Letnie opony

[snafu]

W s-max trzymają bardzo fajnie :0 ale cięższe auto więc i balon chyba mniejszy.

[TAM]

Błędna diagnoza, jeżeli chodzi o wartość przyśpieszenia.
Większe koła powodują bowiem efekt "dłuższej" skrzyni biegów, albo inaczej mówiąc "dłuższego" przełożenia głównego.
Ty natomiast mówisz o czymś innym - o czasie przyśpieszenia do konkretnej prędkości podanej przez Ciebie, gdzie w pobliżu tej prędkości przypada zmiana biegów. Gorszy czas (a nie wartość przyśpieszenia) wynika zatem z faktu chwilowej utraty ciągu na luzie pomiędzy biegami. To wszystko.
Przyśpieszenie samochodu, w rozumieniu wartości fizycznej, będzie jednak gorsze przy większych kołach.

I to jest właśnie błędna diagnoza...  :-)
Rzeczywiście niezaprzeczalnym faktem jest to, że większe koła powodują efekt ,,dłuższej" skrzyni biegów (na tym właśnie opiera się cała idea). Należy się jednak zastanowić, czy taki efekt zawsze musi wpływać negatywnie (lub pozytywnie) na przyspieszenie. Otóż okazuje się, że nie zawsze. Wszystko zależy od charakterystyki silnika, konkretnie od przebiegu mocy w funkcji obrotów silnika. Ta charakterystyka jest zupełnie inna dla samochodów wolnossących niż dla turbodoładowanych. Pokażę to na konkretnym przykładzie. Rozpatrzmy najczęściej spotykany w Focusach ST przypadek przebiegu mocy w funkcji obrotów silnika, t.j. taki, gdy moc maksymalna pojawia się już przy ok. 4700 obr. i utrzymuje się do 6500 obr. Standardowa technika maksymalnego przyspieszania polega na kręceniu silnika na wszystkich biegach prawie do maksymalnych obrotów. Dla uproszczenia przyjmijmy, że jest to wspomniane 6500. Załóżmy w tym przykładzie, że przyspieszamy na 3. biegu, po czym zmieniamy go na 4 przy 6500 obr. Stosunek przełożeń obu biegów to ok. 0.76 (1.09/1.43). Co się stanie, gdy przy 6500 zmienimy bieg? Obroty spadną do wartości 0.76*6500=4940. Ale dla takiej wartości obrotów samochód nadal dysponuje mocą maksymalną, korzystna jest więc sytuacja, gdy rozmiar opon będzie jak największy, gdyż wtedy największy będzie zakres prędkości osiąganych na danym biegu. Zupełnie inaczej wygląda sytuacja dla typowego silnika wolnossącego, gdy moc rośnie niemal cały czas, aż do końca zakresu. Wtedy zmiana biegu powoduje spadek obrotów do wartości, przy której moc samochodu jest wyraźnie mniejsza od maksymalnej, co bezpośrednio (negatywnie) przekłada się na przyspieszenie. Korzystne jest więc stosowanie skrzyni o wielu, mało różniących się przełożeniach, gdyż wówczas zmiana biegu powoduje stosunkowo mały spadek obrotów, a więc stosunkowo mały spadek mocy. To jest jednak nie do zrealizowania mając już daną, konkretną skrzynię, stosuje się więc ,,sztuczkę" ze zmniejszeniem rozmiaru opon (a nawet opon i felg). Co to daje? Odpowiedź jest prosta - zmniejsza się bezwzględna różnica w prędkościach obrotowych przy zmianie biegów (a więc zmniejsza się też utrata mocy), co oczywiście korzystnie wpływa na przyspieszenie. Okupione jest to niestety koniecznością częstszej zmiany biegów (co nie musi być dużym problemem), a co gorsza zmniejszeniem prędkości maksymalnej, co już może stanowić problem i jest nie do ominięcia. Jak z tego widać, wielkość opon (ogólnie średnica kół) ma jedynie pośredni wpływ na przyspieszenie, w inny sposób niż mogłoby się to na pierwszy rzut oka wydawać. Mam nadzieje, że wyjaśniłem to w wystarczający sposób, choć w dużym uproszczeniu.
Natomiast całkowicie prawdziwe jest Twoje stwierdzenie: ,,Ty natomiast mówisz o czymś innym - o czasie przyśpieszenia do konkretnej prędkości podanej przez Ciebie, gdzie w pobliżu tej prędkości przypada zmiana biegów. Gorszy czas (a nie wartość przyśpieszenia) wynika zatem z faktu chwilowej utraty ciągu na luzie pomiędzy biegami." Właśnie o to mi chodziło w podanym przykładzie przyspieszania 0-100 km/h.
Teraz jest już chyba jasne, dlaczego nieprawdziwe (a dokładniej: nie zawsze prawdziwe) jest Twoje podsumowanie:
,,Dłuższa skrzynia = gorsze przyśpieszenie, wyższa prędkość maksymalna.
Krótsza skrzynia = lepsze przyśpieszenie, niższa prędkość maksymalna."
Prawdziwy jest tylko fragment dotyczący prędkości maksymalnej.

To wszystko jest już chyba nieco off-topic, może należałoby pomyśleć o przeniesieniu tej dyskusji do innego działu?

[sseebbaa1]

Dziękuję za Twoją obszerną odpowiedź.

TAM podajesz:
,,Wszystko zależy od charakterystyki silnika, konkretnie od przebiegu mocy w funkcji obrotów silnika. Ta charakterystyka jest zupełnie inna dla samochodów wolnossących niż dla turbodoładowanych."
po czym omawiasz sposób zestopniowania skrzyni biegów i czy dana skrzynia pasuje do danego rodzaju silnika. Weryfikujesz w ten sposób czy obroty nie spadają zbyt nisko po przejściu na wyższy bieg. Oczywiście jest to bardzo ważna rzecz, lecz w naszym wypadku jest ona bez znaczenia.
Zmiana przełożenia głównego nie zmienia bowiem wzajemnej zależności silnik-skrzynia. Biegi pozostają te same, w takich samych odstępach od siebie. To oznacza – najważniejsze - każdy bieg zaczyna się i kończy przy tej samej prędkości obrotowej silnika, co przed zmianą przełożenia głównego

Mówiąc jeszcze inaczej – jeżeli założyłbyś do samochodu koła od traktora*, to nadal po przełączeniu biegów np. z trójki na czwórkę silnik schodziłby na dokładnie te same obroty

Dlatego przy rozważaniu zmiany kół (jako sposobu na zmianę przełożenia głównego) nie ma żadnego sensu podawanie cyferek i zastanawianie się: ,,Co się stanie, gdy przy 6500 zmienimy bieg? Obroty spadną do wartości 0.76*6500=4940."
Obroty nie spadną do innego poziomu, jeżeli założysz mniejsze lub większe koła. Ale wydaje mi się, że co do tego, to obaj się zgadzamy.


Przedstawiłeś dwa warianty: dla silnika turbo oraz dla wolnossącego.
Zauważ, że opisywaną przez Ciebie ,,sztuczkę" stosowaną w wolnossących poprzez skrócenie przełożenia głównego można z powodzeniem zastosować do silnika turbo i taki zabieg da lepsze przyśpieszenie na danym biegu (jeżeli nie ma poślizgu opony).
Bo znowu jedyną stratą, z której wyciągasz wniosek o gorszym przyśpieszeniu jest moment zmiany biegów. Natomiast przyśpieszenie na danym biegu musi być lepsze, bo silnik ma łatwiej dzięki wyższemu przełożeniu głównemu.
Gdyby prawdziwym było twierdzenie dla silnika turbo, że ,,korzystna jest więc sytuacja, gdy rozmiar opon będzie jak największy, gdyż wtedy największy będzie zakres prędkości osiąganych na danym biegu.", to w zasadzie można by było zamontować koła wielkości kół traktorowych, a żeby wykluczyć ewentualny kontr-zarzut, że będzie za duża bezwładność masy koła, to przyjmijmy baaardzo długie przełożenie główne na dyferencjale – czy wówczas przyśpieszenie samochodu byłoby lepsze? Absolutnie nie.

Zatem ten fragment: ,,Należy się jednak zastanowić, czy taki efekt zawsze musi wpływać negatywnie (lub pozytywnie) na przyspieszenie. Otóż okazuje się, że nie zawsze. Wszystko zależy od charakterystyki silnika, konkretnie od przebiegu mocy w funkcji obrotów silnika."
nadal uwzględnia w Twoich przemyśleniach fakt zmian biegów, w trakcie których następuje utrata ciągu. Natomiast analiza czystego przyśpieszenia na danym biegu musi prowadzić do wniosków przeciwnych.

Jako podsumowanie i dobre zobrazowanie podam taki przykład:
mamy konkretny samochód (może być ten turbo) z idealną skrzynią biegów, która potrafi zmienić biegi bez straty ciągu - w sumie można śmiało tu podać skrzynię DSG. No i w tym samochodzie zakładamy raz mniejsze, a raz większe koła. Zauważ, że ten przykład eliminuje jedynie stratę ciągu w trakcie zmiany biegów. Reszta elementów układanki pozostaje bez zmian.
Na którym zestawie kół samochód będzie miał lepsze przyśpieszenie zakładając, że nie osiągnie prędkości maksymalnej?



*Przy porównywaniu karykaturalnie przerysowanych, skrajnych przykładów (jak ten z kołami od traktora) najłatwiej zauważyć wzajemne zależności w tym układzie mechanicznym.

[TAM]

Całkowicie zgadzam się z pierwszą częścią twojej wypowiedzi dotyczącej wzajemnej zależności silnik-skrzynia. Weź proszę pod uwagę, że mój post i tak był przydługi, dlatego jest w nim wiele skrótów myślowych, niekoniecznie oczywistych. W moich rozważaniach w ogóle nie brałem pod uwagę straty przyspieszenia związanej z czasem przełączania biegów (poza przykładem 0-100 km/h). Wydaje mi się, że zapominasz o jednej istotnej rzeczy – w przypadku założenia kół o mniejszej średnicy będziesz zmuszony zmieniać biegi wcześniej (przy mniejszej prędkości samochodu) niż przy standardowym rozmiarze kół, a co za tym idzie wcześniej będziesz tracił moment obrotowy na kołach związany z mniejszym przełożeniem. To jest chyba oczywiste, musisz przecież skompensować mniejszą średnicę kół. Zysk jest więc iluzoryczny. Jedyną korzyścią jest skrócenie czasu pozostawania na danym biegu, co jest niczym innym jak dążeniem do zapewnienia pracy silnika w pobliżu maksymalnej mocy. Ty piszesz natomiast, że jest to w tym przypadku bez znaczenia, podczas gdy ma to znaczenie kluczowe. Twój przykład z kołami od traktora jest bardzo dobry, można go jeszcze bardziej uogólnić przez zastąpienie skrzyni o stałych przełożeniach skrzynią bezstopniową. W takim przypadku rozmiar założonych kół nie ma ŻADNEGO wpływu na przyspieszenie. Przy stopniowanej skrzyni ma to już znaczenie, ale niewielkie dla silników turbo (poza oczywistym problemem podczas startu - skrzynia musi od razu zapewnić pracę silnika w zakresie maksymalnej mocy. To jest jednak w przypadku silników turbo łatwe do osiągnięcia, gdyż i tak maksymalny moment obrotowy możliwy do przeniesienia bez poślizgu kół jest dużo mniejszy niż ten wynikający z maksymalnej mocy przy danych obrotach).
,,Sztuczkę" ze zmniejszeniem rozmiaru kół można oczywiście stosować także dla samochodów turbo, ale praktycznie nie tylko nic to nie daje, ale nawet pogarsza przyspieszenie ze względu na większą trudność z zachowaniem trakcji. Po co mi większy moment obrotowy na kołach na 3. czy 4. biegu, jeśli wciśnięcie pedału w podłogę powoduje buksowanie kół?

[sseebbaa1]

Wydaje mi się, że zapominasz o jednej istotnej rzeczy – w przypadku założenia kół o mniejszej średnicy będziesz zmuszony zmieniać biegi wcześniej (przy mniejszej prędkości samochodu) niż przy standardowym rozmiarze kół, a co za tym idzie wcześniej będziesz tracił moment obrotowy na kołach związany z mniejszym przełożeniem.

Mieszasz dwie różne sprawy. To, że auto po zmianie przełożenia głównego - dzięki mniejszym kołom - będzie na danym biegu osiągało niższą prędkość nie oznacza, że "będę wcześniej tracił moment obrotowy na kołach". Auto tylko szybciej będzie przechodziło przez kolejne biegi, a ten moment nigdzie nie znika. Maksymalny moment nadal będzie osiągany przy tych samych obrotach silnika i maksymalna moc również. Ty natomiast sugerujesz, że to gdzieś znika. Potwierdzeniem, że takie jest Twoje rozumowanie jest kolejne zdanie, że muszę coś kompensować.

To jest chyba oczywiste, musisz przecież skompensować mniejszą średnicę kół.

Nic nie muszę kompensować, bo nic nie znika
Wprost przeciwnie. Jak zastosujesz krótsze przełożenie, to moment obrotowy mierzony na kołach zwiększy się!
Z czego to wynika? A z tego, że skrócenie przełożenia głównego jest tak naprawdę zwiększeniem ramienia siły, do którego przyłożony jest moment obrotowy pochodzący od silnika. Czyli masz większą dźwignię.

Krótsze przełożenie spowoduje, że oczywiście auto będzie szybciej przechodziło przez kolejne biegi, ale też będzie mocniejsze na każdym z tych biegów (moc mierzona na kołach).
Zauważ w jaki sposób dobierane są przełożenia główne w samochodach wyścigowych. Mechanicy zawsze maksymalnie skracają przełożenie, a granicą tego skrócenia jest maksymalna prędkość na najdłuższej prostej. Czyli skracają tak biegi (dzięki przełożeniu głównemu), aby silnik nie dobił do limitera obrotów na najszybszym fragmencie toru. Na najdłuższej prostej wyścigówka jest w pobliżu maksymalnych obrotów na najwyższym biegu. To jest najlepsze możliwe ustawienie. Gdyby ustawili przesadnie długie przełożenie główne, to byłaby to czysta strata w wyścigu, bo na każdym biegu wyścigówka rozpędzałaby się gorzej, niż bolidy konkurentów.
Gdyby podążać Twoim tokiem myślenia, to inżynierowie wyścigowi ustawialiby długie przełożenia, aby "nie tracić momentu" i niby powinni wtedy mieć nadzieję na lepsze przyśpieszenie samochodu.

A, i jeszcze jedna sprawa. W ostatnim fragmencie Twojej wypowiedzi niepotrzebnie wprowadzasz dodatkowy parametr, a mianowicie przyczepność opon, który to parametr nie ma znaczenia dla analizy omawianej zależności - wpływ zmiany przełożenia głównego na przyśpieszenie auta.

PS. Odpowiedz sobie też na moje wcześniej postawione pytanie, bo je pominąłeś:

mamy konkretny samochód (może być ten turbo) z idealną skrzynią biegów, która potrafi zmienić biegi bez straty ciągu - w sumie można śmiało tu podać skrzynię DSG. No i w tym samochodzie zakładamy raz mniejsze, a raz większe koła. Zauważ, że ten przykład eliminuje jedynie stratę ciągu w trakcie zmiany biegów. Reszta elementów układanki pozostaje bez zmian.
Na którym zestawie kół samochód będzie miał lepsze przyśpieszenie zakładając, że nie osiągnie prędkości maksymalnej?

Ja znam odpowiedź.

[TAM]

Tylko Ci się wydaje, że znasz odpowiedź :-)

Krótsze przełożenie spowoduje, że oczywiście auto będzie szybciej przechodziło przez kolejne biegi, ale też będzie mocniejsze na każdym z tych biegów (moc mierzona na kołach).

