Techniek: lastwisselingen
Harde lastwisselingen kunnen het stuurplezier op lekkere kronkelende weggetjes compleet vergallen. Wat zijn de oorzaken van dit hinderlijke fenomeen en hoe kun je de verschijnselen verminderen?Het begrip lastwisselgedrag omschrijft om precies te zijn twee rijtoestanden. Allereerst het moment waarop het gas wordt dicht gedraaid. De motor wordt dan niet langer door het achterwiel aangedreven, maar blijft rollen door het traagheidsmoment van de voertuigmassa. Al naar gelang de bouwwijze remt de motor vervolgens sterk of minder sterk en abrupt af. Een dikke twin remt bijvoorbeeld harder op de motor af dan een 125 cc tweetakt. Geef je aansluitend weer gas, dan stopt het afremmen op de motor en wordt het achterwiel weer aangedreven. Ook deze handeling verloopt bij veel motoren helaas niet altijd even zacht en soepel. Afhankelijk van toerental en de gekozen versnelling is er namelijk vaak een meer of minder sterke ruk voelbaar. Door deze ruk kan een plotselinge snelheidsverandering optreden, waardoor bijvoorbeeld in bochten een stuurcorrectie nodig is. Bovendien heeft zo’n lastwisselreactie invloed op de werking van de voorvork, want die reageert in de regel met abrupt in- of uitveren. En dat heeft weer onrust in het rijwielgedeelte en het stuurgedrag tot gevolg. Om het fenomeen lastwissel te begrijpen, analyseren we het mechanische proces van een moderne injectiemotor in slowmotion. Voorbeeld: een 1.000 cc viercilinder, die bij 5.000 toeren de motor met een snelheid van 100 km/uur voortbeweegt, levert ongeveer acht pk vermogen. Bij het dicht draaien van het gas sluit de elektronica van injectiemotoren de benzinetoevoer helemaal af en genereert vervolgens een remmoment van ongeveer hetzelfde vermogen. Hierdoor wordt brandstof bespaard en wordt met name het aandeel schadelijke stoffen gereduceerd. Oudere motoren met carburateurs voorzien de motor in deze toestand daarentegen nog steeds van brandstof via de stationaire sproeier. Dit heeft een aanzienlijk zachter remmoment tot gevolg, waardoor rukkerige lastwisselingen bijna compleet worden onderdrukt. In een tijd van steeds strenger worden emissie-eisen zijn motoringenieurs meer en meer aan handen en voeten gebonden. Desondanks wordt met allerlei trucs toch getracht om ook bij injectiemotoren de lastwisselingen zo soepel mogelijk te laten verlopen. Zo zijn injectiesystemen in het overgangsgebied naar afremmen op de motor vaak extreem arm afgesteld, maar het mengsel is nog net rijk en dus brandbaar genoeg om het remmoment wat te verminderen. Maar dit lukt helaas niet onder alle bedrijfsomstandigheden, waardoor een motor op die momenten nog steeds abrupt wil vertragen. Ook bij gas geven kan een motor heel abrupt reageren. Want precies op het moment dat een cilinder door de injectoren weer van vers mengsel wordt voorzien en het mengsel wordt ontstoken, stijgen plotseling het toerental en het koppel aan de krukas. Deze verbrandingsslag wordt echter niet direct aan het achterwiel doorgegeven, waar het door een grote weerstand wordt afgeremd en gedempt, maar krijgt door speling in de aandrijflijn extra vaart, waardoor de motor rukkerig wil versnellen. Hoe groter de speling, des te harder de lastwisselreacties zullen zijn. En hoe lichter de krukas, respectievelijk zijn roterende massa, des te bruter het vermogen er in komt. Niet zo vreemd dus, dat hoogtoerige supersport veel harder op het gas reageren dan lome cruisers met hun massieve en zware krukassen. Een klein voorbeeld: de krukas van een moderne 