Polityka prywatności - poznaj szczegóły » [ X ]
PODZIEL SIĘ


OCEŃ

Dwa silniki - dwie koncepcje

Silnik sportowy ma uzyskać moc z jak najmniejszej pojemności, a jednostka napędowa krążownika może czerpać siłę z ogromnej pojemności. Pokazujemy, na czym polega różnica między dwiema koncepcjami budowy silników.

Zacznijmy od tego, co łączy zespoły napędowe ZX-6R i VN 2000. Pod względem mocy maksymalnej oba silniki aż tak bardzo się nie różnią. Kawasaki podaje, że ZX-6R rozwija 118 KM. VN 2000 natomiast – krążownik z silnikiem V2 o największej pojemności na rynku – osiąga 103 KM. Jednak to, jak te moce są osiągane, wywodzi się jakby z dwóch światów. W pierwszym przypadku moc rodzi się z pojemności 636 cm3 rozdzielonej między cztery cylindry, w drugim – z dwucylindrowca o pojemności 2053 cm3. Zatem na jeden cylinder przypada albo zaledwie 160 cm3, albo ponad 1000 cm3. Ma to swoje odbicie w obrotach maksymalnych. Mały czterocylindrowiec osiąga szczyt mocy przy około 13 000 obr./min, olbrzymi V2 zaś potrzebuje do tego zaledwie 4800 obr./min.

Podobne moce maksymalne przy całkowicie różnych obrotach pociągają za sobą zupełnie różne przebiegi krzywych momentu obrotowego. Na wale korbowym VN 2000 jest do dyspozycji 177 Nm przy 3200 obr./min. Czyli ponad 2,5 raza więcej niż w małym czterocylindrowcu, osiągającym 67 Nm przy 11 000 obr./min. Z jednej strony mamy zatem lekkoatletę wyspecjalizowanego w jak najefektywniejszej zamianie szybkości w dynamikę. Jego przeciwnikiem jest ciężarowiec, który najlepiej umie ruszać z miejsca dużą masę. Te dwa charaktery różnią się między sobą nawet najdrobniejszymi detalami. Zespół napędowy ZX-6R pracuje ukryty pod owiewkami i został zaprojektowany przy uwzględnieniu wymagań bardzo ostrej diety. VN 2000 zaś odkrywa wszystko, co można odkryć. Przypomina kulturystę kochającego pozowanie przed publicznością.

   
Dwie skrajne filozofie: maksymalnie odchudzony, supersportowy ZX-6R z wysokoobrotowym, rzędowym, 4-cylindrowym silnikiem, ważący z paliwem 188 kg, i superkrążownik VN 2000 o masie 371 kg, z największym seryjnym silnikiem V2.

Jak przekłada się to na rozwiązania techniczne? Za przykład weźmy układ zaworowy. W VN 2000 są to cztery zawory napędzane przez umieszczone w kadłubie silnika dwa wałki rozrządu za pomocą długich na łokieć drążków popychaczy i trójramiennych dźwigienek zaworowych z hydrauliczną regulacją luzu. W ZX-6R pracują dwa wałki rozrządu, uruchamiające zawory przez szklankowe popychacze. „600” została zaprojektowana z myślą o mocy, „2000” jest wzorowana na krążownikach amerykańskich. Zawory „młota parowego” ważą zaledwie trzy razy tyle, co ich odpowiedniki w supersportowcu (17 i 19 g w „600”). Może więc zaskakiwać, że całkowita masa części układu zaworowego wykonujących ruchy posuwisto-zwrotne jest w VN aż 10-krotnie większa. Tego rodzaju układ zaworowy uniemożliwia osiąganie wysokich obrotów.

