Autoforum

/

Foto: Archiv Autoforum.cz

Málokterý jiný aspekt techniky aut je obestřen tolika nejasnostmi jako výkon a točivý moment. Tento článek dává konečně jednoznačné odpovědi.

Co je důležitější, výkon nebo moment?

Z toho, co jsme si až dosud řekli, je jasné, že obě veličiny, moment i výkon, jsou úzce svázány. Liší se sice prakticky „jen o otáčky“, přesto se jedná o významný rozdíl. Zatímco točivý moment může například působit i při nulových otáčkách a tedy nulovém výkonu, výkon se bez točivého momentu neobejde.

Točivý moment samozřejmě vyvolává hnací sílu, o tom není pochyb. Ovšem jak jsme si už vysvětlili, hodnota momentu se mění v převodech a na konečnou velikost hnací síly má vliv dokonce i průměr kol. Podstatné ale je - obrazně řečeno - že točivý moment je nehybná, statická veličina. Aby moment autem pohnul, musí se sám „začít hýbat“, musí se k němu připojit otáčky. Ale co dostaneme, když sloučíme moment a otáčky? Dostaneme přece výkon, ten je součinem momentu a otáček. Pro dynamiku auta je tedy rozhodující výkon, přesněji řečeno jeho okamžitá hodnota.

Graf průběhu výkonu a točivého momentu motoru 1,2 HTP ve Škodě Roomster

Běžná charakteristika spalovacího motoru vypadá tak, že zatímco moment od nízkých otáček roste, ve středních otáčkách obvykle dosahuje maxima a pak postupně klesá. Na něj navázaný výkon roste od nízkých až po vysoké otáčky, kde teprve kulminuje. Předmětem sporů tak často bývá otázka:

Kdy auto zrychluje nejlépe, při maximálním výkonu nebo v maximu momentu?

Odpověď je zcela jednoduchá - nejvyšší okamžité zrychlení při určité rychlosti závisí především na okamžitém výkonu motoru. Na první pohled by sice mělo také záležet, jestli jedeme na jeden rychlostní stupeň bez řazení nebo můžeme i podřadit, v konečném výsledku to však nic nemění. Pokud zrychlujeme bez řazení, hnací moment na kolech a tím i okamžité zrychlení auta logicky kopírují momentovou křivku motoru (pro jednoduchost zanedbáme odpor vzduchu). Nejvyšší zrychlení při jízdě na jeden stupeň tedy auto skutečně dosahuje při otáčkách maxima momentu. Ovšem pozor, pokud v té chvíli podřadíme a dostaneme motor do vyšších otáček a tedy oblasti vyššího výkonu, zrychlení auta se ještě zvýší, přestože moment motoru poklesne.

Důvodem je, že podřazením se výrazně zvýší hodnota celkového převodu a hnací moment kol je od motoru násoben vyšším poměrem, než kolik činí pokles momentu motoru ve zvýšených otáčkách. Opět bych zde připomenul už zmíněný vztah, tentokrát v modifikované podobě F = P / v. Hnací síla je úměrná okamžitému výkonu a nepřímo úměrná rychlosti. A to platí univerzálně, bez nutnosti řešit moment nebo konkrétní zpřevodování. Stačí tedy vědět, že pro nejvyšší možné zrychlení auta je rozhodující výkon a je tedy potřeba volbou vhodného rychlostního stupně držet motor v oblasti nejvyššího výkonu. Ostatně i praxe těmto závěrům plně odpovídá.

Pokud máte pocit, že auto s motorem TDI (zde 1,6 TDI ve Škodě Octavia III) či jiným turbodieselem jede nejlépe v oblasti maxima točivého momentu, je to dáno jen skokovým nárůstem výkonu ve stejných otáčkách a jeho dalšímu minimálnímu růstu, viz dále

Jaká je tedy úloha momentu?

Již víme, že průběhy výkonu i momentu spolu úzce souvisí a tvary obou jejich křivek se do značné míry vzájemně kopírují. Křivka výkonu v podstatě vypadá jako křivka momentu skloněná do strmějšího úhlu. Pokud tedy budeme mluvit o momentové charakteristice nebo průběhu momentu v závislosti na otáčkách, bude se to nerozlučně týkat i výkonu a naopak.

Charakteristiky starších atmosférických zážehových motorů byly do značné míry podobné a hodnota maximálního výkonu byla proto dostatečně vypovídající. Dokonce nebyl ani velký problém z objemu a výkonových parametrů odhadnout velikosti jejich točivých momentů - pohybovaly se obvykle v hodnotách cca 70-90 Nm na každý litr zdvihového objemu motoru.

