Sokan azt várják, hogy a gépsárkány a nyomatékmaximumnál fog a legjobban húzni. Holott ez egy óriási tévedés. Mert nem ott fog. Vagyis a teljesítménymérő pad erőmérő celláját bizony ott fogja majd megterhelni legjobban, de mi a való életet szeretnénk, ott meg kicsit más a helyzet. Egy adott fokozatról beszélünk most. Ahogy szépen elkezdjük forgatni a gépet egyre nő a teljesítményünk és vele egyáltalán nem lineárisan a menetellenállásunk. A kettő közötti differencia (különbség), ha persze van, gyorsítja a járművűnket. Persze értelemszerűen csak akkor, ha a leadott teljesítmény javára van a difi, ha nem, akkor lassulunk, vagy egész egyszerűen beáll egy egyensúlyi állapot, elértük a végsebességet.
No és ez a differencia a mi gyorsító teljesítményünk. Értelemszerűen ez a differencia mértéke az adott pillanatban határozza meg, hogy hol és mennyire fog húzni a gépünk. Ennek a gyorsító teljesítménygörbének az alakjai pl. a különböző sebességfokozatokban mások lesznek, mivel a teljesítményigény is összetett és közel sem lineáris. Értelem szerűen végfokozat fele közeledve egyre meredekebben fog növekedni a teljesítményigény. Itt jön képbe az ideális váltási pont is. A váltási pontot úgy kell megválasztani, hogy a gyorsulásunk folyamán ez a gyorsító teljesítmény mindig a lehető legnagyobb legyen. Parasztosan fogalmazva képzeljünk el egy dombot, amin mindig keresztülfutunk. Baloldalról kezdjük jobbra (ahogy emelkedik a fordulatszám), egyre feljebb és feljebb, elérünk a csúcsra, majd lejjebb, teleportáljuk magunkat (fokozatot váltunk), majd újra baloldalra a hegy lábához kerülünk és futunk felfele. Na, valahogy így megy ez. A lényeg az, hogy átlagosan mindig a legmagasabban legyünk. Értelem szerűen ehhez túl kell futni a hegycsúcson, mert ha már a hegycsúcsnál teleportáljuk magunkat, akkor nagyon mélyen visszaesünk a hegy lábához. Na viszont az életben nem ez számít, hanem az a nemrégiben emlegetett gyorsító teljesítményünk, az a bizonyos különbségi görbe, ami az egyes fokozatokban változó alakot fog mutatni, mert nem lineárisan nő a teljesítményigény a sebesség előrehaladtával. Ha fordulatszám alapján végigkövetjük, valami olyasmi fog kijönni ideális váltási pontokra, - végsebességre áttételezve a gépet- hogy alacsony fokozatokban viszonylag jól túlforgatjuk (persze karakterisztika függő a dolog), majd a sebességfokozatok előrehaladtával csökkenteni fogjuk a túlforgatás mértékét már csak érzésre is, egészen a végfokozatig, amikor egyáltalán nem forgatjuk túl, sőt nem is tudnánk túlforgatni, mivel a teljesítménycsúcs elérésekor befog állni az egyensúlyi állapot, amikor a menetellenállás teljesítményértéke eléri a keréken leadott teljesítményünket, azaz elértük a végsebességet. Először is a zárt, nyitott váltókról akartam beszélni, de itt még nem tartunk, hogy megértsük, hogy ez miért is jó. Elkell jutnunk oda, hogy mi viszi előre a gépet. Na szóval van ez a hülyeség, hogy a marketinges bullshit generátorok a főtengelyen mért nyomatékkal árulják portékájukat, amivel kb. a tulaj kitörölheti, mert az égvilágon semmit sem mond önmagában ez a paraméter. Miért is? Pár egyszerű példán keresztül leírnám.