Są one niemożliwe choćby z uwagi na układ korbowy VN o parametrach dotychczas niespotykanych w motocyklach, które weszły do produkcji seryjnej. Tłoki o średnicy 103 mm pokonują między górnym a dolnym punktem zwrotnym drogę 123,2 mm. Przy takiej wartości nawet 101,6 mm amerykańskiego wzorca z Milwaukee wydaje się skromnym osiągnięciem. Absolutny kontrast stanowi ekstremalnie krótkoskokowa konstrukcja ZX-6R o średnicy cylindra 68 mm i skoku tłoka 43,8 mm. Mimo całkowicie różnej koncepcji, średnie szybkości tłoków wynikające ze skoku i obrotów są w obu silnikach na podobnie wysokim poziomie. Przy 13 000 obr./min tłoki ZX-6R poruszają się ze średnią prędkością 19 m/s. Zadziwiająco „filigranowe” części VN 2000 uzyskują przy 4800 obr./min średnią prędkość 19,7 m/s.

     
Skrzynia biegów – VN 2000: 11,7 kg; ZX-6R: 5,4 kg.
Tłoki – VN 2000: 2 x 501 gramów; ZX-6R: 4 x 198 gramów. 
Układ zaworowy, ssanie – VN 2000: 730 gramów; ZX-6R: 64 g.  

Duża masa wiąże się zawsze z dużą bezwładnością. Z tego powodu małe tłoki ZX-6R mogą znacznie szybciej wprowadzić w ruch obrotowy swój wał korbowy. „636” tak szybko i precyzyjnie reaguje na gaz, jak przystało na motocykl sportowy. Na krótkie dodanie gazu VN reaguje natomiast ociężale. Gdy chodzi o masy wirujące, VN 2000 bije jeszcze jeden rekord. Monstrualny wał korbowy wraz z wirnikiem alternatora i korbowodami waży ponad 24,8 kg, a więc jest 2,5 raza cięższy od swego odpowiednika z ZX-6R.

Przy dobieraniu wymiarów elementów układu napędowego trzeba wziąć pod uwagę szczególnie moment obrotowy. Istotne są zwłaszcza szczytowe wartości przy niskich obrotach. Oprócz potężnych wartości średnich momentu, w VN trzeba uwzględniać fakt, że jest on wytwarzany tylko w dwóch cylindrach. Gwarantuje to nierówną pracę przy niskich obrotach, gdy następuje zapłon w jednym z cylindrów. Z odpowiednim zapasem musi być zaprojektowane wszystko, co przenosi napęd na tylne koło. Zaczynając od zębatego łańcucha napędu pierwotnego, aż po ogromne sprzęgło. Waży ono 8,1 kg, dwa razy więcej niż w ZX-6R. Masywna musi być także skrzynia biegów. Sam tylko kompletny zestaw kół zębatych z dodatkowym wałkiem zdawczym waży w VN 2000 11,7 kg i jest ponaddwukrotnie cięższy niż w ZX-6R.

Ciężar zwiększają także wymagania odnośnie do komfortu. Mały czterocylindrowiec już w założeniach konstrukcyjnych ma w sposób zadowalający wyrównoważone masy wirujące. Olbrzymi V2 o kącie rozwarcia cylindrów 52O potrzebuje dla zapewnienia odpowiednio niskiego poziomu wibracji dwóch wałków wyrównoważających, co zwiększa masę całości o dalsze 2,2 kg.

     
Wał korbowy z korbowodami i wirnikiem alternatora – VN 2000: 24,8 kg; ZX-6R: 9,85 kg.
Cylindry – VN 2000: 2 x 4,5 kg; ZX-6R: 2,3 kg. 
VN 2000: 103 KM przy 4800 obr./min; ZX-6R: 118 KM przy 13 000 obr./min.  

