MotoGP-techniek: V4 of vier-in-lijn?
Na het stoppen van Suzuki eind vorig seizoen is Yamaha nog de enige fabrikant in de MotoGP-klasse die vertrouwt op de viercilinder-lijnmotor. Maar ook in dit nog prille seizoen heeft Yamaha’s superster Fabio Quartararo het erg moeilijk om zich staande te houden tegen de numeriek overweldigende V4-concurrentie, met wereldkampioen Pecco Bagnaia (Ducati) als speerpunt. Hoe kan dat?
Als je naar de grootste gemene deler kijkt, dan wordt het meteen duidelijk: in het chassis van 20 van de in totaal 22 MotoGP-machines zit dit seizoen een V-motor. Alleen de twee Yamaha YZR-M1’s van Fabio Quartararo en Franco Morbidelli worden nog aangedreven door een vier-in-lijn. Die configuratie lijkt dus zijn beste tijd te hebben gehad. Twee van de laatste drie MotoGP-wereldtitels werden echter gewonnen met dit motorconcept, dat ook zo lang kenmerkend is geweest voor de Japanse motorfietsbouw. In het seizoen 2020 won Joan Mir de titel op de Suzuki GSX-RR en in 2021 reed Quartararo met Yamaha’s vier-in-lijn naar de top van het wereldkampioenschap.
Maar in het seizoen 2022 voedde de strijd tussen de Fransman en de latere wereldkampioen Pecco Bagnaia op de Ducati Desmosedici GP voorzien van een V4-motorblok de kritiek op het concurrentievermogen van de vier-in-lijn. Dat de Fransman, wiens kwaliteiten als coureur buiten kijf staan, het uiteindelijk verloor van de Italiaanse combi wordt geweten aan de conceptuele zwakheden van de vier-in-lijn, ondanks de tweede plek in het kampioenschap. De belangrijkste punten van kritiek: gebrek aan motorvermogen en een trage handling.
Alvorens na te gaan of deze beschuldigingen gegrond zijn, moet je weten dat de technologische vrijheid in de MotoGP niet heel groot meer is. Gestandaardiseerde banden (Michelin), gestandaardiseerde elektronica (Marelli), de beperkte tankinhoud (22 liter) en de beperking van de cilinderboring (81 millimeter) dwingen de ontwikkelaars in een strak technisch korset, waardoor het bijna onmogelijk is geworden om de zwakke en sterke punten van individuele motorconcepten te compenseren. Het resultaat: de techniek – zie inleiding – nivelleert, net als de resultaten. De kloof tussen winnaars en overige finishers in races is seizoen jaar geslonken tot de laagste waarde in de geschiedenis van de motorsport. Winnen en verliezen wordt op detailniveau beslist, details die uiteraard geen enkele fabrikant wenst te onthullen. Vragen worden beantwoord door concurrenten, insiders met jarenlange ervaring en externe technici. Bijvoorbeeld deze vraag:
Genereert een viercilinder-lijnmotor minder topvermogen dan een V4?
Voor MotoGP-motoren worden geen verifieerbare vermogenscijfers gedeeld. In de regel worden topvermogens van 280 tot 300 pk gemeld. Koploper op dit gebied is zonder twijfel de V4 van de Ducati Desmosedici GP, die is voorzien van desmodromische bediende kleppen. De vier-in-lijn van de Yamaha YZR-M1 zit waarschijnlijk aan de onderkant van het spectrum. Het zijn de topsnelheden die een indicatie geven van de rangorde voor wat betreft prestaties. In Mugello haalde Ducati-coureur Jorge Martín vorig jaar de hoogste topsnelheid ooit: 363,6 km/uur. Het zeer vloeiende circuit van Phillip Island in Australië wordt in de regel beschouwd als een goede graadmeter voor de verschillen in topsnelheid en dus motorprestaties. Ook hier domineerde een Ducati (Enea Bastianini) in 2022 met 356,4 km/uur, terwijl Suzuki (Joan Mir) tiende werd met 349,5 km/uur en Yamaha (Fabio Quartararo) twaalfde met 348,4 km/uur. Als we de verschillen in de aerodynamica van deze machines even buiten beschouwing laten, zou dat puur rekenkundig op een vermogensverschil van zo’n 18 pk uitkomen.
De redenen voor het veronderstelde vermogenstekort van de viercilinder-lijnmotoren kunnen echter vanuit technisch oogpunt niet zo makkelijk worden vastgesteld. Een V4-motor is niet per definitie krachtiger dan een vier-in-lijn. De in- en uitlaatkanalen van beide motorconcepten kunnen in beide gevallen bijvoorbeeld even gunstig worden ontworpen. Een belangrijke rol in dit kader speelt waarschijnlijk de aanzienlijk kortere en daardoor torsiestijvere krukas (meer hierover in het kader op pagina ??), die een extremere waarde van de prestatiebepalende parameters zoals timing, compressie en maximumsnelheid mogelijk maakt.
