Magia wykorbień i wibracji: Suzuki i ich nowy silnikowy majstersztyk

Suzuki prezentując dwa nowe motocykle celujące w segment średniaków, chyba nie szczędziło środków na dopracowanie konstrukcji dzielonego przez nie silnika. Dobrze skrojona jednostka napędowa może z powodzeniem posłużyć przez długie lata jako baza do prezentowania coraz to nowych propozycji poszerzających ofertę i uatrakcyjniających samego producenta w oczach potencjalnych odbiorców. Wszak silnik to jeden z najważniejszych punktów wpływających na wrażenia z jazdy i charakter sprzętu. Jakie w ogóle występuje rodzaje rzędowych dwójek w motocyklach, czym się różnią i którą z opcji wybrało Suzuki? W końcu jak powstał nowy rzędowy twin i dlaczego jest rzędówką tylko z wyglądu?

Zwykło się przyjmować, że klasyczne silniki rzędowe posiadają tłoki pracujące naprzemiennie. To oznacza, że jeżeli jeden z nich jest na końcu suwu (czyli na samym dole), drugi jest na samej górze. Tak pracująca klasyczna konstrukcja silników rzędowych posiada wał z wykorbieniami przesuniętymi o 180 stopni względem siebie. W stosunku do silników jednocylindrowych takie rozwiązanie pozwala na diametralną zmianę charakterystyki napędu. Dwucylindrowy silnik o tej samej pojemności co jednocylindrowy, ma mniejsze i lżejsze podzespoły, które mogą osiągać wyższe prędkości obrotowe i dawać tym samym lepsze osiągi. Słowem zalet, oprócz droższej, bo wymagającej większej ilości części oraz większego zaangażowania parku maszynowego produkcji, jest całkiem sporo.

To klasyczne dzisiaj rozwiązanie (układ) w dwucylindrowych silnikach motocyklowych nie jest jedynym. Powstawały także konstrukcje, w których obydwa tłoki pracowały równolegle, osiągając górny oraz dolny martwy punkt w tym samym momencie. Twiny 180-stopniowe, odwrotnie do wspomnianych 360-stopniowych, mają idealną równowagę pierwotną (przynajmniej w uproszczeniu), ponieważ ruch jednego tłoka w górę przeciwdziała ruchowi drugiego tłoka w dół, ale nierówny odstęp między zapłonami z krótką 180-stopniową przerwą między spalaniem, po której następuje długie oczekiwanie aż wał obróci się aż o 540 stopni. Te konstrukcje nie są też pozbawione wibracji, ale mają one inny charakter niż w przypadku jednostek jednocylindrowych, czy twinów o wykorbieniu 360 stopni. Ponieważ ruch tłoków, a bardziej ich ciągłe naprzemienne przyspieszanie i zwalnianie, odbywa się w pewnej odległości względem siebie (rozstaw czopów wału), powoduje kołysanie silnika. Z kolei 360-stopniowe rzędówki mają równomiernie rozmieszczone interwały zapłonu, jeden na każdy pełny obrót wału korbowego, ale fatalną „główną” równowagę, ponieważ tłoki poruszają się w górę i w dół razem. Tutaj zamiast kołysania występuje trzesięnie silnikiem. I bądź tu zatem mądry i wybierz co lepsze. Różny charakter pracy pozwala dobrać odpowiednią jednostkę napędową do zastosowania. Jednak w przypadku motocykli chciałoby się często połączyć ogień z wodą i mieć żywiołową oraz dająca dużą sprawność jednostkę, która zarazem może poszczycić się nienaganną kulturą pracy. Z drugiej strony, to właśnie kultura pracy silnika i jej rodzaj wpływają na charakter motocykla, czyli koniec końców na jego odbiór przez motocyklistę. Nie zawsze zatem gładko i aksamitnie oznacza najlepsze rozwiązanie w tym względzie. Jest jednak jeszcze jedno rozwiązanie, które w ostatnich latach zyskuje mocno na popularności.

Rewolucja? Raczej dążenie do perfekcji

Konstruktorzy z Suzuki, tworząc nowego rzędowego twina o pojemności 776 cm³, nie przeprowadzili totalnej rewolucji. Skupili się za to na dopracowaniu tego, co już znamy i co z powodzeniem sprawdza się w motocyklowych jednostkach napędowych o uniwersalnym zastosowaniu. Mowa m.in. o przestawieniu wykorbienia wału o 270 stopni. Taki układ oznacza, że silnik, będący rzędowym twinem, tak naprawdę pracuje tak samo jak dwucylindrowa V-ka. Połączenie charakterystyki V2 z układem R2 ma sporo zalet. Po pierwsze konstrukcja samego silnika jest bardziej kompaktowa i bardziej efektywna pod względem sprawności. Nie mamy tu chociażby dodatkowego układu rozrządu, który przecież musi posiadać swój napęd, a także dodatkowej głowicy, która przecież jest skomplikowanym pod względem wytwarzania elementem. Mniejsza ilość współpracujących części, to niższe koszty produkcji, ale też mniejsze opory podczas pracy. Również waga takiej jednostki jest mniejsza, a bardziej filigranowa pod względem wymiarów konstrukcja pozostawia więcej swobody przy projektowaniu całego podwozia, a także, mającego ogromne znaczenie układu dolotowego, o którym rzadko się wspomina.

W wypadku rzędowego dwucylindrowego silnika z wykorbieniem wału przestawionym o 270 stopni, zapłon następuje co 270 stopni, kolejny po 450 stopniach obrotu wału i znów po 270 stopniach. Takie odstępy zapłonu powodują specyficzną charakterystykę silnika. Podobny rozkład zapłonów ma miejsce w silnikach V2 z cylindrami rozstawionymi względem siebie pod kątem 90 stopni. Rzędowy silnik z wykorbieniem przestawionym o 270 stopni powoduje, że jego charakterystykę, czyli generowane wibracje, czy sposób oddawania mocy, można umiejscowić gdzieś pomiędzy układem 180 stopni oraz 360 stopni. Wiele podpowiada zatem, że może to być tzw. złoty środek dla rzędowych dwucylindrowych konstrukcji. Wszystko jednak zależy od tego jaki charakter końcowy chcemy uzyskać.

Przerwa w zapłonach: co to i po co?

Duża przerwa w zapłonach ma nie tylko wpływ na przebieg krzywych momentu i mocy w skali prędkości obrotowej, ale też wpływa dodatnio na zdolność tylnej opony do przeniesienia napędu. Dzięki sporym odstępom pomiędzy zapłonami, mieszanka bieżnika ma zwiększoną możliwość odzyskania przyczepności. Prawdopodobnie to właśnie dlatego, pracujące “nierówno” silniki Harleya-Davidsona zdominowały na długie lata wymagające wyścigi typu flat track, gdzie walka o przyczepność na nieutwardzonej nawierzchni trwa przez cały wyścig.

Prace nad V-Stromem 800DE oraz GSX-8S zaczęły się od stworzenia zwartej, kompaktowej jednostki napędowej, która miała pozwolić projektantom na swobodę w projektowaniu podwozia ze zoptymalizowaną geometrią. Nowy silnik – w myśl założeń inżynierów z Japonii – musiał zapewnić duży moment obrotowy i odpowiednią moc, a jednocześnie napędzany nim motocykl miał być łatwy w prowadzeniu i płynnie reagować na komendy przepustnicy. Nowy rzędowy, dwucylindrowy silnik, z rozrządem DOHC, o pojemności 776 cm 3 , generuje moc 84 KM przy 8500 obr./min oraz osiąga maksymalny moment obrotowy 78 Nm przy 6800 obr./min. W przypadku GSX-8S moc maksymalna jest o 1 KM niższa, a podyktowane jest to innym, mniej pojemnym układem wydechowym, którego końcówka schowana jest pod silnikiem. Charakterystyka nowego silnika ma także ułatwiać kontrolę nad motocyklem podczas wolnej jazdy. Osiągnięto to m.in. dzięki specjalnie zaprojektowanemu airboksowi, ale także dzięki „architekturze” wału korbowego z wykorbieniami co 270 stopni. Pomaga w tym także elektronika z system Suzuki Low RPM Assist.

