Yamaha heeft lang vastgehouden aan de viercilinder-lijnmotor. Onder het motto ‘If you can’t beat them, join them’ lijkt het Japanse merk zich nu toch aan te sluiten bij de armada aan V4-motoren.
Alle motorfabrikanten in de MotoGP rijden met een viercilinder V-motor. Behalve één, want Yamaha heeft tot nu toe vastgehouden aan de viercilinder-lijnmotor. Toch wordt het voor dit motorconcept steeds lastiger om aan de top mee te draaien: werd Fabio Quartararo in 2021 nog wereldkampioen met Yamaha, een jaar later werd hij tweede, in 2023 tiende en vorig jaar dertiende. Op dit moment staat hij negende, met Aprilia’s, Ducati’s en KTM’s voor hem. Allemaal merken die een V4 achter de carbonfiber kuip hebben hangen. Het is dus niet zo vreemd, dat Yamaha onderzoekt of zij met dit motorconcept ook weer om het wereldkampioenschap zouden kunnen vechten.
Techniek motorblok 2026 Ducati Desmosedici Stradale R: ‘RSVP van één miljoen’
Smaller
Waarom kiezen motormerken voor een V4? Het simpele antwoord is natuurlijk dat de voordelen opwegen tegen de nadelen. Een van de belangrijke voordelen is de breedte van het motorblok. Bij een viercilinder-lijnmotor staan de zuigers naast elkaar. Je hebt dus viermaal de boring, plus de dikte van de cilinderwanden en de distributieketting. De boring van de huidige Yamaha is 81 mm. Dat maal vier is al 324 mm, dan komen daar vijf cilinderwanden en de distributieruimte bij. De breedte van het blok gaat daardoor over de 400 mm heen. Bij een V4 heb je twee cilinderblokken van twee cilinders, dus bij dezelfde boring 162 mm, plus cilinderwanden en distributie. Bij Aprilia zijn de cilinderblokken slechts 225 mm breed. De cilinderblokken staan bij een V4 natuurlijk niet direct achter elkaar, maar met een offset van de breedte van een drijfstang, mits er twee drijfstangen op een kruktap zitten. Ergo, het blok is smaller en dus kunnen de framebuizen van de motor dichter op elkaar zitten, waardoor de hele motor smaller wordt. Zo kan het frontaal oppervlak van een motor worden verkleind en dat geeft minder luchtweerstand. Een ander voordeel is dat een rijder op een smalle motor meer bewegingsvrijheid heeft. Bovendien is het kantelmoment van een smal blok bij het insturen van een bocht kleiner dan bij een breed blok. De centralisatie van de massa zorgt dus voor meer wendbaarheid. Het mag wel duidelijk zijn dat je bij zo’n conceptwissel wel een hele nieuwe motorfiets moet bouwen.
Complex
Een smaller blok heeft nog een voordeel: de krukas kan een stuk korter worden. Dat leidt tot minder interne wrijving en een stijvere krukas, die minder vervorming heeft bij hoge belastingen. Maar het is niet alles goud dat er blinkt, nadelen zijn er ook. Twee cilinderblokken zijn lastiger te koelen dan één, vooral omdat de een achter de ander staat. Je hebt meer slangen nodig en het is lastig om de temperatuur van de achterste cilinderbank te controleren. De luchtstromingen zijn ingewikkelder en de routing van de uitlaten is eveneens lastiger. Dat maakt ook uitlaat-tuning lastiger: viercilinders met ontstekingsvolgorde 1-3-4-2 lopen het mooiste bij hoge toerentallen, wanneer je de uitlaatbochten van cilinders 1 en 2 en cilinders 3 en 4 met elkaar verbindt. De pulswerking van de ene uitlaat zal er dan voor zorgen dat er een onderdruk bij de uitlaatklep van de andere is, op het moment dat deze sluit. Op die manier wordt het laatste beetje restgas eruit gezogen en kan er meer vers mengsel de cilinder in. Bij viercilinders lopen de bochten mooi parallel en kun je ze dus gemakkelijk verbinden. Het hangt van de gekozen ontstekingsvolgorde af of je dit bij een V4 ook kunt doen.
Balans
Doordat zuigers steeds omhoog en omlaag worden versneld, ontstaat onbalans. Bij de meeste viercilinder-lijnmotoren gaan er twee zuigers tegelijk naar boven en twee naar beneden. De onbalans – de primaire onbalans – van de tegen elkaar in bewegende zuigerparen heft elkaar op. Er is echter nog een tweede onbalans, die ontstaat doordat de drijfstang steeds scheef gaat staan en weer recht wordt gezet. Dat gebeurt tweemaal per omwenteling, de frequentie van secundaire onbalans is dan ook tweemaal zo groot als de primaire. Bij een normale viercilinder is de secundaire onbalans van elke cilinder op BDP en ODP tegelijkertijd maximaal. En dus zijn er eigenlijk secundaire balansassen nodig, anders treden er lichte trillingen op. Verder loopt een viercilinder erg mooi, omdat er een zeer regelmatig ontstekingsinterval van 180° is.