Először is leszögezném, hogy a teljesítmény = nyomaték * fordulatszám. Nem vagyok hajlandó most Si mértékegységekben számolni az egyszerűség kedvéért, szóval az Nm*rpm, teljesítményt jelent, aki akarja kiszámolhatja. Szóval a képlet ez: P (kW) = M (Nm) x f (rpm) / 9549
Eleve elmondom, hogy most egyelőre pillanatnyi teljesítményről beszélünk. Tehát ez egy olyan érték, amit a motor az adott pillanatban fog teljesíteni, amikor az adott fordulatszámnál van. Sem előtte, sem utána. Ott egészen más teljesítmények jönnek ki. Halad egymás mellett két motor azonos aeroval, azonos gördülési ellenállással azonos sebességgel az adott pillanatban. Az időt most megállítottuk, mindegyikünknek van mondjuk 2 virtuális tuningunk, az egyik lead mondjuk 10Nm-t 10000rpm-es fordulaton éppen, mert mondjuk egy jobbfajta 70es tuning. A másik meg mondjuk egy 36-os löketű, 45-ös furatú 57ccm-es marhaság, aminek kicsit nyitottabb a vezérlése és mondjuk lead 7Nm-t 17000rpm-en. A marketinges bullshit szerint az 57ccm-es esélytelen, hiszen kétharmada a főtengelyen mért nyomaték, szóval a 70-es másfélszer úgy megy állítólag. De hála istennek ez csak az ő torz agyszüleményük. Node miért is?
Mert a keréken lévő pillanatnyi nyomatékunkat bármennyire is hihetetlen, de a főtengelyen a pillanatnyi teljesítmény határozza meg. A váltó alapelve az, - ha a hajtáslánci veszteségektől eltekintünk,- hogy a bemenő teljesítményünk egyenlő lesz a kimenő teljesítményünkkel. (hozzáteszem, hogy most a váltó alatt a hajtásláncban lévő összes áttétel összegét nézzük, a lánckerekes áttétel is egy nyomatékváltó. A primer hajtás is, magával a tényleges váltóval, ezek szorzatáról beszélünk most, a való életről)
Tehát: Pbe = Pki, azaz Mbe * rpmbe = Mki * rpmki
Azaz, ha pl. az első esetben 10Nm x 10000rpm = Mki x rpmki
A második esetben pedig 7Nm x 17000rpm = Mki x rpmki
lmondtuk, hogy motorjaink azonosak és azonos sebességgel haladnak. Tehát ebből az következik, hogy a kerékfordulat is megegyezik. Legyen mondjuk 500 fordulat/perc. Szóval beírhatunk egy újabb számot a képletünkbe.
10Nm x 10000rpm = Mki x 500rpm
7Nm x 17000rpm = Mki x 500rpm
ezekből pedig következik a keréken mérhető pillanatnyi nyomaték
Mki = 10Nm x 10000rpm / 500 rpm = 200Nm
Mki = 7Nm x 17000rpm / 500 rpm = 238Nm
Ezek nagy értékeknek tűnnek, nem számoltam ki mekkora sebességhez tartozik, de helytálló. Szóval látható, hogy ezesetben a főtengelyen mért nyomaték az adott pillanatban lévő keréken mért nyomatékához nincs köze, a pillantniy teljesítménynek annál inkább.
Hasonlóan kilehet számolni, hogy egy 19000rpm-en dolgozó f1-es motor, aminek csúcsnyomatéka legyen mondjuk 350Nm, miért is ad "kicsivel" nagyobb nyomatékot azonos sebességnél a kerékre, mint egy 2000-es 350Nm-t 2000rpm-en tudó hétköznapi kompakt dízel.
