Naučte se, jak určit správný točivý moment

Cadillac opustil obvyklé značení svých vozů a zavedl klasifikaci motorů nikoli podle výkonu, ale podle točivého momentu. Jaká je tato vlastnost a proč je pro motor tak důležitá?

Drtivá většina automobilek používá k označení svých motorů výkon nebo objem spalovacích komor. Obě tyto vlastnosti jsou již zastaralé. Jestliže před 50 lety závisel tah karburátorových motorů na vrtání válců, nyní přicházejí ke slovu nové technologie. Při stejném objemu spalovacích komor se výkon zvýší dvakrát až třikrát. Například nyní malé 2,0litrové řadové motory od BMW nebo Volva dokážou produkovat přes 400 koní. Maloobjemové 4válcové benzinové přeplňované benzinové motory tak nyní disponují stejným výkonem a tahem jako atmosférické 8válcové motory před 15 lety, protože jsou kromě stupňovitého přeplňování vybaveny i složitým systémem vstřikování.

Výkon v koňských silách však již dostatečně nepopisuje stávající vlastnosti motoru. Auto s malým výkonem se může na silnici zdát mnohem rychlejší a zajímavější než jiný výkonnější borec. Vznětové agregáty jsou například z hlediska trakce mnohem napřed před benzinovými, což znamená, že vykazují lepší dynamiku.

Obecně byla požadována jiná charakteristika, která by mohla adekvátně popsat schopnosti moderního motoru. A automobilky to vidí na točivém momentu.

Odkud pochází „koňská síla“?

Slavný anglický vynálezce navrhl měřit výkon motoru v koňských silách. James Watt v roce 1789. Na počátku průmyslové revoluce v Anglii byli koně využíváni jako zdroj energie pro zdvihací stroje v dolech, přístavech a mlýnech. Byli zapřaženi do navijáku jeřábu a poháněni v kruhu.

Zvíře o hmotnosti asi 500 kg zapřažené do mechanismu, kráčející v kruhu a protahující lano soustavou kladek, dokázalo zajistit chod jeřábu rovnající se zvednutí břemene o hmotnosti 90 kg rychlostí 1 metr za sekundu. Náklad se zvedal v sudech nebo pytlích o hmotnosti každého od 140,9 do 190,9 kg. Za 8 hodin práce tak kůň, potácející se kolem navijáku rychlostí 3 km/h, mohl bez problémů přetížit 33 000 liber, což se rovná téměř 14 tunám. Tato práce byla předepsána jako standard „koňské síly“.

Parní motory mohly dělat stejnou práci mnohem rychleji, protože měly několik koňských sil. Podle definice Jamese Watta tedy výkon není sportovní dynamika auta, nikoli reakce na plyn, ale práce vykonaná za jednotku času.

Co je točivý moment?

Stejný princip platí pro spalovací motor. Jedinou silou, která tlačí píst, je energie výbuchů směsi benzínu a vzduchu. Píst je podobný Wattovu koni. Roztáčí klikový hřídel a poté přenáší pohyb na kola prostřednictvím systému hřídele převodovky. Čím rychleji se otáčí, tím větší výkon a více práce motor vykoná.

Pokud se přítlačná síla pístů vynásobí délkou klikové páky, získáme točivý moment, na kterém závisí tah motoru. Vyjadřuje se v Newtonmetrech (1 Nm se rovná síle 1 Newton krát páka 1 metru). Čím delší jsou páky, tím větší tah motor vytváří.

Pokud má motor vysoký točivý moment, kola se točí rychleji za jednotku času. Auto se stává dynamičtějším.

Zrychlení hurikánu

Točivý moment je tedy velmi důležitou charakteristikou, na které závisí dynamika vozu. Čím vyšší točivý moment, tím silnější jsou „koně“ pod kapotou. Točivý moment se také používá k určení elasticity motoru, to znamená jeho schopnosti poskytovat stejný tah v širokém rozsahu otáček. Důležité je zejména to, že vysoký točivý moment je k dispozici téměř okamžitě po startu. Pak bude cítit emoční zrychlení vozu.

