Technika - moc i zużycie paliwa w silnikach motocyklowych

Silnik to bardzo skomplikowany układ. Bywa, że zmiana jednego z parametrów jego pracy szybko wykazuje, że wraz z pozytywnymi błyskawicznie pojawiają się też negatywne skutki. Połączenie sprzeczności spędza sens z powiek sztabom inżynierów. Przyjrzeliśmy się kilku podstawowym problemom, z którymi spotykają się specjaliści, dotyczącym zużycia paliwa. A przecież to jest wierzchołek góry lodowej.

ZŁAMAĆ OPÓR POWIETRZA!
Opór powietrza ma ogromny wpływ na osiągi i zużycie paliwa.
Opór rośnie wraz z kwadratem prędkości. Zatem dwukrotny wzrost prędkości oznacza czterokrotny wzrost oporu powietrza! Suzuki Hayabusa potrzebuje zaledwie 7 KM, by rozpędzić się do prędkości 100 km/h. Moc 48 KM wystarcza do jazdy z prędkością 200 km/h, ale aby rozpędzić motocykl do prędkości 300 km/h silnik musi przekazać na tylne koło moc 160 KM.
motor-presee polska
Prędkość(km/h)	Moc potrzebna do jej osiągnięcia mierzona na tylnym kole (KM)
10	0,2
50	1,4
75	3,4
100	7,1
150	21,4
200	48,7
250	93,3
260	104,7
270	117
280	130,1
290	144,3
300	159,5

Im większa jest liczba cylindrów, tym bardziej rosną straty związane z oporami tarcia.

Do idealnego spalenia jednego kilograma benzyny (1,33 litra) silnik potrzebuje 14,7 kilograma powietrza, czyli około 11 350 litrów! Podstawową wielkością charakteryzującą skład mieszanki paliwowo-powietrznej jest współczynnik lambda. W idealnym przypadku, takim jak przytoczony powyżej, wynosi on 1. Ale w prawdziwym świecie idealne sytuacje zdarzają się niezmiernie rzadko, o ile w ogóle. Silnik benzynowy pracuje najwydajniej, gdy mieszanka paliwowo-powietrzna jest nieco uboższa, czyli ze współczynnikiem lambda wynoszącym 1,05. Ale nie można popadać w przesadę: wadą zbyt ubogiej mieszanki jest to, że powoduje ona szybkie przegrzewanie się jednostki napędowej, co w konsekwencji może być powodem jej uszkodzenia.

STRATY ENERGII I PRZEPUSTNICE	BMW
W SILNIKU BENZYNOWYM PRZEPUSTNICE stoją na przeszkodzie niskiemu zużyciu paliwa, stawiając opór mieszance, jeśli pod uwagę wziąć tylko częściowe obciążenie silnika. Maksymalnie, tzn. pod kątem 90O, otwarta przepustnica (jak na zdjęciu po prawej) stawia najmniejszy opór i jednocześnie jest bardzo rzadkim przypadkiem podczas normalnej jazdy. Tylko około 30% energii powstającej podczas spalania paliwa jest zużywane na pracę silnika, pozostałe około 70% energii jest tracone w postaci ciepła.
motor-presee polska

Największą moc silnik uzyskuje, gdy do cylindrów trafia mieszanka wzbogacona, dla której współczynnik lambda wynosi około 0,85. W takiej sytuacji rośnie ilość niespalonych węglowodorów, co ma szkodliwy wpływ na środowisko i pracę katalizatora. Wiesz, jaka będzie reakcja ekologów.

Biorąc pod uwagę zużycie paliwa, najgorszy z zakresów pracy silnika benzynowego jest obciążenie częściowe. Przepustnica znajdująca się w układzie dolotowym jest wtedy otwarta tylko częściowo, co powoduje, że przepływ mieszanki wokół niej zostaje zaburzony. Powstają turbulencje i zawirowania, co w efekcie powoduje, że do cylindra trafia mieszanka gorszej jakości niż miałoby to miejsce w sytuacji idealnej, czyli gdyby w układzie dolotowym nie było przepustnicy.