Tak sumuje się kilogram do kilograma. Efekt końcowy jest taki, że silnik ZX-6R waży zaledwie 49,6 kg i jest lżejszy od silników sportowych klasy 1000 cm3 o około 10 kg. Silnik VN 2000 natomiast waży aż 136 kg i stanowi drugi koniec skali. Jest to nawet powód do dumy. W końcu, jeśli krążownik zaczyna ważyć niemal tyle, co małe auto, to nie jest jego wadą, lecz obowiązkowym punktem przy projektowaniu tego typu bike’ów. Dlatego każda część zabudowana w VN 2000 jest ciężka i masywna. Ponieważ ciężki silnik potrzebuje mocnego kręgosłupa i dodatkowo zamontowano mnóstwo różnych chromowanych części i akcesoriów, masa VN 2000 osiągnęła dumne 371 kg.
VN 2000, podobnie jak kulturysta, dużą część energii wykorzystuje na pozowanie. Taka jego uroda. Mimo imponującego momentu obrotowego już przy najniższych obrotach, ciężar jednostkowy 3,6 kg/KM nie pozwala uzyskać wspaniałych osiągów. Inaczej przedstawia się sprawa u żylastego sprintera – ZX-6R. Jego silnik bez problemu radzi sobie z ważącym z płynami 188 kg motocyklem. Każdy konik mechaniczny musi ruszyć z miejsca tylko 1,6 kg motocykla. Ta maszyna imponuje rasą, a nie masą.

Moc i moment – mity i prawdy
Mądrości głoszone przy stoliku w pubie mogą, ale nie muszą być prawdziwe. Wyjaśniamy, co jest prawdą, a gdzie utarte opinie domorosłych filozofów nie mają z nią nic wspólnego.
Moc i moment obrotowy nie mają ze sobą nic wspólnego
Nieprawda. Są bezpośrednio sprzężone przez obroty. Mówi o tym wzór: M = 9549 x P : n, gdzie M to moment w Nm, P to moc w kW, n to obr./min. Przy określonych obrotach i identycznej mocy otrzymuje się zawsze taki sam moment obrotowy. Ta dana wartość jest niezależna od typu silnika, liczby cylindrów lub innych czynników. Konstruktor może narzucić silnikowi tylko określony przebieg charakterystyki mocy. Krzywa momentu obrotowego jest jej funkcją.

Czterocylindrowce są nieelastyczne
Trzeba odróżniać między wartościami pomiarowymi a subiektywnym odczuciem. Wyniki pomiarów mówią, że zoptymalizowane pod względem mocy wielocylindrowce są nie tylko równorzędne jedno- i dwucylindrowcom, ale nawet je przewyższają. Moment czterocylindrowca jest w dolnym zakresie obrotów co najmniej tak samo wysoki, a w górnym większy niż w porównywalnym pod względem pojemności dwucylindrowcu. Tym samym jesteśmy przy następnym błędnym stwierdzeniu:

Najbardziej elastyczne są jednocylindrowce
Jest to subiektywne odczucie, niemające pokrycia w rzeczywistości. Trzeba twardo i zdecydowanie powiedzieć: duże jednocylindrowce wielu wydają się bardziej elastyczne, gdyż z powodu drgań i gangu silnika sugerują, że dysponują większą siłą.

Jedno- i dwucylindrowce nie nabierają tak chętnie obrotów
Przynajmniej gdy mamy na myśli pojemność całkowitą. Czterocylindrowa „1000” składa się w zasadzie z czterech jednostek „250”. Silnik może osiągać takie obroty, na jakie pozwalają mechaniczne elementy pojedynczego cylindra. W dwucylindrowcu o pojemności 1000 cm3 pojemność jednego cylindra wynosi 500 cm3, a ten nie potrafi uzyskać tak wysokich obrotów. Przy dużych pojemnościach poszczególnych cylindrów obroty są, oprócz spraw technicznych, dodatkowo ograniczane wymianą gazów. Olbrzymie cylindry z natury rzeczy trudniej napełnić, a spalanie nie przebiega tak korzystnie z powodu ograniczonej prędkości rozchodzenia się płomienia. Z tego powodu wielocylindrowiec z zasady góruje nad jednocylindrowcem o takiej samej pojemności.