Wibracje wzięte w karby

Silnik w układzie ze wspomnianym przesuniętym wykorbieniem sam z siebie generuje dość sporo wibracji, dlatego inżynierowie Suzuki skupili mocno swoje prace także nad tym problemem. Podczas, gdy Honda w silniku stworzonym do napędu Horneta 750 oraz Transalpa 750, a także Yamaha w swoim znanym już od dawna silniku CP2, wykorzystują pojedynczy wałek wyrównoważający z dwoma przeciwwagami, Suzuki poszło o krok dalej w swoich pracach rozwojowych. Ich efektem jest tzw. Suzuki Cross Balancer, czyli unikalny, opatentowany system wyrównoważający pracę i redukujący drgania generowane podczas pracy. System ten oparty jest na dwóch wałkach, których przeciwwagi umijescowione są pod katem 90 stopni względem wału korbowego. Takie rozwiązanie zastosowano po raz pierwszy w motocyklu seryjnym. Jego zadanie to nie tylko skuteczne tłumienie drgań, przyczyniając się do płynniejszej i przyjemniejszej dla kierowcy pracy silnika, ale także umożliwienie opracowania jednostki lżejszej i bardziej zwartej.

Przeczytaj też:

Suzuki V-Strom 800 DE: Motocykl adventure nie taki jak myślisz [test, zdjęcia, cena, dane techniczne]

Wytłumianie wspominanych wcześniej sił związanych z nieustannym zwalnianiem i przyspieszaniem tłoków, pozwala odchudzić składowe elementy układu korbowo-tłokowego bez szkody dla jego żywotności. Z drugiej strony same wałki to dodatkowe elementy, które by działać skutecznie muszą swoje ważyć i zajmują też miejsce. Konstrukcja jest też bardziej skomplikowana, ale przynosi wymierne korzyści. Korzenie systemu Cross Balancer tkwią w koncepcyjnej turbodoładowanej jednostce napędowej stworzonej na potrzeby prototypu Suzuki o nazwie XE7, która została pokazana w 2015 roku. Według projektantów za tym rozwiązaniem stoi fakt, że pojedynczy wałek nie może mieć wystarczająco dużych ciężarków wyważających w silniku o większej pojemności skokowej, lub stworzonym do współpracy z doładowaniem. Poza tym dwa wałki mogą wytłumiać różne rodzaje drgań, lub drgania generowane przez konkretny tłok. W naszym przypadku każdy wałek wyrównoważający przejmuje drgania z jednego cylindra, przy czym  wałek znajdujący się z przodu układu korbowo-tłokowego niweluje podstawowe drgania lewego cylindra, a wałek pod spodem odpowiada za prawy cylinder.

Suzuki tworząc nowy silnik, z pewnością szukało optymalnego rozwiązania pod względem wydajności, wrażeń z jazdy, ale także kosztów produkcji. Również dobrana pojemność silnika nie jest tutaj przypadkowa. Obecnie Zarówno V-Strom 800 DE, jak i GSX-8S to największe pod tym względem motocykle w stawce japońskich średniaków w swoich segmentach. To co projektanci Suzuki chcieli uzyskać przede wszystkim, najlepiej widać w generowanych parametrach. Pomimo największej pojemności ich moc maksymalna nie jest najwyższa. Brylują za to w kwestii najmocniejszego średniego zakresu obrotów, czyli tego, którego używamy najczęściej podczas codziennej jazdy – również tej bardziej dynamicznej. Mocny środek to mniej mieszania w biegach, a utrzymywanie silnika na niższych prędkościach obrotowych pozwala także wpłynąć dodatnio na ekonomię jazdy.

