“Auto’s zijn niet het zuinigst als je 90 km/u rijdt”, kopte het AD een tijdje terug. Een Frans onderzoek bewees dat de zuinigste snelheid lager ligt. Maar hoe zit dat eigenlijk bij motorfietsen? Er is maar één manier om daarachter te komen…
Bij hard rijden zorgt de luchtweerstand voor een hoog verbruik, bij heel langzaam rijden zorgen de inefficiëntie van de verbranding en de tijdsduur dat je onderweg bent voor een hoger verbruik. De ideale snelheid voor een auto zou volgens het AD daarom rond de 70 km/u liggen. Maar motorfietsen zijn geen auto’s. De aerodynamische vormgeving is een stuk slechter, maar het frontaal oppervlak is kleiner, dus de luchtweerstand is anders. Motoren zijn lichter, hebben daardoor minder rolweerstand, dus dat verschilt ook. En heel belangrijk: motorfietsblokken zijn anders gebouwd en anders getuned. Dat vergt een nadere beschouwing.
Pompverliezen
Een viertaktmotor zuigt lucht aan boven de zuiger als die naar beneden gaat. Dan volgen de compressieslag en de arbeidsslag. Daarna gaat de zuiger weer omhoog om het uitlaatgas weg te pompen. Dat uitlaatgas komt uitlaatdempers en bochten tegen: dat zorgt voor weerstand, ook bekend als ‘tegendruk’. Het kost energie om het uitlaatgas tegen de weerstand weg te pompen. Bij de inlaatslag moet de zuiger de lucht langs de inlaatklep zuigen. Als die deels gesloten is, kost dat ook meer kracht dan bij een open gasklep. Bij remmen op de motor rem je immers op het vacuüm in het inlaatspruitstuk. Werkt best goed, als je remmen wilt, tenminste. Als je langzaam wilt rijden, geeft het aanzuigverliezen.
Techniek Hypermilen: zo haal je de meeste kilometers uit een liter benzine
Aan de onderkant van de zuiger gebeurt ook nog iets: elke keer dat een zuiger omhoog en omlaaggaat, verpompt hij ook lucht, het carter in en het carter uit, langs de drijfstang, de krukas en de tandwielen van de bak en de carterontluchting. Die luchtstromingen hebben luchtweerstand, ze kosten dus energie. Dat zijn – samen met de energie die het kost om lucht aan te zuigen en uitlaatgas weg te pompen – de zogenaamde ‘pompverliezen’. Bij multicilindermotoren proberen fabrikanten die verliezen te beperken door de cilinders kort te houden of te voorzien van poortjes, zodat de lucht zo gemakkelijk mogelijk kan wegstromen van onder de cilinder, waarin de zuiger omlaaggaat, naar de cilinder, waarin de zuiger omhooggaat. Maar het zal duidelijk zijn dat je bij hoge toerentallen meer lucht verpompt en dat er dus meer energieverlies optreedt. En hoe groter de motor, hoe meer pompverliezen. Dat is ook het idee achter downsizen: een kleine motor heeft minder pompverliezen. Met een turbo kun je dan zorgen dat hij als het nodig is toch veel vermogen kan ontwikkelen.
Wrijving
Zuigers glijden in de cilinder. Krukastappen glijden in de lagers. Versnellingsbakassen glijden in lagers en de tanden van de tandwielen in die bak glijden over elkaar. De pennetjes van de distributieketting glijden in hun bussen, de nokkenassen glijden in hun lagers en de nokken glijden over de nokvolgers. Er wordt heel wat afgegleden in een motorblok. En waar materialen over elkaar glijden, ontstaat wrijving. De motorolie probeert die materialen uit elkaar te houden, zodat het contact minimaal is en de wrijving ook, maar dat betekent ook dat de moleculen in de olie over elkaar glijden en dat levert wrijving op. Hoe groter de kracht, hoe meer wrijving, dus bij volgas meer dan bij deellast. Ook geldt: hoe hoger het toerental, hoe meer beweging en hoe meer wrijving. Zet het toerental van je schuurmachine maar eens hoger, dan schuurt het een stuk harder, maar je stroomverbruik is hoger. Je bent wel sneller klaar. Dus de vraag is wat dan het minste energie kost. Dat geldt dan ook voor je motor: bij een hoger toerental in dezelfde versnelling heb je meer wrijvingsverliezen per minuut, maar je bent er eerder. Hoe lang je motor draait, heeft dus ook effect op het verbruik, zoals het AD al aangaf.
Restgas
Een belangrijke factor is hoe effectief de motor met brandstof omgaat. Oftewel, hoeveel bewegingsenergie de motor uit de benzine haalt, die hij bij een inlaatslag naar binnen krijgt. Dat is niet bij elk toerental en elke gasklepstand hetzelfde. Dat heeft onder meer te maken met de manier waarop het in- en het uitlaatgas naar binnen stroomt. Om te beginnen bij de uitlaat: zodra de uitlaatklep opent, stroomt het uitlaatgas de uitlaat in. Helemaal leeg krijgt de zuiger de cilinder niet, want hij komt niet in de verbrandingskamer. Er blijft dus restgas achter. Hoe groter de tegendruk van de uitlaat, hoe meer restgas er in de cilinder achterblijft en hoe minder verse lucht er kan worden aangezogen. Daarom zijn sportuitlaten zoveel mogelijk ‘open’, dat geeft het minste restgas. Maar dat is niet het hele verhaal. Er zijn meer effecten die invloed hebben.