Dużym obrotom potrzeba małej masy
Najwyższe obroty można uzyskać tylko przy zastosowaniu lekkich elementów silnika. Dotyczy to zwłaszcza części ruchomych. Oprócz układu korbowego, który wskutek działania dużych sił masowych w pewnej chwili sam rozpadłby się na części, dotyczy to układu zaworowego. Od pewnych obrotów zawory nie utrzymują już kontaktu z krzywkami wałka rozrządu. Występuje niezdrowe stukanie, a następnie uszkodzenie silnika. Z tego powodu robi się wszystko, co możliwe dla obniżenia masy części ruchomych. Potrzebne są lekkie zawory. Dlatego ostatnio stosuje się zamiast stali lżejszy o 40% tytan. Dla uzyskania dobrego napełnienia potrzebna jest duża powierzchnia zaworów. Z tego powodu zamiast dwóch zaworów stosuje się cztery lub pięć. Przy takiej samej powierzchni są one odporniejsze na uszkodzenia powodowane przez wysokie obroty.

Wysokie obroty szkodzą silnikom
Zgadza się tylko częściowo. Przed 10-20 laty silniki nie były pod względem materiałowym i konstrukcyjnym tak dopracowane, jak obecnie. Wtedy kierowca musiał wykazać więcej wyczucia, tym bardziej że żaden ogranicznik nie przerywał orgii obrotów. Obecnie wysokie obroty właściwie nie szkodzą silnikom. Z drugiej strony, niskie obroty i duże momenty obrotowe mogą mocno obciążać układ napędowy motocykla. Gdy obroty spadną poniżej pewnego minimum, łańcuch szarpie, a ze skrzyni biegów dochodzą niepokojące odgłosy. Dodatkowo chłodzenie przez olej i smarowanie są przy niskich obrotach gorsze.

Wysokie obroty wymagają odpowiednio masywnych silników
Wręcz przeciwnie. Mechanikę układu napędowego najbardziej obciąża duży moment obrotowy. Przy niskich obrotach przebieg momentu obrotowego jest wskutek dużych odstępów między poszczególnymi suwami pracy bardziej nierównomierny. Sprzęgło i skrzynia biegów muszą być dostosowane do maksymalnych obciążeń i odpowiednio mocne. Zadziwiające, jak małe jest sprzęgło silnika Formuły 1, osiągającego moc 900 KM przy 18 000 obr./min.

Liniowy przyrost mocy jest najbardziej ekscytujący
Jest akurat odwrotnie. Załamanie na krzywej momentu powoduje, że dalszy wzrost odczuwany jest bardziej spektakularnie. Przykład: Aprilia RSV mille ma w środkowym zakresie obrotów takie załamanie krzywej. Powyżej moc gwałtownie rośnie. O subiektywnym odczuciu przy przyspieszaniu decydują nie tyle wartości absolutne, ile przyrost mocy. Motocykl z liniową charakterystyką mocy robi początkowo niespektakularne wrażenie, mimo że zawsze i wszędzie dysponuje większą mocą.

Elastyczność ma związek z momentem obrotowym
Do pewnego stopnia ma. Bez mocy przy niskich obrotach nic się nie da zrobić. Przy przyspieszaniu z niskich obrotów działa jednak jeszcze drugi, decydujący czynnik: przełożenie. Naked bike’i o dużej pojemności nie są tak przełożone, aby uzyskiwały duże prędkości maksymalne, bo nikt nie będzie jeździł z prędkością 250 km/h bez owiewek. Można zatem odpowiednio krótko przełożyć ostatni bieg. To podnosi poziom obrotów na pozostałych biegach. Motocykl nie tylko wydaje się dynamiczniejszy, ale – przy danym momencie obrotowym – faktycznie lepiej przyspiesza, gdyż ma do dyspozycji większą moc. W naszych testach sprawdzamy elastyczność na ostatnim biegu od prędkości 60 km/h. Yamaha Vmax kręci przy tym 2400 obr./min. Wał korbowy szybciej przełożonego GSX-a 1400 obraca się 1400 razy na minutę. Z tego wynika, że w bezpośrednim porównaniu Suzuki wypada gorzej.