Ook het aantal krukaslagers speelt een rol. Waar een V4 genoegen neemt met drie krukaslagers, heeft de krukas van een viercilinder-lijnmotor er vijf. Het grotere aantal – uitgaande van dezelfde lagerdiameter – leidt tot meer interne wrijving en daarmee tot vermogensverlies. Pompverliezen spelen eveneens een rol.
Bij het in de MotoGP-klasse gebruikelijke maximum toerental van 18.500 tpm moeten de oscillerende zuigers per seconde ongeveer 150 liter lucht in het carter heen en weer pompen. Door de vlakkere hoek van de in een V-vorm opgestelde cilinders kan deze pulserende luchtstroom met minder weerstand – en dus met minder vermogensverlies – worden verplaatst dan in het carter van een viercilinder-lijnmotor. Onder de streep komt het er op neer dat het veronderstelde vermogensverschil van ongeveer zes procent tussen de V4 en de vier-in-lijn kan worden verklaard door het meewegen van de bovengenoemde factoren.
Is een machine met een viercilinder-lijnmotor minder handelbaar?
Voor een goed antwoord op deze vraag zou je de vergelijking met een koorddanser kunnen maken. Als de koorddanser een lange stok gebruikt, is het vanwege de traagheid die zo’n lange stok genereert makkelijker om de balans te houden. Maar diezelfde traagheid vertraagt echter ook de draai als de koorddanser aan het eind van het koord weer wil omdraaien. Met een korte stok is die draai daarentegen sneller te maken, maar is het weer lastiger om de balans op het dunne koord te houden.
In dit verhaal vervult de krukas de rol van de stang. Een V4-krukas is veel korter dan die van een viercilinder-lijnmotor. Concrete waarden van de MotoGP-assen worden uiteraard niet vrijgegeven, maar bij benadering kunnen deze worden ontleend aan die van de productiemachines van de verschillende fabrikanten. Waar de krukas (meetpunten: buitenzijden van de rechter en linker krukaswang) van de Yamaha YZF-R1M 357 millimeter meet, is de krukas van de Ducati Panigale V4 slechts 171 millimeter breed.
Dat is minder dan de helft. Dit betekent dat krukas van de vier-in-lijn aan elke kant bijna tien centimeter verder uit het midden van het voertuig steekt dan zijn V4-tegenhanger.
Het resultaat: Yamaha’s MotoGP-machine is stabieler – denk aan de koorddanser – in de bochten dan een V4. Daarentegen stuurt de Yamaha trager in, en is ook bij het weer oprichten uit bochten langzamer. Daarnaast laat de Yamaha zich lastige omgooien in bijvoorbeeld chicanes. Een V4 is dan duidelijk in het voordeel, want de kortere krukas maakt het makkelijker om de motor in te sturen en weer rechtop te zetten. Die eigenschap is uiteraard ook van invloed op de rijstijl. De beter handelbare V4 is sneller naar de bocht-apex te sturen en kan ook eerder weer worden opgericht en dus ook eerder en harder weer op het gas. De ideale lijn komt – passend bij het motorconcept – dan ook overeen met een V, waar die van de vier-in-lijn meer een rondere U-vorm kent.
Tot voor kort had de vier-in-lijn trouwens nog een constructief voordeeltje ten opzichte van de V4. Waar een V4 namelijk extra ruimte nodig heeft vanwege de twee achterste cilinders, bouwt de vier-in-lijn juist kort met de achter de cilinderbank geplaatste versnellingsbak. Dat biedt meer vrijheid bij het positioneren van het motorblok in het frame, waardoor bijvoorbeeld de druk op de wielen heel nauwkeurig kan worden beïnvloed. Maar die taak wordt meer en meer overgenomen door vleugels en diffusers. Nog een nadeel dus voor de Yamaha.
Kan een vier-in-lijn in de nabije toekomst nog competitief zijn?
De balans van afgelopen seizoen mocht er in ieder geval nog zijn, aangezien een kwart van de 20 GP’s door viercilinder-lijnmotoren werd gewonnen (drie keer Yamaha, twee keer Suzuki). Dit jaar zijn de technici van Yamaha vooral op zoek naar vermogen, want de voor extra grip en hogere bochtensnelheden ondertussen onmisbare winglets zorgen voor extra luchtweerstand. Op topsnelheid komt de M1 dan al zo tot 15 pk te kort. In de testen voor het huidige seizoen bleek al dat de Japanse fabrikant het vermogensmanco van de M1 nog niet had opgelost en daarom ook veel met relatief kleine winglets experimenteerde (zie foto boven).
Het 2023-seizoen zou dus wel eens van doorslaggevende betekenis kunnen zijn voor het lot van de viercilinder-lijnmotor in de MotoGP. “Als de successen uitblijven, zouden we als Yamaha ook een V4 kunnen construeren”, aldus Yamaha-MotoGP-project-manager Kazutoshi Seki. Gezien de achterblijvende resultaten in de eerste GP’s van het nog relatief jonge GP-seizoen lijkt die switch bij Yamaha niet heel ver weg.