Zo werkt de wolk uitlaatgas, die door de uitlaat stroomt, als een soort zuiger: achter de wolk ontstaat een onderdruk. Dat effect wordt bij multicilindermotoren nog versterkt door de configuratie van het uitlaatspruitstuk: als twee uitlaatpijpen samenkomen in een grotere uitlaatpijp, kan de stroming van de ene uitlaat een zuigend effect hebben op de andere uitlaat. Daardoor kun je een onderdruk bij de uitlaatklep creëren op het moment van sluiten. Bij een viercilindermotor met ontstekingsvolgorde 1-3-4-2 geldt dat de motor bij hoge toerentallen optimaal loopt als je de uitlaatpijpen van cilinders 1 en 2 en van cilinders 3 en 4 met elkaar verbindt (een 180°-configuratie). Verbind je cilinders 1 en 4 respectievelijk 2 en 3 (een 360°-configuratie), dan zal de motor bij lage toerentallen beter lopen.
Staande golven
In een uitlaat hebben ook druk- en geluidspulsen invloed. Als de verbrande gassen langs de uitlaatkleppen de uitlaatpijp in ‘ploffen’, ontstaan er drukgolven. Die drukgolven – gebiedjes met hoge en lage druk – verplaatsen zich door de pijp naar het uiteinde. Daar worden ze via schotjes in de dempers teruggekaatst. En zijn er geen schotjes, dan zal ook een open pijp voor een soort terugkaatsing zorgen. Het gevolg is dat de drukgolven in de uitlaatpijp heen en weer lopen. Waar de hogedrukgebiedjes elkaar tegenkomen, ontstaat heel hoge druk, waar de lagedrukgebiedjes elkaar tegenkomen, ontstaat een heel lage druk. De plaats van die hoge en lagedrukgebieden is afhankelijk van de frequentie van die golven, zeg maar van het toerental. Bij een bepaald toerental liggen die gebieden op een vaste plek, vandaar dat deze golven ‘staande golven’ worden genoemd. Als er nu een hogedrukgebied bij de uitlaatklep ligt op het moment dat deze sluit, zal dit een negatieve invloed hebben op de vulling van de cilinder. Het omgekeerde gebeurt als er een lagedrukgebied bij de uitlaatklep ligt, want dan worden de gassen er juist uit gezogen. Een uitlaat kan daardoor bij bepaalde toerentallen heel goed werken, terwijl hij bij andere toerentallen slecht werkt.
Specifiek verbruik
Drukgolven hebben ook een invloed op het aanzuigen van lucht. De lengte van de in- en uitlaatkelken bepaalt bij welk toerental de drukgolven een positief effect op de vulling hebben en bij welk toerental een negatief effect. Een constructeur zal dus moeten kiezen bij welk toerental de motor optimaal moet presteren: de nokkenastiming, de inlaatlengte en de uitlaatconfiguratie bepalen bij welk toerental de motor het meest efficiënt functioneert en dus de meeste energie uit de brandstof haalt. Oftewel, bij welke gasklepstand en bij welk toerental het brandstofverbruik per geleverde pk het laagste is. Dat is het specifiek brandstofverbruik. Zo zie je dat het specifiek brandstofverbruik bij volgas het laagste is vlak onder het toerental van het maximumkoppel.
Techniek actieve ruisonderdrukking: stilte door geluid
Volgas
Betekent dit dat je het zuinigst rijdt als je volgas door het dorp stuift? Nee, want per pk verbruik je wel minder, maar je verbruikt veel pk’s. Dus toch een hoog verbruik. Om 50 te rijden heb je iets meer dan 1,5 pk nodig. Mijn Puch MV50 Skytrack uit 1971 haalt het net. Dan rijd ik volgas met het laagste specifieke verbruik. De Puch loopt dan 1 op 40. Een motorfiets die 100 pk ter beschikking heeft, heeft het gas nauwelijks openstaan. Die rijdt dus met een voor hem zeer hoog specifiek verbruik, zeker als hij te laag of te hoog in toeren rijdt. Bij kleinere gasklepstanden verschuift dit optimum van het specifieke brandstofverbruik namelijk naar lagere toerentallen, maar daalt het toerental te ver, dan stijgt het verbruik weer. Dan kun je dus beter terugschakelen, de effectievere verbranding weegt dan op tegen de extra wrijvings- en pompverliezen van de hogere toerentallen. Het kan dus zomaar zijn dat harder rijden zuiniger is. Tot op zekere hoogte, als de luchtweerstand ook meer invloed krijgt.
Het zuinigst?