No, koňská síla je potřeba na něco jiného. Vyjadřují schopnost motoru automobilu odolávat větru a dalšímu zatížení. Vysoký výkon se projevuje především v maximální rychlosti stroje.

Obecně je „koňská síla“ velmi nespolehlivá charakteristika, která závisí na mnoha faktorech. Tato jednotka měření je již dávno zastaralá. Pomocí chytrých programů řízení motoru lze množství „koňských sil“ zvýšit nebo snížit, což mnoho výrobců používá k umělému navyšování výkonu motoru.

Proto je počet Nm točivého momentu v označení motoru mnohem informativnější charakteristikou.

Viz též:

• Pud sebezáchovy. Testovací jízda Mitsubishi ASX 2015 →
• Změna registrace. Testovací jízda Mitsubishi Pajero Sport →
• Déja vu efekt. Vyzkoušejte si nové Suzuki SX4 →

Točivý moment motoru (také známý jako točivý moment nebo moment síly) je vektorová fyzikální veličina, která charakterizuje rotační působení síly na tuhé těleso a je rovna vektorovému součinu vektoru poloměru, který povede z osa rotace do bodu působení síly. Ve fyzice je moment síly chápán jako „rotující síla“. V obecně uznávané soustavě jednotek se jednotkou měření momentu síly stal Newton metr (N.m). 1 N.m se rovná síle 1 Newtonu působící na páku o délce 1 metru.

Obsah

Točivý moment a výkon

Automobiloví nadšenci mezi sebou často debatují o tom, čí motor je silnější. Někdy ale netuší, z čeho se tento parametr skládá. Obecně přijímaný termín „koňská síla“ zavedl vynálezce James Watt v 150. století. Přišel na to, když pozoroval koně, který byl zapřažen do mechanismu, který vytahoval uhlí z dolu. Spočítal, že jeden kůň dokáže za minutu zvednout 30 kg uhlí do výšky 735,5 metrů. Jedna koňská síla odpovídá 1 wattu nebo 1,36 kW se rovná XNUMX k.

V první řadě se u kteréhokoli motoru posuzuje výkon v koňských silách a až poté si pamatují točivý moment. Tato trakční charakteristika však také dává představu o specifické trakci a dynamických schopnostech vozu. Točivý moment je indikátorem provozu pohonné jednotky a výkon je hlavním parametrem pro provádění této práce. Tyto ukazatele spolu úzce souvisí. Čím více koňských sil motor produkuje, tím větší je potenciál točivého momentu. Tento potenciál je realizován v reálných podmínkách prostřednictvím převodových a nápravových hřídelů stroje. Spojení těchto prvků dohromady přesně určuje, jak lze výkon přeměnit na točivý moment.

Nejjednodušším příkladem je srovnání traktoru se závodním autem. Závodní auto má spoustu koňských sil, ale ke zvýšení rychlosti přes převodovku je potřeba točivý moment. Aby se takové auto pohnulo vpřed, je potřeba jen velmi málo práce, protože převážná část výkonu je využita k rozvoji rychlosti.

Pokud jde o traktor, může mít motor se stejným zdvihovým objemem, který produkuje stejný výkon. Ale v tomto případě se výkon nevyužívá k rozvoji rychlosti, ale ke generování trakce (viz třída trakce). K tomu prochází vícestupňovou převodovkou. Traktor tedy nevyvíjí vysoké rychlosti, ale dokáže táhnout velké náklady, orat a obdělávat půdu atp.

U spalovacích motorů se síla přenáší z plynů hořícího paliva na píst, z pístu se přenáší na klikový mechanismus a poté na klikový hřídel. A klikový hřídel přes převodovku a pohony roztáčí kola.

Točivý moment motoru přirozeně není konstantní. Je silnější, když na rameno působí větší síla, a slabší, když síla slábne nebo přestává působit. To znamená, že když řidič sešlápne plynový pedál, síla působící na rameno se zvýší, a proto se zvýší točivý moment motoru.