Zobacz również: Energia elektryczna to życie. Odpowiedni ładunek prądu potrafi obudzić do życia książkowego potwora Frankensteina, ale też wznowi funkcje życiowe motocykla lub samochodu. dlatego warto mieć pod ręką ostatni krzyk mody – jump startera, czyli urządzenie rozruchowe. Testujemy dziesięć takich rozwiązań.

Zakładając taką samą pojemność skokową silnika, łatwo można podnieść jego moc. Wystarczy zwiększyć liczbę cylindrów. Ale gdy tak się dzieje, jednocześnie wzrasta liczba współpracujących ze sobą elementów. W tym miejscu pojawia się kolejny problem w postaci strat spowodowanych oporami tarcia. Zwiększona liczba współpracujących elementów czyni z konstrukcji jednostki napędowej bardziej skomplikowany układ, a szybujące w kosmos koszty produkcji przyprawiają księgowych o zawał serca.

Duże przekroje układu dolotowego, zawory ssące o sporych średnicach oraz długi czas przekrycia zaworów (współotwarcia) poprawiają proces napełniania cylindrów, szczególnie w obszarze obrotów między maksymalnym momentem i maksymalną mocą. Jednak przy częściowym obciążeniu przynoszą one efekt przeciwny do zamierzonego.

„Wydajność silnika wzrasta wraz ze zwiększającym się stopniem sprężania – mówi zapytany przez nas Ulf Penner, specjalista od tuningu silników spalinowych w firmie www.tuningfibel.de. – Ale ze względu na wytrzymałość jednostki napędowej nie można zwiększać go w nieskończoność i na dodatek im wyższa jest moc wyciśnięta z litra pojemności skokowej silnika, tym gorzej wygląda charakterystyka obciążenia częściowego takiej jednostki – deklaruje ekspert. – Największy problem z dzisiejszymi motocyklami, napędzanymi silnikami benzynowymi, jest dość prosty – są one po prostu za mocne. Dla ograniczenia zużycia paliwa najlepszym rozwiązaniem byłoby, aby wysokie osiągi uzyskiwać przy niskich prędkościach obrotowych”.

We współczesnych samochodach automatyczne skrzynie biegów potrafią mieć nawet 10 przełożeń, co pozwala dopasować obroty silnika do warunków i obniżyć zużycie paliwa. Z braku miejsca w motocyklach nie stosuje się skrzyń większych niż sześciobiegowe.

Ale rzeczywistość wygląda inaczej. Silniki sportowych motocykli kręcą nawet 15 000 obr/min, co w żaden sposób nie sprzyja oszczędzaniu paliwa. Andreas Taphorn, tuner Harleya i specjalista od tuningu z Don Performance, mówi: „Dla nas najważniejszy jest zakres obciążenia częściowego. Przecież nikt nie jeździ po zwykłych drogach z całkowicie otwartą przepustnicą. Dlatego układ rozrządu, ściślej: charakterystyka krzywek zaworowych sterujących ich pracą, powinien być dostrojony do obszaru, który najczęściej wykorzystują motocykliści”.

Nawet podczas szybkiej jazdy na zwykłych drogach, gdy rzadko kiedy wyciskasz z silnika moc większą niż 80 KM, serducha o wysokich osiągach wcale nie wyróżniają się niskim zużyciem paliwa. Oto przykład.

Niezwykle mocny i mający krótkoskokowy silnik Triumph Speed Triple 1200 RR potrzebuje aż 5,7 litra paliwa na 100 km, jadąc ze średnią prędkością zaledwie 60 km/h. W takiej sytuacji wykorzystujesz tylko od 20 do 70 z dostępnych 180 KM. Za to 20 lat temu sportowy Triumph Sprint RS, mający silnik o mocy 120 KM, potrzebował w tych samych warunkach i przy porównywalnym stylu jazdy zaledwie 4 litry paliwa na 100 km, czyli aż o 30% mniej!

Zobacz również: Jeszcze dekadę temu jedynymi nowoczesnymi systemami podnoszącymi bezpieczeństwo jazdy motocyklem były prosta kontrola trakcji i ABS. Czas jednak nie stoi w miejscu. Oto 14 rozwiązań, które stały się powszechne w motocyklach. 10 lat temu nikt o nich nawet nie marzył.

