Motoryzacja, co może Was dziwić, w
testach odnosi się do mocy motocykli uzyskiwanej „na kole”. Inżynier
Kuba Walasek (oprócz tego, że ukończył Wydział Mechaniczny Politechniki
Gdańskiej, to ściga się też na motocyklach) rozpoczyna krucjatę obalania
mitów dotyczących osiągów motocykli.
Mit I – To moment odpowiada za przyspieszenie, a nie moc
Za przyspieszenie pojazdu odpowiedzialne są dwa czynniki:
1: wypadkowa wszystkich sił działających na motocykl [F]
2: oraz masa tego motocykla, a dokładniej masa całego poruszającego się pojazdu [m]
Przyspieszenie: a=F/m
Wspomniane
siły, to siły oporu toczenia [Fot], oporu powietrza [Fop] oraz siła,
którą droga działa na koło napędowe [Fn]. I ta właśnie siła bezpośrednio
zależy od momentu siły, jaki mamy w danej chwili na silniku. M*k=Fn
k
– stała wynikająca z przełożeń w skrzyni biegów i w reszcie układu
przeniesienia napędu, oraz rozmiaru koła napędowego. I wychodziło by na
to że to właśnie moment odpowiada za przyspieszenie. Haczykiem jest tu
jednak ta tajemnicza stała k – zależna od przełożenia w skrzyni biegów.
Prawda
jest jednak taka, że to chwilowa moc oddawana przez silnik zamienia się
na pracę na kole po to, by powiększyć energię pojazdu. A moc to moment
siły pomnożony przez prędkość obrotową – czyli jeśli mamy silnik dużego
choppera, który ma 100 Nm przy 2500 obr na minutę, to wyprodukuje on
dokładnie tyle samo mocy, co silnik, który będzie dysponował 50 Nm przy
5000 obrotów/min, albo 25 Nm przy 10000 obr/min.
I
jeśli jedziemy z określoną prędkością, to całość mocy produkowanej
silnik i oddawanej na koło dzieli się przez prędkość liniową motocykla
aby w ten sposób otrzymać siłę pchającą motocykl (siła razy prędkość
daje moc). Co z tego że silnik naszego motocykla ma 100 Nm, skoro osiąga
je przy zaledwie 2500 obr/min. Jeśli obok nas będzie z tą samą
prędkością jechać motocykl wyścigowy, którego silnik będzie się kręcił z
prędkością 5000 obr/min i produkował 65 Nm, to końcowo na kole pojawi
się mu więcej siły która będzie pchała jego motocykl.
Tech Zone
By zrozumieć na czym polega pomiar na hamowni, należy wpierw wyjaśnić kilka pojęć fizycznych, których będziemy tu używać: Moc
– ilość pracy wykonana w jednostce czasu. Można ją również obliczyć
jako iloczyn prędkości oraz siły z jaką osiągamy tą prędkość. Załóżmy,
że stoimy na dachu budynku i mamy linę z wiadrem przeciągniętą przez
kołowrotek. Wiadro waży 5 kg. Ktoś kto szedłby z tą liną i wciągałby
wiadro, wykonywałby pracę. Czyli działałby siłą przy określonej
prędkości. Ten, który szedłby z liną szybciej, szybciej dostarczyłby
wiadro na dach, czyli miałby więcej mocy, a ten który wolniej – mniej
mocy. Moment siły (potocznie: moment obrotowy)
– siła na określonym ramieniu. Momentem siły działamy na klucz, kiedy
chcemy otworzyć drzwi. W silnikach moment siły to wartość mówiąca o tym
jak „mocno” silnik próbuje się kręcić. Moment siły jest związany z mocą,
a dokładniej jest składową mocy. Drugą składową jest prędkość kątowa.
Po pomnożeniu prędkości kątowej (w radianach na sekundę) przez moment
siły (w niutonometrach) otrzymamy moc (w Watach). Siła styczna
– Moment siły w przełożeniu na wartości liniowe to siła pociągowa.
Kiedy przyspieszamy motocyklem, czujemy jakby ciągnęła nas jakaś lina. I
to właśnie jest siła styczna. Koło napędowe działa na ziemię siłą
styczną i w wyniku reakcji na tą siłę motocykl przyspiesza.
Skrzynia biegów nie jest w stanie wyprodukować więcej mocy, niż wyprodukuje silnik
Aby
łatwiej było wszystko to sobie zobrazować, przytoczę 2 wykresy – jeden
momentu siły w funkcji prędkości obrotowej silnika oraz drugi – siły
pchającej motocykl w funkcji prędkości liniowej motocykla.