Výkon zajišťuje překonání všech druhů sil, které brání autu v pohybu. Jedná se o třecí sílu v motoru, převodovce a pohonech vozu, aerodynamické síly, odvalovací síly kol atd. Čím větší výkon, tím větší odpor sil bude stroj schopen překonat a vyvinout větší rychlost. Výkon však není konstantní síla, ale závisí na otáčkách motoru. Na volnoběh je výkon stejný, ale v maximálních otáčkách je úplně jiný. Mnoho výrobců automobilů uvádí, při jaké rychlosti je dosaženo maximálního možného výkonu vozu.

Je třeba vzít v úvahu, že maximální výkon se nevyvine okamžitě. Auto se rozjíždí z klidu na téměř minimální rychlost (mírně nad volnoběhem) a mobilizace plného výkonu chvíli trvá. Zde vstupuje do hry točivý moment motoru. Na něm bude záležet, za jak dlouho auto dosáhne svého maximálního výkonu – tedy dynamiky jeho zrychlení.

Řidič se často potýká se situacemi, kdy je nutné vozu výrazně zrychlit, aby mohl provést požadovaný manévr. Sešlápnutím plynového pedálu na podlahu má pocit, že auto slabě zrychluje. Rychlé zrychlení vyžaduje silný točivý moment. To je to, co charakterizuje odezvu vozu na plyn.

Hlavní síla ve spalovacím motoru je vytvářena spalovací komorou, ve které se zapaluje směs paliva a vzduchu. Pohání klikový mechanismus a přes něj klikový hřídel. Páka je délka kliky, to znamená, že pokud je délka delší, zvýší se i točivý moment.

Je však nemožné zvětšovat rameno kliky donekonečna. Koneckonců pak budete muset zvýšit zdvih pístu a tím i velikost motoru. Současně se sníží otáčky motoru. Motory s velkým pákovým klikovým mechanismem lze použít pouze ve velkých lodích. Ale u osobních automobilů s malými rozměry klikové hřídele nemůžete experimentovat.

Fyzikální definice výkonu a točivého momentu motoru

Z kurzu fyziky v deváté třídě víme, že točivý moment M se rovná součinu síly F působící na páku délkou ramene L. Vypočítá se podle vzorce: M = F * L.

Definice výkonu motoru a chápání tohoto parametru, zavedené ve vědě, je následující: jedná se o fyzikální veličinu, která charakterizuje práci, kterou motor vykonává po určitou dobu. To znamená, že výkon ukazuje, jak rychle může auto s určitou hmotností ujet určitou vzdálenost. Čím vyšší výkon, tím větší maximální rychlost vůz vyvine při stejné pohotovostní hmotnosti. V klasické fyzice se výkon měří ve wattech nebo kilowattech a koňská síla je nesystémová jednotka měření.

Pochopení točivého momentu je obtížnější. Točivý moment motoru je kvalitativní ukazatel, který charakterizuje rotační sílu klikového hřídele motoru. Vypočítá se jako součin síly, kterou na píst působí rameno (tj. vzdálenost od středu osy otáčení klikového hřídele k bodu připojení pístu (klikovému čepu). Točivý moment přímo závisí na tlakové síle plynů v válce na pístu, stejně jako na pracovním objemu motoru a na stupni komprese směsi paliva a vzduchu ve válcích produkují vznětové motory výrazně vyšší točivý moment – právě proto, že mají extrémně vysoký stupeň. stlačování směsi motorové nafty a vzduchu ve spalovacích komorách.

Vysoký točivý moment motoru poskytuje vozidlu lepší dynamiku zrychlení i při nízkých otáčkách klikového hřídele a výrazně zvyšuje trakční vlastnosti motoru: zvyšuje nosnost vozidla a jeho ovladatelnost.

Točivý moment dosahuje nejvyšší hodnoty při určitých otáčkách. Benzínové motory vyžadují více otáček než dieselové motory. Výkon motoru je v podstatě sekundární výkonnostní charakteristikou motoru, která je odvozena od točivého momentu. Je lineárně závislá na otáčkách klikového hřídele: čím vyšší otáčky, tím větší výkon motoru (samozřejmě do určitých limitů).

Točivý moment se také zvyšuje s rostoucími otáčkami motoru. Jakmile však dosáhne své nejvyšší hodnoty (při určité rychlosti klikového hřídele), jeho výkon začne klesat, bez ohledu na další zvýšení rychlosti.

Jak změna točivého momentu ovlivňuje dynamiku vozu?

Pro zajištění co nejvyšších dynamických vlastností vozu vyvíjejí automobilky pohonné jednotky, které mají maximální točivý moment v širším rozsahu otáček motoru. Vysoký točivý moment je typický pro vznětové motory, ale i víceválcové a přeplňované motory.

Aby bylo možné skutečně posoudit roli výkonu a točivého momentu při utváření dynamických charakteristik stroje, je třeba vzít v úvahu následující:

• vůz se silnějším motorem, který však nemá dostatečný točivý moment, bude v dynamice zrychlení horší než vůz s menším výkonem, ale vyšším točivým momentem;
• vysoký točivý moment, který je motor schopen „nabrat“ již při nízkých rychlostech, umožní vozu mnohem efektivněji zrychlit;
• nejvyšší rychlost, kterou může auto vyvinout, přímo závisí na výkonu jeho motoru a točivý moment, na rozdíl od dynamiky zrychlení, tento ukazatel neovlivňuje. Maximální rychlost vozu, který má obrovský točivý moment, nemusí být příliš vysoká. Například vysoce výkonná SUV mají velký točivý moment a nízkou maximální rychlost, zatímco závodní auta mohou mít malý točivý moment hnacího hřídele, ale vysokou rychlost.

Bez ohledu na výkon motoru tedy dynamika zrychlení vozu a jeho schopnost bez problémů stoupat do stoupání zcela závisí na maximálním točivém momentu. Čím více točivého momentu je přenášeno na hnací kola a čím širší je rozsah otáček motoru, ve kterém je dosaženo, tím jistěji bude vůz zrychlovat a překonávat obtížné úseky silnic.

Nutno podotknout, že přímé srovnání charakteristik motorů, které jsou konstrukčně shodné, ale mají rozdílné točivé momenty, bude mít smysl pouze v případě, že parametry a převody budou stejné – když budou mít převodovky podobné převodové poměry. Pokud se tyto parametry liší, pak nemá praktický smysl porovnávat točivé momenty a schopnosti motorů.

Točivý moment pro benzínové a naftové motory

Benzínové motory nemají nejvyšší točivý moment. Točivý moment benzínového motoru dosahuje své maximální hodnoty při otáčkách ne nižších než 3-4 tisíc otáček za minutu. Benzinový motor však dokáže rychle zvýšit výkon a roztočit se až na 7-8 tisíc otáček. Při takto ultravysokých rychlostech se výkon výrazně zvyšuje.

Dieselový motor nemá vysoké otáčky. Obvykle je to 3-5 tisíc otáček za minutu a zde ztrácí na benzínové motory. Točivý moment vznětového motoru je však několikanásobně vyšší a je k dispozici velmi rychle, téměř od volnoběhu.

Jako konkrétní příklad můžeme připomenout testy dvou motorů od Audi – jednoho dieselového: 2.0 TDI o výkonu 140 koní. a točivým momentem 320 N.m, a druhý benzín: 2.0 FSI o výkonu 150 koní. a točivý moment 200 N.m. Na základě výsledků zkušebního provozu v různých režimech se ukazuje, že dieselový motor je až 30-40 koní. výkonnější než benzínový motor v rozsahu od 1 do 4,5 tisíce otáček. Proto byste neměli hledět pouze na koňské síly. Stává se, že motor s menším zdvihovým objemem, ale s vysokým točivým momentem, se projevuje mnohem dynamičtěji než motor s velkým zdvihovým objemem, ale nízkým točivým momentem.

V technických specifikacích, které jsou uvedeny pro každý vůz a jeho motor, je maximální točivý moment vždy uveden v kombinaci s otáčkami, při kterých lze takového točivého momentu dosáhnout. V tomto případě se obvykle uvažuje: pokud lze maximálního točivého momentu dosáhnout při otáčkách do 4,5 tisíc otáček za minutu, pak lze takový motor nazvat nízkootáčkový; a pokud více než 4,5 tisíc ot / min – pak vysokorychlostní.