De mondok jobb példát. Ha én teszek mondjuk a motoromra egy új csövet, amivel nem emelem a nyomatékot, csak kitartom mondjuk 1500rpmel tovább, tehát 10%-al, akkor értelemszerűen 10%-os teljesítménynövekedést tapasztalunk. Ilyenkor ha azonos csúcssebességet szeretnék elérni mint korábban (persze most már nagyobbra is képes), akkor értelemszerűen 10%-al nagyobb áttétellel kell dolgoztatni a motort. Nem számolok, de tegyük fel, hogy egy egyel kisebb lánckerék csere pont eléri ezt a 10%-os áttétel növelést. És mint tudjuk, mi fog változni otthon saját motorunkon egyel kisebb első lánckerékkel? Jobban fog húzni a motor, de alacsonyabb végsebességet fog elérni. A hajtásláncba bemenő teljesítmény és a kimenő sem változott. A bemenő teljesítményünk maradt a 2.7kW x 5500rpm. A kimenő fordulatszámunkat meg csökkentettük, tehát hogy a kimeneten is azonos teljesítmény maradjon meg, értelemszerűen növekedni fog a keréken mérhető nyomatékunk. Az én esetemben viszont az új csővel 10%-al nagyobb fordulatot tudok elérni, 10%-al nagyobb teljesítmény. És a 10%-al nagyobb áttétel ellenére nem fogok 10%-al lassabban haladni a korábbi csöves változathoz képest, mert ezt a megnövekedett fordulatszám kompenzálja, tehát azonos sebességet érek el. Viszont a keréken lévő nyomatékom szintúgy megnő 10%-al. Szóval ezzel azt szerettem volna bemutatni, hogy keréken lévő nyomatékot lehet szimplán elérni a forma1-hez hasonlóan a fordulatszám esztelen növelésével. Ami azért jó út, mert a fordulatszám növekedésével az átmenő levegő/oxigén mennyiség arányosan növekszik. És minél több oxigén jut át a rendszeren időegység alatt, annál több benzint tudunk benne elégetni. Annál nagyobb teljesítményt érünk el.
Az, hogy egy motor milyen széles sávban tud húzni, százalékban kifejezendő. Értelemszerűen egy 20000rpm-et forgó gépnél 5000rpm egy 25%-os tartomány. Egy 10000rpm-et tudó gépnél 50%. Egy szélesebb sávban dolgozó motor sokkal rugalmasabb, dinamikusabb. Mint élesen, egy csúcsra dolgozó motor. Két azonos csúcsteljesítményű motor közül a szélesebb sávban dolgozó motor a jobb. Persze egy forgós, csúcsban dolgozó motor pont azért forog, hogy ne azonos teljesítménye legyen mint egy úgynevezett nyomatékos gépnek, hanem lényegesen nagyobb. Amelyik forgós motor ezt a kritériumot nem tudja, rossz!
Kicsit váltunk, ideálisan. CVT-vel. Robikhoz hasonlóan.
Pbe (Mbe x rpmki) = Mki x rpmki
Az rpm ki, tehát a kimenő fordulatszám gyakorlatilag attól függ mennyivel megyünk. A Pbe meg akkora egy variátoros autónál amekkorát szeretnénk, persze a lehető legnagyobb érték a csúcsteljesítménynél van.
Szóval Mki = Pbe / rpmki. Ha az rpmki-nk adott, mert az annyi amennyivel megyünk, akkor a legnagyobb Mki-hez a legnagyobb Pbe érték fog tartozni. Tehát egy variátoros gépnél a keréken lévő legnagyobb nyomatékhoz a főtengelyen lévő teljesítménycsúcs tartozik.
Váltós motornál már kicsit más a helyzet, ott egy adott fokozatban tényleg a nyomatékcsúcsnál van a legnagyobb mérhető nyomaték, de azért van a váltó hogy váltsunk. És így már egészen nem ilyen lesz a helyzet és pont véletlenül az adott helyzetben elérhető legnagyobb nyomaték ott is a teljesítménycsúcs fele lesz. Mindenki ismeri azt, hogy miért is nem 2500-3000-es fordulatnál húz legjobban 90-nél a gép, miért is kell 2-3-ba visszadobni, hogy meginduljon tisztességesen.
Következő fejezetben már váltani is fogunk, meg belegondoljuk a menetellenállást, meg pár apróságot és rájövünk miért rossz a nyitott váltó nekünk és miért kell sok gang, zárt felállással.
Egyébként akit kicsit érdekel a téma, annak itt van egy szép ábrás, angol nyelvű leírás, ami kb erről szól.
Tudom most sok ember lelkivilágát összetörtem, de a fizikát még a marketingesek sem tudták átírni. A való élet szerint meg az f1-es autó is jobban megy, mint a 2000-es dízel, meg a Gixer 600 is mint az Mt01. Az a tapasztalatom, hogy ezzel az autószerelők, sőt, jó pár gépészmérnök sincs tisztában. De ez sajnos nem az ő hibájuk, hanem főként az oktatás színvonalát minősíti.
Na, szóval az előző fejezetekben valahol ott tartottunk, hogy a robiknál, ahol fokozatmentes váltó van, tehát gyakorlatilag végtelen számú fokozat van, ott az a jó, ha a motor a csúcsteljesítményen dolgozik, mivel ez adja a keréken a legnagyobb nyomatékot.
Csakhogy nekünk váltós gépünk van így már nem olyan rózsás a helyzet. Mivel nem tudjuk állandóan csúcsteljesítményen tartani a gépet (valójában a robik fokozatmentes váltóján sem olyan rózsás a helyzet, mert bizony a hajtáslánci vesztesége nagyobb, magyarul több erő kell a hajtáslánc működéséhez). Ez aggodalomra ad okot. Na most mégis mi van? Az előzőek alapján eljutottunk oda, hogy a keréken lévő pillanatnyi teljesítmény, és a kerék fordulatszáma meghatározott, mert tövig nyomjuk a gázt, az adott pillanatban lead valamekkora powert a gép és valamennyivel megyünk, ezért van egy pillanatnyi fordulatunk is a keréken. Meg van az adott pillanatban egy teljesítményigényünk, amit a gördülési ellenállás és az aero tesz össze. Nyilvánvalóan akkor fog nagyot szakítani a gépünk, ha a kettő közötti differencia nagy.
Egyesben, alacsony sebességnél nagy, mert akkor kicsi a menetellenállás, de üveghangon nagy teljesítményt ad le a motorunk és húz mint a barom. 60-nál meg hiába megy szintúgy üveghangon a gépünk negyedikben, ha már a menetellenállás nagy, a különbség kicsi és ez a kis különbség máris nem gyorsítja olyan vehemenciával a gépet.
Szóval cél az, hogy az adott pillanatban mindig a lehető legnagyobb teljesítményt hozzuk ki. Nézzük, mihez tudunk nyúlni, mondjuk a fokozatok számához. Nyilvánvaló, hogy ha mondjuk van egy 2.7kW-os motorunk és 3 gangunk, ami mondjuk egyenletesen van elosztva, akkor elég széles sávban kell üzemeltetni a motorunkat. De mivel a mi 2.7kW-os motorunk nem olyan hogy mindenhol úgy megy, mint a villanymozdony, ezért ez szívás, mert olyan részeken is használnunk kell a motort ahol nem igazán megy. Főleg hegymenetben szívás ez. Mert hiába húz jól mondjuk 2.-ban tetőn, betesszük 3.-ba és kiesünk a sávból, csak lassulás következik, mert nagyobb lesz a teljesítményigényünk az emelkedő miatt, mint amit 3.-ba váltva alacsony fordulaton lead a gépünk. Ez gáz.
Erre jó az, hogy ha megsokszorozzuk a fokozatokat. Mondjuk 6-ra. Ha egyenletesen osztjuk szét a fokozatokat, akkor máris látjuk, hogy gyakorlatilag szinte végig a csúcsteljesítmény közelében tudjuk tartani a mókát. Szóval a teljes gyorsulásunk alatt lényegesen nagyobb átlagos teljesítménnyel tudtunk gyorsulni. Persze az igazi a végtelen fokozatszám lenne, ami van is a robogókban, de mint írtam az sem mézes-mázas, mert nagy a vesztesége. Gyakorlatilag olyan, mintha végig csúcsteljesítményen járna a motorunk az adott pillanatban a végtelen fokozatok mezején, de mintha egy icipici emelkedőn mennénk fokozatosan (növekvő hajtáslánci veszteség).
A másik járható út az, hogy ha nekünk megfelelően optimalizáljuk a fokozatok kiosztását. Vegyünk egy egyszerű példát. Pl. F1-es autó. Ha sebességgel arányosan kiosztanánk a hét fokozatot, mondjuk nagy leszorító erő mellett, ahol lenne mondjuk 320km/h-s végsebesség, akkor mit tudom én mondok has számot az egyes mondjuk 60km/h-ig tartana. Hát ez ultrapoénos lenne. Ez egy úgynevezett nyitott váltó, szétszórt fokozatokkal. Az lenne, hogy betennéd 1.-be és kaparna, betennéd 2.-be és kaparna, betennéd háromba és akkor is kaparna. Ahova meg kellene folyamatosan a csúcsteljesítmény körüli pillanatnyi teljesítmény, nagysebességnél, ott meg nem tudnánk a közelében sem lenni, mert kiesnénk a sávból. Ez így ultragáz. Meg eleve mi értelme van egy olyan egyes fokozatnak, amiben értelmetlenül kapar csak az autó teli gázra. Ez motornál pl. egykerékre állás formájában jelenik meg. Értelemszerűen ha kerékre áll, akkor ott már nem tudunk úgy gyorsítani, mint a talajon. Szóval ez nekünk nem jó. A megoldás az, hogy zártabb fokozatkiosztást választunk. Méghozzá pl. f1-es analógiában egy olyan 1-es fokozatot, amiben 120-140-160-180 km/h-ig elgyorsíthatunk és utána nem sokkal sűrűn követik egymást a fokozatok. Gyakorlatilag így is van egy olyan 1-es fokozatunk, amivel kellő mértékben, - tehát az adott pályán- csúszáshatáron tudunk gyorsítani végig, utána pedig zártan követik egymást a fokozatok, kis fordulatszámeséssel, folyamatosan nagy teljesítményt leadva.
No így van ez a mi kétütemű motorunknál is, ami aztán tényleg arról híres, főleg egy kiélezett gép, hogy szeret keskeny sávban üzemelni, de ott aztán igazán erőteljesen. Anno a Gp sorozatban, amikor volt 50-es, 80-as kategória, mindenféle szabályozás nélkül akkor tű éles gépeket csináltak, 3 hengeres 50ccm-es gépet, ami 22000-re dolgozott, 11 fokozatú váltóval üzemelt, aminek a vezetése azért komoly versenyzői tudást igényel. Szóval hegyes motorra ezért kell az 5 gang, de még jobb lenne a 6. És zártabb kiosztásban, mint a gyári.
Szörnyűségeket is lehet persze csinálni. Nagyon egyszerű. Meg kell venni az úgynevezett hosszú négyes fokozatot. Na van egy olyan amilyen kiosztású négyes váltónk, ha ennek an egyedikét lecseréljük erre, akkor bizony széthúzzuk a tetején és 3.-ban szanaszét kell forgatni szerencsétlent, hogy negyedikben éppen hogy csak elkezdjen pöfögni. Kb. a telirakott platós ifa is ilyen, aki vezetett már ilyet, az tudja milyen. Ez egy épületes baromság. Ami még nagyobb, amikor a 3 gangos váltó 3.-jára tesszük fel ezt a csodafokozatot. Ehhez már iszonyat nagy merészség kell, vagy tényleg valami egyenáramú soros gerjesztésű villanymotor, hogy áthúzza a fokozatok közötti különbséget. Na szóval aki így akar plusz sebességre szert tenni, hát hadd ne mondjam meg, hogy mit gondolok róla. De nem szeretnék senkit sem megbántani, mivel mindenki magának akar jót. De aki ilyet tesz, az nagyon nincs tisztában a dolgokkal.
Ennél van egy sokkal egyszerűbb megoldásunk, ha a lánckereket cserélgetjük, azzal békén hagyjuk az amúgy sem tökéletes kiosztást, de legalább nem rontunk rajta. Tegyük fel, hogy valami baromi jó erőben van a motorunk, családi okok miatt hagyjuk a 4-es váltót olyan tuningot csinálunk rá, hogy a Gp csapatok 2050-ig szerződést kínálnak nekünk és Dubai összes kincsét. Szóval a motorunk kiforgatja mint a szél a gyári 4-es váltót 17-es első lánckerékkel és még tovább akarna menni. Még ekkor sem fogunk venni hosszú 4-es fokozatot. Hanem veszünk egy úgynevezett 70-es kuplungkosarat, amivel változtatunk a primer áttételen (nem bántva a kiosztást) és még gyorsabban megy a motorunk. Ezután ha balkukik maradunk és a motorunk még ezt is leforgatja a gyári négyes váltóval, akkor veszünk hosszú négyet. De kb. a legeslegutolsó lépés lenne elcseszni a váltó amúgy sem túl jó kiosztását. Ehelyett inkább veszünk 5-ös váltót.
Ami egy gyári négy, és van egy ötödikünk, az legyen mondjuk a hosszú négy (kétféle 5 gangos váltó létezik, különböző 5. fokozattal). Hogy eloszlassak néhány tévhitet egy 5 gangos váltóval normális tulajnál egy grammal nem fog gyorsabban menni a motor, mert mondjuk az adott összeállítást 4 gangos váltóval és 5 gangos váltóval is végsebességre áttételezi. Tehát mondjuk egy 5 gangos váltót az adott helyzetben 13-as lánckeróval használta, korábban a 4 gangos váltót 15-össel és végre ugyannyit ment. A gyorsulásban viszont lesz különbség. Ezt már értenünk kellene hogy miért. Amiatt,mert az átlagos teljesítményünk nagyobb lesz a gyorsulás során.
Ez éppen így van a 3 és 4 gangos váltó között is. Csak ott az utolsó fokozat azonos, ezért nincs szükség lánckerék cserére. Belátható, hogy 3 ganggal sosem tudod annyira a csúcsteljesítmény közelében tartani a fordulatszámot, mint a 4 fokozatú váltó eseténél. És a négyfokozatú váltót sem úgy, mint egy ötfokozatút. Az ne zavarjon meg senkit hogy az 5. fokozat fogaskerékpár fogszámai mások, mint a 4-es vagy 3-as váltó esetén. Ha mondjuk végsebességre áttételezünk akkor nagyjából a végfokozatokban azonos lesz az össz áttétel. Ez S51 3 sebességes 3. fokozata esetén 11.385. (a primer hajtás, fokozat fogaskerékpár és lánchajtás szorzata), négysebességes 4. fokozata esetén szintúgy 11.384. Ki nem számolom, de 5 gangos váltó 13-as lánckeróval kb. azonos , 11 körüli lesz, de biztos pont nem annyi, de ez csak azért nem lehetséges, mert mondjuk 13,4fogú lánckereket nem kapni, első,hátsóval lehet variálni, akár pont ki is jöhet, de meghagyom másnak a kombinálást. :) Na kb. ennyi, egyelőre. Lehet kicsit szedett-vedett. Nem túl tudományos. Higgyétek el matematikailag nagyon faján lelehet vezetni egyszerű függvényelemzéssel a dolgot, nem is kell hozzá nagyon sokat integrálni, deriválni, határértéket számolni, stb. De mindenképpen úgy szerettem volna leírni, hogy matematikában nem oly mértékben járatos embereknek is érthető legyen.