Úloha momentu začala být vyzdvihována s příchodem moderních motorů se vstřikováním, víceventilovou technikou apod. a hlavně pak turbomotorů naftových i benzínových, jejichž konstrukce umožnila výrazné navýšení točivého momentu a tedy i výkonu zejména v nízkých otáčkách. Tím, že motory posílily v dolní oblasti provozních otáček, umožnily příjemný ekonomický způsob jízdy bez nutnosti častého vytáčení a zároveň výrazně rozšířily svůj pracovní rozsah. Samotný údaj o výkonu tak přestal být pro popis charakteru motoru dostatečně vypovídající a začala se proto věnovat větší pozornost i točivému momentu.

K posouzení vlastností motoru a odhadu jeho charakteru ovšem nestačí jen číselné hodnoty maxima momentu a výkonu, ale je dobré také vědět, v jakých otáčkách se tato maxima nacházejí. Čím větší je poměr mezi otáčkami maxima výkonu a maxima momentu, tím širší bude pravděpodobně i rozsah aktivních provozních otáček motoru a motor bude pružnější. I tak se však jedná pouze o odhad, nejlepší přehled o skutečné charakteristice může poskytnout pouze kvalitní graf průběhu momentu a výkonu pokrývající celé otáčkové spektrum.

Pro příjemnou jízdu se tedy považuje za výhodné, když motor poskytuje vysokou a pokud možno stálou hodnotu momentu v co nejširším rozsahu otáček. Jeho výkon narůstá téměř lineárně až do maxima, jako například u koncernového turbobenzínu 1,8 TSI 132 kW.

Graf průběhu výkonu a točivého momentu motoru 1,8 TSI ve Škodě Octavia III

Přesto se konstruktéři takovým průběhem nezavděčí úplně všem a jsou někdy kritizováni za subjektivně tupý a fádní projev motoru. Někteří řidiči preferují raději postupný nárůst momentu až do vyšších otáček a tím i dravější „sportovní“ projev motoru, což ve výsledku znamená sice vlažnější projev v nízkých otáčkách, ale strmější nárůst výkonu ve středním pásmu a výraznou špičku ve vysokých otáčkách. Takový charakter je typický zejména pro atmosférické zážehové motory. Podřazení při nutnosti většího zrychlení je u nich často velmi potřebné, protože se s nárůstem otáček skokově přesunou do oblasti výrazně většího výkonu.

Graf průběhu výkonu a točivého momentu motoru 3,2 R6 v BMW M3 E46

Vesměs opačný projev mívají turbodiesely, jejichž moment kulminuje v nižších až středních otáčkách a v horním spektru výrazněji klesá. Výkon tedy po prudkém počátečním přílivu roste s dalšími otáčkami jen zvolna, takže případné podřazování a přesun do vysokých otáček při potřebě maximální akcelerace již obvykle nemá tak markantní vliv.

Graf průběhu výkonu a točivého momentu motoru 1,6 TDI ve Škodě Fabia II

Zajímavou charakteristiku mají některé novější turbomotory. Jsou schopny od nízkých do středních otáček produkovat prakticky konstantní moment a v horním pásmu pracovat zase v režimu konstantního výkonu. Taková charakteristika připomíná elektromotor a vyplývá z ní logický fakt, že pokud po přeřazení ve vysokých otáčkách motor zůstane v pásmu konstantního výkonu, okamžité zrychlení auta se ani změnou rychlostního stupně nijak nezmění. Příkladem takového turbobenzínu je motor Audi 2.0,TFSI ultra s momentem 320 Nm v širokém rozsahu 1 450 - 4 200 ot./min a na něj bezprostředně navazujícím maximem výkonu 140 kW v rozsahu 4 200 - 6 000 ot./min. Podobné charakteristiky ale mají některé další motory TSI.

Graf průběhu výkonu a točivého momentu motoru 2,0 TSI v úsporných Audi ultra

Podobnou charakteristiku jen s nižšími parametry vykázal při nedávném testu na brzdě i točivý turbodiesel v Nissanu Qashqai dCi 110.

Všechny popsané charakteristiky se týkají především plného zatížení motoru s plně sešlápnutým plynem. Při částečném zatížení se charakteristiky a chování motorů výrazně mění. Prezentované grafy poněkud idealizují skutečné průběhy výkonů a momentů, v praxi motory obvykle nemají zcela konstantní parametry v širším rozsahu otáček. Plynulé oblouky křivek jsou charakteristické obvykle pro atmosférické motory, naproti tomu ostře ohraničené průběhy s rovnějšími úseky jsou typické pro turbomotory a vznikají umělým snížením parametrů motorů, tj. jejich „ořezáním“ v dané oblasti pro omezení mechanického a tepelného namáhání motoru a mechanického namáhání převodů. Snížení parametrů zajišťuje především program v řídicí jednotce motoru, proto také může „chiptuning” projev motoru citelně změnit.

Další neidealizovaný graf z brzdy, v tomto případě patřící Škodě Octavia III RS TSI