Zaawansowane technologie

Nowy twin Suzuki to zaawansowana pod względem technologicznym i konstrukcyjnym jednostka. Oprócz patentu Suzuki nazwanego “cross balancer”, czyli dwóch wałków wyrównoważających pracujących względem wału korbowego pod kątem 90 stopni, zastosowano tu kute tłoki skonstruowane przy użyciu komputerowej analizy Metodą Elementów Skończonych. Z kolei gładzie odlewanych ciśnieniowo cylindrów pokryto specjalnie opracowanym przez Suzuki kompozytowym materiałem, który z powodzeniem sprawdził się w motocyklach wyczynowych – na przykład w maszynach klasy Moto GP. A wszystko po to by poprawić odprowadzanie ciepła, zmniejszyć tarcie i zapewnić większą żywotność układu korbowo-tłokowego.

Nie zabrakło także technologii Ride-by-Wire, która zastępuje linkę gazu w coraz większej ilości nowoczesnych jednośladów, a także wysokociśnieniowych i wydłużonych wtryskiwaczy paliwa wyposażonych w 10 dysz w celu poprawy jednorodności mieszanki paliwowo-powietrznej. Kabelek zamiast linki pozwolił tez na zastosowanie asystenta wolnych obrotów, który ułatwia ruszania i pilnuje by silnik nie zgasł. Nie zabrakło też sprzęgła antyhoppingowego, a atakże specjalnego bypassu cieczy chłodzącej łączącego pompę wody z głowicą. Wszystko po to, by silnik jak najszybciej uzyskiwał optymalną temperaturę pracy.

Magiczne wykorbienie

Obecnie silniki obracające się o 270 stopni stają się coraz bardziej popularne, ponieważ znajdują idealne miejsce między bardziej tradycyjnymi konstrukcjami z wykorbieniem wynoszącym 180 i 360 stopni. W takich konstrukcjach interwał zapłonu jest bardziej równy niż bliźniaczy 180-stopniowy, ale mniej regularny niż w konstrukcjach 360-stopniowych: korba obraca się o 270 stopni między pierwszym a drugim cylindrem, a następnie 450 stopni przed kolejnym zapłonem. Jest to ten sam interwał, co w przypadku 90-stopniowego V-twina i taki, który daje szerokie spektrum użytecznych obrotów.

Przeczytaj również:

Nowe Suzuki GSX-8S: Nie tego się spodziewałem [cena, zdjęcia, wideo, dane techniczne]

Co ważne, przesunięcie o 270 stopni oznacza, że gdy jeden tłok zatrzymuje się na górze lub na dole cylindra, drugi osiąga maksymalną prędkość w połowie swojego ruchu. W rezultacie przyspieszenie jednego tłoka odpowiada spowolnieniu drugiego, eliminując w dużym stopniu nieprzyjemne wibracje wtórne. Taki układ również mieści się między dwoma pozostałymi, jeśli chodzi o równowagę pierwotną i efekt kołysania silnika (kołysanie na boki spowodowane ruchem tłoków). Ich równowaga pierwotna jest lepsza niż w silnikach 360, ale nie tak dobra jak  w 180.Takie rozwiązanie wydaje się więc optymalne pod wieloma względami i pozwala na napędzanie jedną jednostką motocykli z nawet diamteralnie różnychsegmentów Nowy GSX-8S oraz V-Strom 800 DE są tego dobrymi przykładami. w.

270-stopniowy bliźniak Suzuki – również w motocyklu adventure zrywa z tradycją, zastępując jeszcze do tego roku charakterystyczny dla serii (pomijając małego V-Stroma 250) układ. Jednak pod względem charakteru napędu nadal jest jednostką, w której fani podróżnych enduro Suzuki z pewnością się zakochają. W dodatku, wykorzystując konstrukcję „Cross Balancer” z dwoma wałkami wyważającymi zamiast jednego, jego kultura pracy jest na bardzo wysokim poziomie. Wibracje nie są całkowicie zniwelowane. Czuć, ze ten silnik żyje, ale nie wporwadzają dyskomfortu. Co ciekawe, oba wałki wyrównoważające są napędzane tym samym kołem zębatym w opatentowanym układzie zaprojektowanym tak, aby był bardziej zwarty niż inne układy. Taka konstrukcja pozwala także na użycie większe przeciwciężarów, zajmując sumarycznie mniej miejsca niż klasyczny pojedynczy wałek.