Sęk w tym, że to jest nieprawda, a właściwie nie tyle nieprawda, co ukryty błąd w rozumowaniu. Cóż z tego, że auto będzie mocniejsze na każdym z biegów, jeśli dla tej samej prędkości trzeba być na wyższym biegu (i mieć przez to mniejszy moment na kołach)? Ponieważ skrytykowałeś wprowadzenie przeze mnie dodatkowego parametru w postaci przyczepności opon (poniekąd słusznie - ja zrobiłem to jedynie w celu pokazania praktycznej strony zagadnienia), to zajmijmy się stroną czysto teoretyczną. Jako że z liczbami się nie dyskutuje, poniżej przedstawię czysto teoretyczne wyliczenia. Dla uproszczenia rachunków i zwiększenia ich przejrzystości przyjmijmy następujące założenia: mamy 2 samochody - A i B, które różnią się jedynie rozmiarem kół. Samochód B ma średnicę kół 2 razy mniejszą niż samochód A (przykład skrajny, ale nie ma wpływu na nasze rozważania). Dodatkowo przyjmijmy, że biegi zmienia się przy 6000 obrotów, a skrzynie mają takie przełożenia, że zmiana biegu na wyższy powoduje 2-krotny spadek obrotów silnika i że sumaryczne przełożenie na 1. biegu wynosi 4 dla samochodu A. Wówczas dla samochodu B będzie to wartość 8. Dla ułatwienia sobie życia przyjmijmy również (m. in. w celu pominięcia różnych efektów związanych ze startem), że wyścig rozpoczyna się od jazdy na 1. biegu z jakąś tam prędkością, ale z obrotami 3000 dla samochodu A, czyli 6000 obrotów dla samochodu B. W tym momencie następuje start i dzieją się takie rzeczy:

- samochód A przyspiesza mając sumaryczne przełożenie 4, natomiast samochód B zmienia bieg na wyższy (bo osiągnął 6000 obr.) po czym przyspiesza od 3000 obrotów również z przełożeniem 8/2=4. Ma więc identyczne przyspieszenie jak samochód A

- samochody jadą równo, wreszcie B osiąga 6000 obrotów. W tym samym momencie samochód A osiąga... również 6000 obrotów! Dlaczego? Ponieważ oba samochody mają w tym momencie takie same sumaryczne przełożenia i wcześniej jechały równo.

- oba samochody zmieniają biegi w tej samej chwili, co oznacza przełożenie 2 dla samochodu A i takie samo dla samochodu B

- samochody przyspieszają równo (mają takie same sumaryczne przełożenia) i powtarza się sytuacja z poprzedniego punktu

- w końcu samochód B nie może już zmienić biegu na wyższy, samochód A może i nadal przyspiesza

Zaskakujące? Dla mnie było, gdy pierwszy raz się temu dokładniej przyjrzałem, Jest to trochę niezgodne z intuicją, ale cóż... Zapewniam Cię, że ten wynik w ogóle nie zależy od tak arbitralnie przyjętych w przykładzie wartości. Dla innych przełożeń i średnic kół obliczenia stają się jedynie nieco dłuższe. Jak więc widać, rozmiar kół nie jest istotny, oczywiście jeśli pominiemy różne zjawiska związane ze startem (ale to już inna sprawa). Liczy się natomiast ,,gęstość" biegów, czyli o jaki procent spadają obroty po zmianie biegu na wyższy, co z kolei dobiera się tak, żeby po zmianie biegu wpasować się taki moment charakterystyki silnika, żeby moc była możliwie największa. Dlatego generalnie więcej biegów potrzeba dla silników wolnossących, mniej dla turbodoładowanych, o czym zresztą pisałem już wcześniej, ale chyba w niezbyt jasny sposób.

[sseebbaa1]

No tak. Jeżeli pominiemy sam start, to brzmi logicznie.
Przedstawiony przez Ciebie przykład na skutek sprytnego zabiegu pozbawił jeden z samochodów pierwszego biegu
Natomiast w tym Twoim przykładzie samochód A ze startu zatrzymanego (a nie lotnego) będzie startował z tak długiej jedynki, że ma łączne przełożenie o takiej wartości, jak dwójka w B.
Czyli A będzie startował, tak naprawdę z dwójki, a B normalnie z jedynki. Zatem A jednak raczej przegra z B poprzez słaby start.

Dzięki za wyjaśnienie.

PS. W takim wypadku przy wyższych prędkościach większe koła będą wpływały negatywnie na przyśpieszenie nie na skutek przełożenia jakie powodują, a na skutek większej masy wirującej i mocniej odsuniętej od osi koła.