Niemand dacht dat dit zou werken, maar deze vierkante viercilinder draait perfect

De vierkante viercilinder motorfietsmotor geldt al decennia als een technische curiositeit, te duur en te complex voor seriematige productie.

Toch laat een viral YouTube-video zien wat er mogelijk is als een garagebouwer met moderne hulpmiddelen aan de slag gaat.

De man achter het kanaal Lets Learn Something begon met een stapel afgedankte onderdelen en een door AI gegenereerde schets, en bouwde daar een volledig werkende vierkante viercilinder van, bijna geheel van schroot.

De configuratie is namelijk bijzonder en weinig begrepen. Vier cilinders worden in een vierkant geplaatst, zo dicht mogelijk bij elkaar, waarbij elke rij van twee zuigers een eigen krukas aandrijft.

Compacte viercilinder

Die twee krukassen draaien in tegengestelde richting, zijn verbonden via tandwielen op de vliegwielen en lopen 180 graden ten opzichte van elkaar. Het resultaat is een ontstekingsvolgorde die identiek is aan die van een reguliere viercilinder lijnmotor, maar dan in een compacter pakket.

De Britse fabrikant Ariel bracht dit concept in 1931 als eerste op de markt, dankzij ontwerper Edward Turner, die op zoek was naar een krachtige motor in een klein formaat.

De Square Four leverde indrukwekkend veel koppel bij lage toerentallen, maar bleef altijd een dure en warmtegevoelige motor die moeilijk te produceren was. Het laatste exemplaar rolde in 1990 van de productielijn, waarna het ontwerp grotendeels vergeten werd door de opkomst van lichtere motoren met een hoog toerental.

Dat maakt het project van Lets Learn Something des te opmerkelijker. Startend met een verzameling eencilinder carters en krukassen uit een schroothoop, werd alles gezandstraald en daarna op een draaibank bewerkt om dubbele krukasdelen samen te kunnen stellen.

Het carter zelf werd doorgesneden en met TIG-lassen samengevoegd tot een nieuw geheel, vervolgens op een freesmachine vlak gemaakt en voorzien van nieuwe cilinderopeningen en een op maat gelaste aluminium afdekplaat.

Tekst gaat verder onder de afbeelding.

Inlaatspruitstukken als grootste uitdaging

Een van de lastigste onderdelen bleek het inlaatsysteem. Vier Walbro-carburateurs voeden de motor, maar de beschikbare ruimte in de compacte lay-out is beperkt en laat weinig toe. De bouwer maakte eerst prototypes in PVC om de geometrie te controleren, werkte het ontwerp daarna uit in een 3D-model en liet de uiteindelijke aluminium spruitstukken professioneel 3D-printen via Justway.com. 

“Na het testen van het PVC-prototype heb ik het definitieve ontwerp van het inlaatspruitstuk omgezet in een 3D-model,” aldus de maker in de video. De geprinte onderdelen kwamen terug met strakke oppervlakken en nauwkeurige afmetingen, waarmee een van de hardnekkigste problemen van dit motortype werd opgelost.

Met distributiekettingen, een op maat gemaakte kettingspanner, vier cilinderkoppen, een zelfgebouwd uitlaatsysteem en een startmotor gemonteerd, ging de motor op een speciaal ontworpen testbank. De eerste startpoging verliep zonder uitlaat, wat een overweldigend geluid opleverde in de werkplaats. Daarna volgde een tweede test mét uitlaat, waarbij vacuümmeters werden gebruikt om alle vier de carburateurs zorgvuldig te synchroniseren. De motor draaide soepel.

Waarom het ontwerp nooit aansloeg

Het ontwerp stierf geen stille dood vanwege een fundamentele fout in de techniek. De productiekosten lagen simpelweg te hoog, het oververhittingsprobleem was moeilijk te beheersen en naarmate motoren kleiner werden, verloor de Square Four zijn voordeel bij lage snelheden. Fabrikanten kozen voor goedkopere en beter beheersbare alternatieven.

Wat dit project aantoont, is dat de lay-out zelf nooit het echte probleem was. Een moderne maker kan namelijk carters lasersnijden, aluminium TIG-lassen en een spruitstukbestand dezelfde middag nog naar een online metaalprintservice sturen. Dat zijn mogelijkheden waar de ingenieurs van Ariel in de jaren vijftig alleen van konden dromen, en die nu beschikbaar zijn voor iedereen met een werkplaats en doorzettingsvermogen. De technologie was er simpelweg nog niet, het concept wel.

Bekijk het bouwsel in de video hieronder: