Techniek: volgas rijden

Het asfalt schiet onder je door, auto’s worden ingehaald of ze stil staan en de horzon zoomt razendsnel in. Als je volgas op de Duitse snelweg rijdt en de tellernaald richting 300 gaat lijkt de wereld steeds kleiner te worden. Maar wat gebeurt er op zo’n moment onder je, in het motorblok dat met 13.500 toeren per minuut staat te gillen?We staan er eigenlijk nooit zo bij stil, maar als de toerentellernaald richting het rode gebied gaat, luiden onder je – in het motorblok – ook alle alarmbellen. Het lijkt niet op te kunnen met de hedendaagse motortechniek, maar de krachten, versnellingen, temperaturen en belastingen gaan allemaal naar de limiet. Elk onderdeeltje wordt tot het uiterste belast en een dikke straal smeerolie zorgt voor smering en inwendige koeling. De motortemperatuur loopt op en de uitlaatbochten staan roodgloeiend.In vier aparte kaderstukken willen we uitleggen wat er gebeurt als je een stukje volgas over de snelweg rijdt. Voor de waarden zijn we uitgegaan van de 2009 Yamaha R1, maar je kunt die waarden en bevindingen in feite voor alle 1000 cc supersports gebruiken.IN DE CILINDER EN CILINDERKOPINLAATSLAG: Bij 12.000 toeren per minuut (= 200 toeren per seconde) is het een heksenketel in de cilinder. Er vindt 100 keer per seconde een inlaatslag plaats, waarbij de zuiger de lucht naar binnen zuigt. Deze stroomt sneller dan het geluid (333 meter per seconde) naar binnen!COMPRESSIESLAG: Door de opwaartse beweging van de zuiger wordt het frisse benzineluchtmengsel samengeperst: het volume neemt bij een 1000 cc viercilinder af van 250 cc naar circa 20 cc. Door dat samenpersen loopt de temperatuur van het frisse mengsel op naar circa 500º C.ARBEIDSLAG: De bougie ontsteekt het gecomprimeerde mengsel en de explosie duwt de zuiger naar beneden. De temperatuur neemt plotsklaps toe tot wel 3000º, de druk loopt op tot 90 bar. Op de zuiger wordt op dat moment een kracht van 3,7 ton losgelaten, zeg maar het gewicht van een volgepakt bouwvakkersbusje…UITLAATSLAG: De verbande uitlaatgassen worden door de omhoog bewegende zuiger langs de geopende uitlaatklep naar buiten geperst, via de bochten naar de uitlaatdemper. Die kleppen en het eerste stuk van de uitlaatbocht hebben het nu zwaar, ze worden tot wel 800º verhit en zijn roodgloeiend.IN HET MOTORCARTERWat door de explosie in de verbrandingskamer aan kracht opgewekt wordt, wordt via de zuiger en drijfstang omgezet in een draaiende beweging van de krukas. En hoe: is het motorcarter lijkt de hel te zijn losgebroken. Op zijn top draait de R1 uit dit verhaal 13.500 toeren per minuut. Dat zijn dus 225 omwentelingen per seconde!Via tandwielen wordt het vermogen overgebracht naar de koppeling. Door de primaire overbrenging draait deze dan 8.930 tpm. Omgekeerd evenredig stijgt het koppel: de 111 Nm aan de krukas nemen toe tot 168 Nm aan de koppeling. Door de wrijving in de primaire tandwielen verlies je hier echter – ondanks optimale smering – twee procent vermogen. Maar het is een wonder dat de tanden van de tandwielen heel blijven. In de zesde versnelling worden de tanden van de tandwielen bijvoorbeeld met meer dan 5.000 Newton (ongeveer 510 kilo) tegen elkaar geduwd. Vandaar dat alle tandwielen uit een bijzonder sterke staalsoort zijn gemakat, dat bovendien is nabehandeld zodat het weerstand kan bieden aan deze enorme krachten.DE EINDAANDRIJVINGNa de koppeling en versnellingsbak komt het motorvermogen bij het voortandwiel naar buiten. Het voortandwiel draait op topsnelheid 7.036 toeren per minuut oftewel 117 omwentelingen per seconde. Het koppel is gestegen naar 213 Nm. Dat is de kracht die de ketting naar het achterwiel moet overbrengen. Deze open en bloot draaiende ketting krijgt het dus zwaar voor zijn kiezen, reden om hem altijd goed te smeren. Bij topsnelheid wordt elk schakeltje dus met ongeveer 500 kilo belast. Het vertelt ons meteen waarom een tandriem (foto) op dit soort supersports nog geen schijn van kans maakt: de belasting is simpelweg te hoog. Als je vanuit stilstand wegaccelereert kan die kracht trouwens tijdelijk toenemen tot over de 1.000 kilo!De ketting zelf schiet met meer dan 110 km/uur over het tandwiel!Eenmaal aangeland bij het achtertandwiel moet de kracht via de band op het wegdek overgebracht worden. Het koppel bedraagt bij het achterwiel een geweldige 589 Nm. En die enorme trekkracht moet overgebracht worden via een stukje band van enkele vierkante centimeters. Op topsnelheid slipt de band dan ook continu iets door, denk aan een slip van ruim 3%. Dat verklaart meteen waarom de achterband zo warm wordt bij volgas rijden.DE CIJFERTJES BIJ VOLGAS RIJDEN (286 km/uur en 13.500 tpm)Uitgangsbasis: viercilinder viertakt, 998 cc, boring 78 mm, slag 52,2 mm (Yamaha R1, model 2009)Max. vermogen: 173 pk aan de krukas en 159 pk aan het achterwielMax. koppel: 111 nm aan de krukasMax toerental krukas: 13.500 tpm (= 225 toeren per seconde)Toerental koppeling: 8.930 tpn (koppel: 168 Nm)Toerental voortandwiel: 7.036 tpm (koppel: 213 Nm)Toerental achterwiel: 2.522 tpm (koppel 589 Nm)Gemiddelde zuigersnelheid: 23,5 meter per seconde (= 85 km/uur)Maximale zuigersnelheid: 37,6 meter per seconde (= 135,4 km/uur)Gemiddelde vertraging van de zuiger: 27.083 m/s²Omtreksnelheid van de ketting: 110 km/uurRijsnelheid theoretisch: 295 km/uurDoorslippen achterband-wegdek: ca 3%Rijsnelheid praktisch (met slip): 286 km/uurTemperatuur achterband: 100º c aan het oppervlakBUEen kijkje in de verbrandingskamer: de inlaatkleppen (boven) worden gekoeld door het frisse benzine/lucht-mengsel. De uitlaatkleppen (onder) hebben het zwaarder en staan roodgloeiend!