600 supersport weegt ongeveer 9,9 kilo en die van een Kawasaki cruiser met 2.000 cc cilinderinhoud een dikke 24 kilo. Daarbij zijn de roterende massakrachten door de grotere diameter van de krukwangen van de V-twin nog een veelvoud hoger dan bij de supersport (foto 1). Om de harde eerste verbrandingsslag wat af te zwakken, is het van groot belang dat de gaskleppen bij gematigd gas geven onder een zo klein mogelijke hoek worden geopend. Om deze verfijnde aansturing voor de rijder makkelijker te maken, wordt de mechanische bediening van de gaskleppen progressief aangestuurd. Dat betekent dat in de eerste paar graden dat het gashendel wordt verdraaid, de gaskleppen proportioneel minder worden geopend dan wanneer het gashendel bijna helemaal open wordt gedraaid. Dit kan worden bewerkstelligd door gebruik van een excentrische gaskabelrol, een schuifstangconstructie (zoals de bijvoorbeeld de Harley-Davidson V-Rod heeft) of door middel van een progressief werkende gashendel (foto 2). Worden de gaskleppen te snel en te ver geopend, dan komt het vermogen er overeenkomstig hard in. Een andere belangrijke factor is de speling in de aandrijflijn, dus tussen krukas en achterwiel. Door de geïntegreerde transmissiedemper in het koppelingshuis kan er in de koppeling al speling worden opgebouwd (foto 3). Nog meer speling ontstaat door de vrije draaihoek van de klauwen op de versnellingsbaktandwielen. Deze kunnen zich, al naar gelang de versnelling, tussen de pakweg 10° en 30° ten opzichte van elkaar verdraaien (foto 4). Hoe groter deze hoek, hoe beter de bak schakelt. Maar dat betekent aan de andere kant ook dat de lastwisselreacties een stuk harder zullen zijn. En daar komt ook de speling veroorzaakt door een noodzakelijk of door slecht onderhoud doorhangende ketting nog bij (foto 5). Tel je daar ook de speling van de transmissiedemper tussen het achterste kettingtandwiel en de achternaaf nog bij, dan staat de krukas, al naar gelang de gekozen versnelling en de constructie van de versnellingsbak, tot 180° vrije draaihoek ter beschikking voordat de verbrandingsslag het achterwiel en daarmee een duidelijk gedefinieerde weerstand bereikt. Daar stuiten de lastpieken op de tweede transmissiedemper. Als deze versleten is en zich zonder weerstand enkele graden laat verdraaien, dan moeten de dempingrubbers worden vervangen. Tip: dempingrubbers met te weinig voorspanning kunnen door het plakken van overeenkomstig dikke aluminium plaatjes op de naaf sterker worden voorgespannen. Hierdoor wordt ook de draaihoek in de aandrijflijn kleiner en worden de lastwisselreacties milder. Want het is deze ongeremde vaart van een verbrandingsmotor die in krappe bochten en in stadsverkeer voor veel motorrijders het rijplezier vergalt. [BU’s][MRD p. 105, boven]In krappe bochten kunnen flinke lastwisselreacties de ideale lijn en het rijplezier aardig bederven.[p. 105 linksonder]De basisoorzaak van een rukkerig inkomend vermogen is de verbrandingsdruk in de motor. Al naar gelang toerental en stand van de gaskleppen, stijgt het draaivermogen aan de krukas abrupt door de verbranding in de cilinder (tekening rechts) en versnelt het achterwiel, geholpen door de speling in de aandrijflijn, plotseling met een ruk. [p. 106 boven, gewicht ook overnemen]1Lichte krukassen (links) met kleine krukwangen zorgen enerzijds voor een pittig motorkarakter, maar zwakken anderzijds de harde verbrandingsslag minder af dan een krukas met grote krukwangen en een overeenkomstig grote massatraagheid (rechts). [p. 106 midden links]2Om de gaskleppen tijdens het gas geven gedoseerd te kunnen openen, worden progressief werkende gashendels toegepast. Deze werken in het begin met weinig slag (links), waarna de gaskleppen na ongeveer 1/3 van de totale slag sneller openen. [p. 106 onderaan links]3Om de hoge verbrandingsdrukken op te vangen, zit er in het koppelingshuis een veerbelaste transmissiedemper (A). Hierdoor kan het koppelingshuis (B) een paar graden verdraaien.