Zacznijmy od tego, co łączy zespoły napędowe ZX-6R i VN 2000. Pod względem mocy maksymalnej oba silniki aż tak bardzo się nie różnią. Kawasaki podaje, że ZX-6R rozwija 118 KM. VN 2000 natomiast – krążownik z silnikiem V2 o największej pojemności na rynku – osiąga 103 KM. Jednak to, jak te moce są osiągane, wywodzi się jakby z dwóch światów. W pierwszym przypadku moc rodzi się z pojemności 636 cm3 rozdzielonej między cztery cylindry, w drugim – z dwucylindrowca o pojemności 2053 cm3. Zatem na jeden cylinder przypada albo zaledwie 160 cm3, albo ponad 1000 cm3. Ma to swoje odbicie w obrotach maksymalnych. Mały czterocylindrowiec osiąga szczyt mocy przy około 13 000 obr./min, olbrzymi V2 zaś potrzebuje do tego zaledwie 4800 obr./min.

Podobne moce maksymalne przy całkowicie różnych obrotach pociągają za sobą zupełnie różne przebiegi krzywych momentu obrotowego. Na wale korbowym VN 2000 jest do dyspozycji 177 Nm przy 3200 obr./min. Czyli ponad 2,5 raza więcej niż w małym czterocylindrowcu, osiągającym 67 Nm przy 11 000 obr./min. Z jednej strony mamy zatem lekkoatletę wyspecjalizowanego w jak najefektywniejszej zamianie szybkości w dynamikę. Jego przeciwnikiem jest ciężarowiec, który najlepiej umie ruszać z miejsca dużą masę. Te dwa charaktery różnią się między sobą nawet najdrobniejszymi detalami. Zespół napędowy ZX-6R pracuje ukryty pod owiewkami i został zaprojektowany przy uwzględnieniu wymagań bardzo ostrej diety. VN 2000 zaś odkrywa wszystko, co można odkryć. Przypomina kulturystę kochającego pozowanie przed publicznością.

   
Dwie skrajne filozofie: maksymalnie odchudzony, supersportowy ZX-6R z wysokoobrotowym, rzędowym, 4-cylindrowym silnikiem, ważący z paliwem 188 kg, i superkrążownik VN 2000 o masie 371 kg, z największym seryjnym silnikiem V2.

Jak przekłada się to na rozwiązania techniczne? Za przykład weźmy układ zaworowy. W VN 2000 są to cztery zawory napędzane przez umieszczone w kadłubie silnika dwa wałki rozrządu za pomocą długich na łokieć drążków popychaczy i trójramiennych dźwigienek zaworowych z hydrauliczną regulacją luzu. W ZX-6R pracują dwa wałki rozrządu, uruchamiające zawory przez szklankowe popychacze. „600” została zaprojektowana z myślą o mocy, „2000” jest wzorowana na krążownikach amerykańskich. Zawory „młota parowego” ważą zaledwie trzy razy tyle, co ich odpowiedniki w supersportowcu (17 i 19 g w „600”). Może więc zaskakiwać, że całkowita masa części układu zaworowego wykonujących ruchy posuwisto-zwrotne jest w VN aż 10-krotnie większa. Tego rodzaju układ zaworowy uniemożliwia osiąganie wysokich obrotów.

Są one niemożliwe choćby z uwagi na układ korbowy VN o parametrach dotychczas niespotykanych w motocyklach, które weszły do produkcji seryjnej. Tłoki o średnicy 103 mm pokonują między górnym a dolnym punktem zwrotnym drogę 123,2 mm. Przy takiej wartości nawet 101,6 mm amerykańskiego wzorca z Milwaukee wydaje się skromnym osiągnięciem. Absolutny kontrast stanowi ekstremalnie krótkoskokowa konstrukcja ZX-6R o średnicy cylindra 68 mm i skoku tłoka 43,8 mm. Mimo całkowicie różnej koncepcji, średnie szybkości tłoków wynikające ze skoku i obrotów są w obu silnikach na podobnie wysokim poziomie. Przy 13 000 obr./min tłoki ZX-6R poruszają się ze średnią prędkością 19 m/s. Zadziwiająco „filigranowe” części VN 2000 uzyskują przy 4800 obr./min średnią prędkość 19,7 m/s.