Při nízkém počtu otáček se do spalovacího prostoru dostane malé množství směsi vzduchu a paliva za jednotku času, takže točivý moment a výkon jsou nízké. Zvyšováním otáček se zvyšuje množství směsi paliva se vzduchem (a následně i výkon a točivý moment). Po dosažení významných parametrů začíná výkon klesat v důsledku mechanických ztrát v důsledku tření mechanismů; setrvačné ztráty; z nedostatečného vstřikování vzduchu (tzv. hladovění kyslíkem).

Pro zajištění maximálního množství vzduchu vstupujícího do spalovací komory i při nízkých otáčkách motoru se používají elektronicky řízené systémy přeplňování turbodmychadlem. Použitím takových systémů přeplňování turbodmychadlem je možné zajistit rovnoměrné charakteristiky točivého momentu v širokém rozsahu otáček motoru.

Jaké závěry lze vyvodit z výše uvedeného?

Při posuzování provozních parametrů automobilu a přímých výkonových charakteristik jeho motoru bude mít velikost točivého momentu vyšší prioritu než výkon. Mezi motory, které mají přibližně stejné konstrukční a provozní parametry, budou mít větší přednost ty s vyšším točivým momentem.

Pro zajištění lepší dynamiky zrychlení vozu a zajištění optimálních trakčních vlastností motoru musí být otáčky klikového hřídele udržovány v rozsahu hodnot, při kterých může točivý moment dosáhnout svého špičkového výkonu.

Ve výsledku můžeme usoudit, že klasifikovat a porovnávat auta pouze podle výkonu motoru (koní) není úplně správné. Zvláštní pozornost je třeba věnovat také točivému momentu (N.m). Pokud je točivý moment motoru výrazně vyšší než u podobného nebo podobného konkurenta z hlediska výkonnostních charakteristik, bude mít takový motor větší dynamiku.

Spalovací motor vyvine svůj maximální výkon při určitých otáčkách. U benzínových aut je to asi 6 tisíc otáček, u dieselových vozů méně než 4 tisíce otáček. Proto dieselové motory zpravidla patří do nízkootáčkové třídy a benzinové motory do vysokorychlostní třídy.

Pro jízdu ve městě se nejlépe hodí nízkootáčkové přeplňované motory. Pokud chcete soutěžit v rychlostech na dálnici, pak je lepší zvolit auto s vysokorychlostní pohonnou jednotkou.

Způsoby zvýšení točivého momentu motoru

Hodnotu potřebnou pro točivý moment konkrétního modelu automobilu určují inženýři v předběžné fázi vývoje konstrukce motoru. Závisí na něm i další prvky vozu: jeho odpružení, brzdění a řízení, aerodynamika. Než se tedy pustíte do posilování motoru sami, je důležité se ujistit, že se auto z přeposilování motoru nerozpadne.

Existuje mnoho způsobů, jak zvýšit točivý moment a tím i výkon motoru:

• změna geometrických vlastností skupiny pístů;
• zvýšená komprese;
• výměna vstřikovačů nebo trysek;
• instalace přeplňování na atmosférický motor;
• změny v systému sání vzduchu;
• úprava nebo výměna výfukového systému;
• chiptuning přeprogramováním palivové karty řídící jednotky motoru.

Nucené zvýšení točivého momentu a výkonu motoru však výrazně snižuje jeho životnost.

Jak správně akcelerovat pomocí maximálního točivého momentu

K tomu je důležité vědět, jak pracovat s převodovkou. Pro maximální zrychlení je potřeba řadit tak, aby otáčky klesaly přibližně na vrchol točivého momentu nebo nad něj, ale aby byla rezerva na zvyšování otáček – zrychlení nad otáčky maximálního výkonu bude pomalejší. Ideální volbou pro konvenční automobily je zrychlení „ze špičkového točivého momentu na špičkový výkon“. Zároveň na motorech moderních automobilů elektronika jednoduše nedovolí motoru „přetaktovat“ nad jeho špičkový výkon – dojde k „vypnutí“.