Na
pierwszym wykresie mamy charakterystyki wewnętrzne silnika. Moment siły
w funkcji prędkości obrotowej. Jak widać moment na silniku jest o wiele
wyższy dla Intrudera, niż dla GSXR. Należy jednak zauważyć, że w miarę
wzrostu obrotów, moment w Intruderze spada. Można zauważyć, że ten
maksymalny moment w Intruderze jest przy znacznie niższych obrotach niż w
GSXR.
Rys 1. Wykresy momentu siły dla Suzuki Intruder 1500 01’ (czerwony) oraz GSXR 750 04’ (niebieski)
Na
drugim wykresie mamy do czynienia z tą samą krzywą, ale pomnożoną przez
przełożenie skrzyni biegów. Czyli krzywą siły, jaką tylne koło pcha
motocykl, w funkcji prędkości. To jest rzeczywista siła, którą motocykl
jest w stanie wyprodukować, kiedy odkręcimy gaz do końca na 4 biegu.
Wyraźnie widać, że mimo znacznie większego momentu na wale silnika,
Intruder dysponuje znacznie mniejszą siłą na kole. Oba motocykle zostały
zmierzone na 4 biegu. Prędkości na tym biegu osiągają bardzo podobne
wartości, a wykres siły stycznej mówi sam za siebie. Dodatkowo widać że
silny dół w Intruderze ani przez chwilę nie jest tak mocny jak słaby dół
w GSXR.
Rys
2. Wykres siły stycznej w funkcji prędkości liniowej siły dla Suzuki
Intruder 1500 01’ (czerwony) oraz GSXR 750 04’ (niebieski)
Dzieje
się tak dlatego, że skrzynia biegów nie jest w stanie wyprodukować
więcej mocy, niż wyprodukuje silnik. A to ilość mocy na kole w danej
chwili stanowi o chwilowym przyspieszeniu.
Mit II – To nic, że 600-ka ma 1/3 mocy mniej niż 1000 – i tak jest zrywniejsza
Całość
znów wynika z różnych przełożeń w skrzyni biegów. Do końca lat ‘80, a
na początku lat ’90, wszelkie drogowe wyścigówki miały pierwszy bieg
kończący się mniej więcej na 100 km/h. Działo się tak, gdyż każdy z
producentów chciał jak najlepiej zaprezentować się w katalogach w
rubryce „ 0-100 km/h ”. Nie było wtedy z tym problemu, bo moce motocykli
w wartości netto – na kole oscylowały w okolicach 75 kW. A to daje w
okolicach 2500 N (około 254 kg) siły stycznej na kole w maksymalnym
momencie na pierwszym biegu. To zdecydowanie za mało, żeby motocykl sam
chciał podnosić przednie koło, przynajmniej jeśli kierowca zajmuje
normalną pozycję za kierownicą i jedzie sam. Nie mówię oczywiście o
strzałach ze sprzęgła, bo tu dochodzą siły bezwładności rozpędzonego
silnika. Pisząc „sam” mam na myśli sytuację, kiedy motocykl zaczyna
podnosić przednie koło przy normalnie odkręcanym gazie. Jednak w miarę
wzrostu mocy nagle okazało się, że ta jedynka jest na tyle krótka, iż
siła na kole nie ma już wartości 2500 tylko 3000 N, a masa motocykla
spadła o kolejne 20 kilogramów. Już na przykład Suzuki GSX-R 750 z 2000
roku sam bez proszenia przy 9000 obrotów podnosi koło do samego nieba.
Cóż
robić żeby motocykl nie nakrywał kierowcy na pierwszym biegu? Wydłuża
się przełożenie. Finał tego wyścigu zbrojeń jest taki, że ZX10R z 2006
roku na fabrycznych przełożeniach na pierwszym biegu jeździ prawie 170
km/h. Niestety obroty minimalne w silnikach spalinowych nie zmniejszają
się. I o tyle, o ile na wolnych obrotach motocyklem we wczesnych latach
90 na pierwszym biegu można było jechać z prędkością 7 km/h to
wspomniane wcześniej ZX10R 06’ na jedynce na wolnych obrotach jedzie 15
km/h. Poniżej tej prędkości, bez sprzęgła ani rusz.
Czym to się kończy?
Mamy
do porównania ucywilizowaną 600 (ZX 636) dysponującą mocą na kole około
108 KM oraz wyścigowego litra, wspomnianą ZX10R dysponującą na kole
mocą około 170 KM.
No
to ruszamy. ZX6 na półsprzęgle jedzie przez pierwsze parę metrów – po
osiągnięciu około 30 km/h można całkowicie już puścić sprzęgło a jego
silnik kręci się z prędkością ok. 5000 obrotów na minutę. Co z kolei
oznacza, że na kole jest już około 35 koni i kierowca może spokojnie
wtedy sypnąć z garści i na pełnym ogniu kręcić do oporu.