     
Skrzynia biegów – VN 2000: 11,7 kg; ZX-6R: 5,4 kg.
Tłoki – VN 2000: 2 x 501 gramów; ZX-6R: 4 x 198 gramów. 
Układ zaworowy, ssanie – VN 2000: 730 gramów; ZX-6R: 64 g.  

Duża masa wiąże się zawsze z dużą bezwładnością. Z tego powodu małe tłoki ZX-6R mogą znacznie szybciej wprowadzić w ruch obrotowy swój wał korbowy. „636” tak szybko i precyzyjnie reaguje na gaz, jak przystało na motocykl sportowy. Na krótkie dodanie gazu VN reaguje natomiast ociężale. Gdy chodzi o masy wirujące, VN 2000 bije jeszcze jeden rekord. Monstrualny wał korbowy wraz z wirnikiem alternatora i korbowodami waży ponad 24,8 kg, a więc jest 2,5 raza cięższy od swego odpowiednika z ZX-6R.

Przy dobieraniu wymiarów elementów układu napędowego trzeba wziąć pod uwagę szczególnie moment obrotowy. Istotne są zwłaszcza szczytowe wartości przy niskich obrotach. Oprócz potężnych wartości średnich momentu, w VN trzeba uwzględniać fakt, że jest on wytwarzany tylko w dwóch cylindrach. Gwarantuje to nierówną pracę przy niskich obrotach, gdy następuje zapłon w jednym z cylindrów. Z odpowiednim zapasem musi być zaprojektowane wszystko, co przenosi napęd na tylne koło. Zaczynając od zębatego łańcucha napędu pierwotnego, aż po ogromne sprzęgło. Waży ono 8,1 kg, dwa razy więcej niż w ZX-6R. Masywna musi być także skrzynia biegów. Sam tylko kompletny zestaw kół zębatych z dodatkowym wałkiem zdawczym waży w VN 2000 11,7 kg i jest ponaddwukrotnie cięższy niż w ZX-6R.

Ciężar zwiększają także wymagania odnośnie do komfortu. Mały czterocylindrowiec już w założeniach konstrukcyjnych ma w sposób zadowalający wyrównoważone masy wirujące. Olbrzymi V2 o kącie rozwarcia cylindrów 52O potrzebuje dla zapewnienia odpowiednio niskiego poziomu wibracji dwóch wałków wyrównoważających, co zwiększa masę całości o dalsze 2,2 kg.

     
Wał korbowy z korbowodami i wirnikiem alternatora – VN 2000: 24,8 kg; ZX-6R: 9,85 kg.
Cylindry – VN 2000: 2 x 4,5 kg; ZX-6R: 2,3 kg. 
VN 2000: 103 KM przy 4800 obr./min; ZX-6R: 118 KM przy 13 000 obr./min.  

Tak sumuje się kilogram do kilograma. Efekt końcowy jest taki, że silnik ZX-6R waży zaledwie 49,6 kg i jest lżejszy od silników sportowych klasy 1000 cm3 o około 10 kg. Silnik VN 2000 natomiast waży aż 136 kg i stanowi drugi koniec skali. Jest to nawet powód do dumy. W końcu, jeśli krążownik zaczyna ważyć niemal tyle, co małe auto, to nie jest jego wadą, lecz obowiązkowym punktem przy projektowaniu tego typu bike’ów. Dlatego każda część zabudowana w VN 2000 jest ciężka i masywna. Ponieważ ciężki silnik potrzebuje mocnego kręgosłupa i dodatkowo zamontowano mnóstwo różnych chromowanych części i akcesoriów, masa VN 2000 osiągnęła dumne 371 kg.

Komentarze

 
 

Wypełnij to pole:

  • avatar
    zgłoś
    Silnik sportowy ma uzyskać moc z jak najmniejszej pojemności, a jednostka napędowa krążownika może czerpać siłę z ogromnej pojemności. Pokazujemy, na czym polega różnica między dwiema koncepcjami budowy silników.
    Zobacz artykuł
    ~Motocykl Online, 2013-07-02 03:53:19