Niewysilone silniki, które podczas spokojnej jazdy zapewnią ci niskie zużycie paliwa, zmuszone do szybkiej jazdy, mogą błyskawicznie przemienić się w pijaków. Oto przykład. Moto Guzzi V 85 TT jest ekonomicznym motocyklem, ale pod warunkiem, że poruszasz się nim z prędkościami od 70 do 100 km/h. Tylko wtedy jego średnie zużycie bez problemu zmieści się w 4,5 l/100 km. Ale jeśli wybierzesz się na autostradę i popędzisz z prędkością powyżej 150 km/h, spalanie błyskawicznie wzrośnie, i to do prawie 10 litrów. W tym przypadku żniwo zbiorą duży opór powietrza (wysoki, mało aerodynamiczny przód) oraz bogata mieszanka niezbędna do zasilania Gutkowej V-dwójki podczas jazdy z pełnym obciążeniem.

O co chodzi z tą mieszanką? W silnikach spalinowych chłodzonych powietrzem i olejem głowice oraz cylindry rozgrzewają się mocniej po stronie zaworów wydechowych. Aby temu zapobiec, stosuje się bogatszą mieszankę obniżającą temperaturę spalin podczas jazdy z pełnym gazem.
Silniki nowoczesnych samochodów wykorzystują też inny patent: podczas jazdy z niewielkim i stałym obciążeniem albo bez niego odłączają zapłon i wtrysk w dwóch z czterech cylindrów.

Więcej – podczas jazdy rozbiegiem komputer potrafi całkowicie odciąć dostawę paliwa. W silnikach motocyklowych nigdy nie następuje stuprocentowe odcięcie paliwa, nawet przy całkowicie zamkniętych przepustnicach. Chodzi o to, aby przy ponownym dodaniu gazu charakterystyka pracy była płynna i miękka.

Dzisiaj wiele silników samochodowych korzysta z turbosprężarek, jak również kolektorów dolotowych o zmiennej geometrii (krótkie drogi dolotowe zwiększają wartości mocy maksymalnej, długie poprawiają krzywą momentu obrotowego), co jest wskazane podczas jazdy z częściowym otwarciem przepustnicy. Gdy doda się do tego kolejne zdobycze techniki, w postaci zmiennych faz rozrządu... Wydaje się, że w przypadku motocykli nowoczesna technologia skupia się głównie na poprawie osiągów. Ze wszystkim tego konsekwencjami.

Opór powietrza rośnie do kwadratu prędkości. Czyli 2-krotny przyrost prędkości powoduje 4-krotny wzrost oporu powietrza.

Zapotrzebowanie na moc wzrasta wraz z sześcianem prędkości. Według naszych pomiarów, jadące w wyścigowym tempie (250–300 km/h) motocykle zużywają około 15 litrów paliwa na 100 km. To niewiele, jeśli wziąć pod uwagę ogromny opór powietrza, który od prędkości ok. 80 km/h staje się dominującym czynnikiem zwiększającym zużycie paliwa. Przy 200 km/h hamująca siła oporu powietrza jest 16 razy większa niż przy 50 km/h.

Współczynnik oporu powietrza (wartość cd) Yamahy XJR 1300 wynosi 0,8 przy wyprostowanej pozycji kierowcy. Marnie. Współczynnik ten pomnożony przez powierzchnię czołową, opór bezwzględny (cd x A) wynosi zatem 0,57. Dla porównania: Porsche 718 Cayman ma współczynnik oporu powietrza 0,30 przy powierzchni czołowej 2,01 m². Iloczyn obu tych wartości to 0,6, co oznacza, że samochód od nakeda dzieli przepaść .

Andreas Beil/BMW

Powyższe przykłady pokazują, że zaprojektowanie wydajnego i ekonomicznego silnika ma wiele z prób pogodzenia wody z ogniem, a na pewno jest sztuką kompromisu. Czego można spodziewać się w najbliższych latach w rozwoju motocyklowych jednostek napędowych? Stawiam na pojawienie się turbosprężarek w silnikach o małych pojemnościach. Kilka patentów trafiło już do urzędów. Wiele wskazuje na to, że zasady downsizingu za chwilę wejdą też do motocykli.