort overnemen. Rondom deze instelling zal de motor goed lopen en kan het toerental geregeld worden tussen ca 150 en 1500 omw./minuut met deze regelaar.
Omdat men eerst wat vertrouwd moet raken met de carburateur instellingen zal het aanvankelijk nodig, dan wel nuttig, zijn om de motor op te starten met behulp van een losse snaar om een startpoulie op de buitenkant van de vliegwiel-as en om een soortgelijke poulie in de kop van een handboormachine. Eenmaal de goede instellingen van de regelaars op de carburateur gevonden is dat niet meer nodig omdat dan met enkele handmatige zetten aan het vliegwiel kan worden opgestart.

Video:

 

Algemene feiten en opmerkingen
-Het is wel raadzaam om zo af en toe een enkel druppeltje olie op de zuiger te laten vallen, b.v. door de uitlaatopeningen van de cilinder. Niet nodig om vastlopen te voorkomen, maar wel om de oppervlakten van de zuiger en van de cilinder in goede conditie te houden, met name vóór een langdurige opslag van de motor.
-Deze motor heeft (nog) geen uitlaatdempers. Mijn ervaring is dat ze bij deze modellen geen merkbare functie hebben. Het is wel fraaier, maar ik heb er nog geen goede oplossing ervoor bedacht om die in de beperkte ruimte een plaats te geven. Maar ik nodig iedereen die dit motortje wil nabouwen uit om daar iets fraais van te maken en mij dat dan terug te melden.

Bouwtekeningen.
Ik maakte een CAD tekeningpakket dat beschikbaar is voor iedere geinteresseerde, voor een aanvraag klik hier.

 









Prachtige replica van
Gerard Versluys: