Ścigacz.pl

Turobosprężarki i kompresory w samochodach biją w tej chwili rekordy popularności. Na początku powodem ich stosowania była poprawa osiągów silnika. Jednak z czasem zaczęto dostrzegać ich wady, na przykład turobodziurę w silnikach zasilanych turbosprężarką, czy też utratę energii na zasilanie kompresora w układzie dolotowym. Przez długi czas większa pojemność silnika była kuszącą alternatywą dla jego doładowania w układzie dolotowym i świat był podzielony na zwolenników doładowania i tych silników wolnossących. W końcu przyszły normy EURO. W dużym skrócie ograniczają one możliwości emisyjne silnika, a co za tym idzie eliminują z rynku silniki wolnossące. Dzięki doładowaniu w układzie dolotowym możemy zastosować mniejszy silnik, który w pewnym zakresie obrotów będzie generował mniejszą emisję spalin, a jednocześnie, gdy będzie to potrzebne, zapewni większą moc dzięki doładowaniu. Możliwość majstrowania w ilości dostarczanego powietrza, a co za tym idzie również ilości wstrzykiwanego paliwa, pozwoliła inżynierom lepiej radzić sobie z kompromisem między osiągami samochodu, a emisją spalin. Jak więc to możliwe, że motocykle wciąż mają silniki wolnossące? Oczywiście z nielicznymi wyjątkami?

Odpowiedź jest bardzo prosta. Motocykle nie mają turbosprężarek, bo nie muszą! Mniejsza masa motocykla (i kierowcy, bo o ile w aucie może podróżować nawet 5 osób - a czasem i więcej - plus ich bagaże, to tyle możliwości dociążania motocykla są ograniczone zazwyczaj do 2 osób i 3 kufrów bagażowych) sprawia, że nie potrzebujemy aż tyle momentu obrotowego, co w samochodach. Dzięki temu osiągi silników, które w samochodach wywoływały niedosyt, pozwalają dostarczyć aż za dużych osiągów w motocyklu. Silniki w autach rzadko kiedy miały pojemność mniejszą niż 1 litr. W motocyklach rzadko kiedy miały one pojemność większą i stosowanie silników o pojemności większej niż litr nie było związane z koniecznością zapewnienia jeszcze lepszych osiągów, lecz chodziło o względy estetyczne. Oczywiście w ciężkich cruiserach, ważących po 300 kilogramów, większy moment obrotowy silnika dużej pojemności bardziej pasował do charakteru maszyny, która nie służyła do rozwijania prędkości maksymalnych na torze, a raczej to majestatycznego przemieszczenia się w wolnym tempie. O ile w motocyklach sportowych liczyły się osiągi w górnych zakresach obrotów, o tyle w cruiserach liczyło się głównie to, jak on ruszał i jak przyspieszał to osiągnięcia prędkości drogowej. Niemniej z czysto technicznego punktu widzenia nic nie stało na przeszkodzie aby robić duże cruisery z wolnossącymi silnikami o pojemności poniżej 1 litra i bardzo wiele takich maszyn powstało,  posiadając bliźniacze modele o pojemnościach powyżej 1 litra.

Możliwości współczesnej inżynierii silników w pełni zaspokajają potrzeby motocyklistów i w związku z ograniczeniami ludzkiego organizmu oraz praw fizyki nie ma potrzeby budowania jeszcze szybszych motocykli. Dlatego producenci na całym świecie wciąż zadowalają się silnikami wolnossącymi. Dodatkowo unikają problemów, które rodzą dodatkowe elementy w układzie dolotowym.

Waga i rozmiar turbospręźarki

Turbosprężarka i jej komponenty, takie jak intercooler oraz dodatkowe układy wylotowe, zwiększają wagę motocykla i zajmują dodatkową przestrzeń. W samochodach nie ma to większego znacznie, bo po pierwsze w komorze silnika jest więcej miejsca na montowanie dodatkowych klamotów, a po drugie wpływ wagi komponentów dolotowych na wagę całego pojazdu jest proporcjonalnie mniejszy, niż w przypadku zdecydowanie lżejszych motocykli. W motocyklach, gdzie minimalizacja wagi i kompaktowe rozmiary są kluczowe dla osiągów i prowadzenia, dodatkowy ciężar i przestrzeń zajmowana przez turbosprężarkę są istotnymi wadami. Zaburzają bryłę motocykla, czynią motocykl cięższym (a co za tym idzie gorzej reagującym na zmiany kierunku). Jeżeli dodamy do tego, że w sumie nie są za bardzo potrzebne, to mamy już pierwszy powód, by niepotrzebnie nie komplikować projektu motocykla i zwyczajnie ich nie stosować.

Chłodzenie i zarządzanie ciepłem w układach doładowania silników motocyklowych

Turbosprężarki generują dużo ciepła, co wymaga skutecznego systemu chłodzenia. Układy te działają w taki sposób, że w układzie wylotowym silnika umieszczony jest element, wprawiany w ruch wyrzucanymi z komory spalania gazami. Te gazy mają wysoką temperaturę, przez co do turbosprężarki trafia spora dawka ciepła, generowanego w wyniku spalania paliwa. To wszystko się grzeje, więc żeby zapobiegać temu zjawisku konieczne jest chłodzenie turosprężarki. Motocykle mają ograniczoną przestrzeń na dodatkowe systemy chłodzenia, a nadmierne ciepło może negatywnie wpływać na inne komponenty i komfort jazdy. Już teraz wiele modeli motocykli ma problem z oddawaniem ciepła i w upalne dni na światłach zwyczajnie gotuje krocze kierowcy. Zamontowanie turbosprężarki jeszcze bardziej grzałoby motocyklistę i pasażera. Stosując silnik wolnossący i prosty okład wylotowy, pozbywamy się szybko ciepła i jednocześnie problemu.

Złożoność i koszt turbosprężarek i kompresorów

Systemy turbodoładowania są bardziej skomplikowane w konstrukcji i wymagają precyzyjnego dostrojenia, co zwiększa koszty produkcji i serwisowania. W przypadku kompresora mamy napędzanie układu sprężającego z silnika, czyli tracimy część momentu obrotowego na wale na napędzanie turbosprężarki. Rodzi to dodatkowe koszty i dodatkowe problemy, przez co zwyczajnie nie jest opłacalne dla producentów motocykli, zwłaszcza w segmentach masowego rynku. Nikt nie kupi droższego i bardzie narażonego na usterki motocykla z doładowaniem silnika, jak przy praktycznie niezauważalnej utracie potencjału w zakresie przyspieszenia ma do dyspozycji tańszy motocykl wolnossący.

Charakterystyka mocy w silnikach doładowanych

Turbosprężarki często działają efektywnie przy wyższych prędkościach obrotowych, co może prowadzić do opóźnienia w dostarczaniu mocy, znanego jako "turbo lag". W motocyklach, gdzie natychmiastowa reakcja przepustnicy jest kluczowa dla kontroli i bezpieczeństwa, opóźnienie mocy może być problematyczne. W motocyklach sportowych, które pracują w górnych zakresach obrotów i w których turbosprężarki mogłyby przynieść korzyści, zwiększanie mocy uzyskuje się przez zwiększanie poziomu obrotów, w których dostępny jest jeszcze przyzwoity moment obrotowy. Taki zabieg w lekkim motocyklu sportowym jest w pełni satysfakcjonujący, a dodatkowo na torze liczy się głównie zwrotność i trakcja, które byłyby ograniczane przez dodatkową masę układu doładowania. Motocykl z racji czasem nawet 10-krotnie mniejszej masy niż samochód, zupełnie inaczej reaguje na działanie silnika. O ile w samochodzie nie odczuwamy pracy kompresora i związanej z nią utraty momentu obrotowego, o tyle w lekkim motocyklu napędzanie kompresora w początkowej fazie, zanim rozkręci się on do obrotów, pozwalających istotnie podnieść ciśnienia doprowadzanego powietrza, może odczuwalnie zmieniać charakterystykę pracy motocykla. O ile w ciężkich cruiserach jest to do wybaczenia, o tyle w lżejszych motocyklach, zwłaszcza tych sportowych, daje to efekt, przy którym jazda doładowanym silnikiem jest gorsza w odczuciu, niż w jednostce wolnossącej. W motocyklach sportowych wystarczającym zabiegiem jest odpowiednia konstrukcja kanałów dolotowych tak, by wykorzystać dużą prędkość, z jaką motocykl porusza się na torze, do odpowiedniego doprowadzenia powietrza do komory spalania. Skuteczność zabiegów w obrębie air-boxa jest na tyle duża, że zamiast szukać mechanicznych rozwiązań dla poprawy charakterystyki silnika inżynierowie skupiają się na odpowiednim kształcie kanałów dolotowych.

Trwałość i niezawodność turbosprężarek i komporesorów

Silniki motocyklowe są już mocno obciążone ze względu na ich wysokie obroty i specyfikę użytkowania. Dodanie turbosprężarki zwiększa obciążenie mechaniczne i termiczne, co może skrócić żywotność silnika i zwiększyć ryzyko awarii. Silniki motocyklowe, mając do poruszenia dużo mniejszą masę, niż te w samochodach, są wysokoobrotowe. Nie jest potrzebny aż tak duży moment obrotowy w dolnym zakresie obrotów, jak ma to miejsce w przypadku samochodów, dlatego można zmienić charakterystykę silnika, by pracował on na wyższych obrotach i tam korzystał z większego momentu obrotowego. Turbosprężarki, z racji pacy w wysokich temperaturach, są elementami wrażliwymi na sposób użytkowania. Ponieważ wymagają chłodzenia, dlatego niewskazane jest wyłączanie silnika natychmiast po intensywnej pracy. Ciepło wciąż może docierać do turbosprężarki, a przy wyłączonym silniku przestaje do niech docierać chłodzenie. Dlatego prostota budowy silników wolnossących jest bardzo ceniona przez motocyklistów, zwłaszcza gdy silnik ma pracować w ciężkich warunkach, podczas wypraw motocyklowych czy jazdy w terenie.

Osiągi i efektywność trubodoładowania w silnikach motocyklowych

Motocykle już osiągają wysoką moc w stosunku do swojej wagi dzięki nowoczesnym technologiom silnikowym. Dlatego zwyczajnie nie ma praktycznej potrzeby stosowania dodatkowego doładowania. Wysokoobrotowe silniki motocyklowe są wystarczająco wydajne, aby dostarczyć znakomite osiągi bez dodatkowej złożoności turbosprężarki.

Chociaż turbodoładowane motocykle są rzadkością, istnieją pewne wyjątki. Chyba najbardziej słynnym motocyklem z doładowaniem jest Kawasaki Ninja H2/H2R: To jeden z najbardziej znanych przykładów, jednak Kawasaki zdecydowało się na użycie sprężarki mechanicznej zamiast turbosprężarki, aby zminimalizować turbo lag i zapewnić natychmiastową reakcję przepustnicy. Ten motocykl został stworzony trochę po to, by pokazać, że Kawasaki to potrafi. Nie spowodował masowego przejścia na doładowanie mechaniczne w motocyklach sportowych czy tych spod znaku "power", tj. power naked, power cruiser. Zastosowanie doładowania dało potencjał, który w praktyce okazał się niemożliwy do wykorzystania. Dlatego Kawasaki ostatecznie ograniczyło moc doładowanego silnika H2, skupiając się na jej dostępności już  w niższym zakresie obrotów. Przez to H2 nie jest znany ze swoich osiągów, a raczej ze sposobu ich dostarczania w sposób płynny już od najmniejszych obrotów. Przerobione Ninja H2 osiągają po 300 KM mocy, jednak z racji innej charakterystyki jej oddawania są mało przyjemne w normalnej jeździe.

Z resztą Kawasaki już przetestowało tę koncepcję w modelu ZR1-TC. Klient dostawał motocykl z turbosprężarką, którą mógł sam regulować. Doprowadzało to często do nieprzewidywalnego zachowania się tego motocykla, który gdy dostawał doładowanie, to skrajnie zmieniał swoją charakterystykę. Kawasaki dostrzegło te problemy, ale postanowiło je rozwiązać w dość osobliwy sposób. Otóż jedynie informowało klientów, że ten motocykl jest niebezpieczny, umieszczając stosowną adnotację w postaci tabliczki ze stosownym napisem.

Na początku lat 80. Suzuki wyprodukowało model XN85 Turbo. Był jednym z nielicznych seryjnie produkowanych motocykli z turbosprężarką. Mimo że był nowatorski, nie odniósł komercyjnego sukcesu.

Turbodoładowane silniki w motocyklach nie są powszechnie stosowane głównie ze względu na wyzwania związane z wagą, chłodzeniem, złożonością, charakterystyką mocy, trwałością oraz efektywnością. Choć istnieją wyjątki, nowoczesne technologie pozwalają na osiąganie wysokich osiągów bez konieczności stosowania turbosprężarek, co sprawia, że pozostają one rzadkością w świecie motocykli.