De belangrijke vraag is dus: bij welke snelheid is een motorfiets het zuinigst? Dat is natuurlijk een beetje een random vraag, want het hangt er zeer van af welke motorfiets je neemt en vooral wat de cilinderinhoud is. Toch vonden we het leuk om de proef op de som te nemen, want heel ingewikkeld is het ook niet. Moderne motorfietsen geven het verbruik in het dashboard aan, dus je kunt het gewoon aflezen nadat je een traject met constante snelheid hebt gereden, vooropgesteld dat je een moderne motor hebt. Die heb ik niet, maar Suzuki had een GSX-800T in het demopark. En als motor in de middenklasse is dat een prima graadmeter.
Zei ik dat?
Heel ingewikkeld is het niet. Zei ik dat? Categorie ‘famous last words’, want in de praktijk zitten er nog wel wat haken en ogen aan de metingen. 30 of 50 ga je niet op de snelweg rijden, of op een 80-weg, want dan word je van de sokken gereden. Op de dijk van Vianen over Culemborg naar Lienden gaat dat wel, want daar mag je maar 60 en je kunt er door de week een kanon afschieten zonder iemand te raken. Maar 60 wordt daar een uitdaging, want er zitten bochten in. Meestal kan het net zonder het gas dicht te doen. Soms niet en dan is het einde meting. Voor 70 en 80 heb je een lange weg nodig, waar je 80 mag en kunt. Die wegen blijken zeldzaam, het barst van de rotondes en van vrachtwagens die langzaam optrekken en die veel slipstream creëren. Je moet dus een riante afstand aanhouden, anders is je motor ineens heel zuinig. Maar ik heb een paar goede wegen gevonden, helaas niet op dezelfde dag. Dat is met name de metingen bij 80 aan te zien, het waaide harder en dat levert een hoger verbruik op. Ik heb het ook nog even in andere richting geprobeerd, het resultaat laat zich raden. Gelukkig kun je aan de grafiek wel zien waar het gemiddelde zou moeten zitten. Alles boven de 80 kon op de snelweg. Bij 90 heb je hetzelfde probleem met de vrachtwagens, soms loop je er naartoe, soms halen ze je in. Het kost een paar pogingen om het goed te krijgen. 100, 120 en 140 kon op de Duitse snelweg naar Goch. Ruimte zat, wel een beetje wind…
De metingen
Bij de metingen probeerde ik op te trekken tot de gewenste snelheid in de gewenste versnelling en dan bij constante snelheid de dagteller op nul te zetten. Het dashboard begon dan het gemiddelde verbruik opnieuw te berekenen. Je zag het soms dalen, soms stijgen, maar op een gegeven moment stabiliseerde het zich op een bepaalde waarde. Dan kon het wel eens een tiende of twee dalen als je een viaduct opreed, om vervolgens weer een tiende of twee te stijgen als je het viaduct afreed. Als het stabiliseerde, stopte ik en noteerde de meting in Samsung Notes op mijn telefoon. Handig, zo’n ding! Thuis kon alles in een tabel en een grafiek gezet worden. En dat gaf een aantal interessante resultaten.
Resultaat!
Het blijkt bijvoorbeeld bij elke snelheid dat hoe lager de versnelling, hoe hoger het toerental bij dezelfde snelheid en hoe hoger het verbruik. Met als dissonant in deze theorie: bij 50 km/u in z’n vijf rijd ik ineens wat onzuiniger. Afleesfout? Wind even gedraaid? Wie zal het zeggen. Maar de tendens is goed af te lezen en is het duidelijkst bij het verbruik in de vier versnellingen bij 60 km/u: in z’n vier haal je 23,8 km op een liter, in zes 29,5. Dus laag in toeren rijden loont! Het zuinigst? Zowel bij 50 als 60 km/u in de zesde versnelling scoort de GSX-800T 1 op 29,5. Bij 50 km/u rijd je dan 2.100 tpm en dan loopt het blok eigenlijk niet echt lekker meer. 40 km/u in z’n zes zou niet gaan, dan moet je naar z’n vijf en dan stijgt het verbruik. 50 km/u in z’n zes voelt niet gezond voor het blok, dus wil ik stellen dat 60 km/u in z’n zes de zuinigste bruikbare snelheid is.
Verder valt op dat het verbruik daarna stijgt met de snelheid, en steeds sneller naarmate je harder rijdt. Niet vreemd als je weet dat de luchtweerstand kwadratisch toeneemt met de snelheid en dat de toerentallen stijgen. Bij 100 km/u rijd je nog 1 op 26, bij 120 km/u wordt dat al 1 op 18 en bij 140 km/u 1 op 14,3, al waaide het ook weer harder bij die laatste twee.
Wat verder nog interessant is, is dat heel langzaam rijden ook niet helpt: bij 30 km/u in z’n twee rijd je 1 op 17,3, dat is bijna een tweemaal zo hoog verbruik als 60 km/u in z’n zes. Dus die gemeenten die denken dat ze het milieu een dienst bewijzen wanneer ze de snelheid naar 30 km/u verlagen, moeten nog eens nadenken. De CO₂-uitstoot verdubbelt zo ongeveer…
Foto’s: Bart Aansorgh, archief