[p. 106 onderaan rechts]4De meeste speling in de aandrijving ontstaat door de vrije draaihoek van de klauwen op de versnellingsbaktandwielen. Bij lastwisselingen verdraaien deze tussen de 10° en 30° voor ze de kracht verder leiden naar het achterwiel. [p. 107 boven links]5Teveel doorhangen (rode pijl) van de ketting versterkt de lastwisselreacties. Daarnaast kan het plotseling aangespannen gedeelte van de ketting hard en luidruchtig op de kettinggeleiding van de swingarm slaan.[p. 107 onderaan links]6Tussen het achterste kettingtandwiel en de achternaaf is een tweede transmissiedemper gemonteerd. Zit er te veel speling tussen de rubbers en de bevestiging van het kettingtandwiel, dan worden de lastwisselreacties versterkt. [Kader]TIPS VOOR EEN BETER LASTWISSELGEDRAGAangezien je bij elektronisch gestuurde injectiesystemen alleen met de grootste moeite het lastwisselgedrag kunt optimaliseren, rest je niets anders dan het correct afstellen van bepaalde parameters. * Bijvoorbeeld de speling in de gaskabel. Als er in het begin te veel speling op de gaskabel zit, kun je het ‘drukpunt’ van de gasbediening moeilijk vinden. Dat betekent dat je bij gas geven snel over dat ‘drukpunt’ heen schiet en de gaskleppen overeenkomstig snel worden geopend. Is die speling zo klein mogelijk, dan kun je vanaf de eerste millemeter de gaskleppen al heel fijn gedoseerd openen. Let er bij het verminderen van de speling bij een geopend gashendel op dat de kabel ook bij een volledig uitgedraaid stuur nog een beetje speling heeft. Eventueel moet na het verminderen van de speling het sluitmechanisme worden nagesteld om een soepele en wrijvingsarme werking te garanderen. * De volgende stap: de optimale vermindering van de kettingspanning ofwel het doorhangen van de ketting. Om vast te stellen hoe strak je de ketting kunt spannen, moet de swingarm zover worden ingeveerd, dat de achteras, het scharnierpunt van de swingarm en het middelpunt van de uitgaande versnellingsbakas in één lijn liggen. In deze situatie moet de ketting met een beetje druk (halverwege het voorste en achterste kettingtandwiel) ongeveer 10 tot 15 millimeter op en neer kunnen bewegen. Is dat het geval, dan moet het achterwiel compleet worden ontlast en meet je de doorhang van de ketting op hetzelfde punt nogmaals. Deze waarde noteer je vervolgens om in de toekomst een uitgangspunt te hebben voor de meest optimale kettingspanning en om op deze wijze lastwisselreacties te verminderen. * Tijdens het rijden van lage snelheden, bijvoorbeeld in haarspeldbochten, kun je door de achterrem te gebruiken hinderlijke lastwisselreacties wat onderdrukken. Met zachte druk op het rempedaal controleer je de snelheid, zonder dat je het gas volledig sluit. Zo hoef je het gas niet langer te openen en sluiten, waardoor er geen onrust in het rijwielgedeelte ontstaat. Vooral bij het rijden van bergpassen komt deze techniek van pas en kun je lekker vloeiend blijven sturen. Bang hoef je niet te zijn, want de thermische belasting van de remschijven en remblokken bij snelheden onder de 50 km/uur is te verwaarlozen.