Yamaha M1
Dat is heel anders bij de viercilinder-lijnmotor van de Yamaha M1 in de MotoGP. Daarbij zijn de kruktappen elk 90° ten opzichte van elkaar verzet, waardoor de zuigers niet netjes twee aan twee bewegen. Dat heeft nogal wat gevolgen. Bijvoorbeeld voor de primaire onbalans. We zien dan dat cilinders 1 en 4 180° ten opzichte van elkaar verdraaid zijn, als in een 180° twin. De onbalans van die twee cilinders heft elkaar dus op, net als die van cilinders 2 en 3. Geen primaire onbalans dus. Kijken we naar de secundaire onbalans, dan zien we dat cilinders 1 en 2 resp. 3 en 4 90° ten opzichte van elkaar verschoven zijn. Dat betekent dat deze cilinderparen elkanders secundaire onbalans opheffen. Ook de secundaire onbalans wordt door dit concept dus volledig opgeheven. Daar staat tegenover dat de ontstekingsvolgorde zeer onregelmatig is geworden: 270°-180°-90°-180°. Dat levert echter het voordeel van een gematigd Big-Bang principe op. Er is even wat meer slip door de grotere klappen, maar daarna een langer moment van gecontroleerde tractie. Dat geeft een iets betere controle over het vermogen en een wat lagere bandenslijtage.
Balans V4
Om de onbalans van een V4 te bekijken, kun je ze het beste zien als twee aan elkaar gekoppelde V2-motoren. Wanneer de blokhoek van een V2, dus de hoek waarmee de cilinders ten opzichte van elkaar op het carter zijn geplaatst, 90° is en de drijfstangen op dezelfde kruktap zitten, gebeurt er iets opmerkelijks: de onbalanskrachten van de twee zuigers staan haaks op elkaar. Dat heeft interessante gevolgen: is de eerste, verticale zuiger halverwege zijn slag, dan geeft het contragewicht wel een grote onbalans in horizontale richting. Maar de tweede zuiger geeft op dat moment ook een onbalans, precies even groot en in tegenovergestelde richting. Die onbalanskrachten heffen elkaar dan op, en dat gebeurt in alle standen van de krukas. Wanneer je twee 90° V2-blokken aan elkaar koppelt, geldt hetzelfde. Een motor als de Ducati Desmosedici MotoGP V4 heeft dan ook geen primaire balansas nodig. Er is bij dit concept trouwens wel secundaire onbalans. De fases daarvan zijn, net als bij een paralleltwin met 270° krukas, 90° verschoven, maar ze werken niet in dezelfde richting en heffen elkaar niet op.
Big Bang?
Wanneer je naar het ontstekingsinterval van een 90° V2 kijkt, zie je dat die ook wordt beïnvloed doordat de zuigers qua fase 90° achter elkaar aanlopen. Je kunt ze dus niet tegelijk laten vonken. Er zijn twee mogelijkheden: je kunt ze 90° na elkaar laten vonken, maar dan heb je daarna een hele tijd geen ontsteking. Elke cilinder vonkt immers om de 720°, dus heb je dan een interval van (0°-) 90°-630°-90°. Dat loopt bijna als een dikke eencilinder en dat vinden de meeste fabrikanten te grof. Daarom vonkt de tweede cilinder van V-twins meestal in de volgende omwenteling van de krukas. Je krijgt dan een ontstekingsinterval van (0°-) 270°-450°-270°. Dat is veel gelijkmatiger.
Een viercilinder V-motor kun je zien als twee V-twins, die je aan elkaar bouwt. Wat het ontstekingsinterval van het geheel wordt, hangt af van de hoek waaronder je de kruktappen plaatst. Bij de Grandturismo-motor heeft Ducati bijvoorbeeld een krukas gekozen, waarvan de kruktappen 70° ‘offset’ zijn. Dan zit er dus 70° faseverschil tussen de bewegingen van de beide ‘V-Twins’. Ducati geeft daarbij een ontstekingsinterval van 0°-90°-290°-380° op (Lv – La – Rv – Ra – Lv), elk interval gemeten vanaf de eerste vonk. Dat is een enigszins afwijkende notatie, maar het maakt wel duidelijk wat er gebeurt: de cilinders van de ‘linker V-twin’ vonken vlak na elkaar (in de grove 90-630-90 dus). Zonder verzette kruktappen zou de eerste cilinder van de rechter V-twin 360° na de eerste cilinder van de linker V-twin vonken, maar omdat er een offset van 70° tussen zit, wordt dat 360°-70°, oftewel 290°. Bij een normale intervalnotatie met het aantal graden tussen de vonken wordt de volgorde overigens 0°-90°-200°-90°-340°. (Lv – La – Rv – Ra – Lv). Het loopt daardoor bijna als een V-twin, vandaar dat Ducati dit ‘Twin Pulse’ noemt. Een beetje Big Bang dus.
Yamaha V4
Wat de precieze ontstekingsvolgorde van de Yamaha V4 wordt, is koffiedik kijken. Dat hangt af van de gekozen blokhoek en de offset van de kruktappen. Maar alles wat we tot nog toe weten is dat de motor een V4-configuratie heeft en dat er een soort exup-klep in de uitlaat zit. Daarmee kan de resonantie van de pulsen in de uitlaat worden gestuurd, wat invloed heeft op de prestaties bij bepaalde toerentallen. Maar wellicht kan GP-medewerker Henk Keulemans een geluidsopname van het voorbijrazende prototype maken. Zo werd in 1992 ontdekt dat Honda haar 500cc tweetakt GP-V4 als Big-Bang motor liet lopen. Het geluid en de frequenties zijn anders dan van een ‘Screamer’.
Foto’s: Peter Aansorgh, Yamaha