A
co z ZX10R? Żeby w ogóle ruszyć, trzeba ślizgać sprzęgło do 15 km/h.
No, ale nawet od tych 15 km/h, silnik kręci się zaledwie 1000 obrotów na
minutę. Mocy brak.
Ślizgamy się więc
na sprzęgle dalej. Przy 30 km/h mamy wprawdzie już 2000 obrotów, ale
mocy dalej nie widać, bo 15 koni to nie za wiele. Czyli na półsprzęgle
dalej jedziemy do 70 km/h, a to około 4500 obrotów, no i wreszcie jakaś
moc – okrągłe 45 koni… Puszczamy więc sprzęgło (z żalem patrząc na to,
że ZX6 przy tej samej prędkości ma niestety już ponad 80 koni) i
czekamy, co się stanie. Przez chwilkę nie dzieje się nic, bo co się ma
niby dziać przy 45 koniach na kole, ale chwilkę później bo przy 110 km/h
(tam gdzie 600 już osiągnęła max i od tej pory zawsze będzie miała tyle
samo mocy) na kole mamy 90 koni czyli 2 razy więcej niż wcześniej, a
przy 130 mamy już 115 koni i koło frunie w górę, a to dopiero początek.
Moment dopiero zbliża się do swojej maksymalnej wartości, ale my już
musimy zamknąć gaz, albo zmienić bieg bo nakryjemy się motocyklem i to
przy 130 km/h.
Cały czas oczywiście
mamy w pamięci że do 70 km/h jedziemy na półsprzęgle – i każde błędne
puszczenie sprzęgła również kończy się nakryciem przez motocykl.
Zostawiłem długą czarną krechę, wyjeżdżając z ostatniego zakrętu w Poznaniu
Także
owszem – w niektórych przypadkach duże wyścigowe motocykle są o wiele
mniej przyjazne od ich mniejszych odpowiedników. I nawet można
powiedzieć że ich zrywność jest mniejsza. Ale tylko przy małych
prędkościach. Jednak to nie są motocykle do jeżdżenia wolno. A do 140
km/h to wciąż wolno. Powyżej można już poszaleć i dopiero tam widać moc
drzemiącą w tym sprzęcie.
Przy 140
km/godzinę 600 już powoli zaczyna się pocić, a 1000 dopiero zaczyna
życie. Nieraz widziałem, a nawet samemu zostawiłem długą czarną krechę
spod koła przy tej prędkości, wyjeżdżając z ostatniego zakrętu w
Poznaniu. Bo do tego właśnie taki motocykl służy.
I
tam można też porównywać zrywność, kiedy odkręca się gaz do oporu przy
180 km/h, 600cc tylko krzyczy a 1000 przysiada tyłem i lekko szimując
próbuje zrzucić kierowcę z siodła, by na końcu prostej startowej na
liczniku pojawiło się 270…
Niech
jednak nie cieszą się posiadacze sześćsetek jeżdżących po mieście, bo i
tam wystarczy, że właściciel litrówki zmieni sobie przełożenia na
łańcuchu lub (rzadziej) będzie potrafił operować sprzęgłem, a w wyścigu
do 100 km/h szanse będą już równe. Choć kierowcę dużego sprzęta,
nieumiejętne obchodzenie się z gazem wciąż kosztować może nakrycie się
nogami i to prawie przy każdej prędkości. Żeby jednak naświetlić całą
prawdę – sześćsetką jeździ się o wiele przyjemniej.
Rys.
3. Wykres siły stycznej na kole, oraz mocy na kole w trakcie zmiany
biegów, w funkcji prędkości liniowej motocykla SUZUKI GSXR 750 2000r.
Wyraźnie
widać, że na pierwszym biegu motocykl osiąga maksymalną moc dopiero
przy 100 km/h. (Należy pamiętać, że na pierwszym biegu motocykl nie
osiąga maksymalnej mocy na kole, bo jej część jest zużyta na rozpędzanie
samego silnika.) Motocykl w okolicach 90 km/h zaczyna jednak gwałtownie
podnosić przednie koło, ze względu na skokową wartość siły stycznej na
kole. Starsze motocykle mają znacznie mniej niż 115 koni na kole w
trybie dużej zmiany prędkości obrotowej, a mniej więcej tyle potrzeba,
by przednie koło poszybowało w górę przy takiej prędkości. By nowsze
motocykle tego nie robiły, przedłuża się przełożenie pierwszego biegu,
tak by koło podnosiło się samo dopiero po przekroczeniu 100 km/h, ale
traci się przez to na prędkości minimalnej.
Grundmaster – Produkcja i sprzedaż hamowni