Výkon a točivý moment: jak spolu souvisí?

19.3.2018, Milan Šurkala, článek

Účinky výkonu a točivého momentu na dynamiku aut jsou předmětem mnoha "hospodských" sporů. Zrychluje auto podle výkonu nebo točivého momentu? A co vlastně tyto veličiny říkají? Právě na to se dnes z mnoha úhlů pohledu podíváme.

Kapitoly článku:

Výkon a točivý moment: jak spolu souvisí?
Trocha teorie grafů a převodů
Trocha teorie grafů a převodů (těžká převodovka u nafty)
Plochá křivka výkonu
A co na to YouTube?
Co na to výrobci aut?
Ukázka - Toyota Auris 1.6 versus 1.2 Turbo
Závěr

Proč má nafta těžší převody?

V minulé kapitole jsme se podívali na situaci, kdy máme odlišné motory s odlišným točivým momentem, ale se stejným maximálním výkonem a stejnou převodovkou. Bylo vidět, že naftový motor (s vyšším točivým momentem) drtivě vyhrával na jedničku, ale pak už při požadavku na maximální možnou dynamiku nijak výrazněji nevyhrával a oba motory byly srovnatelné. Musel totiž mnohem dříve řadit (4000 otáček oba motory dotočily ve stejné rychlosti, ale benzin mohl na nižším převodu pokračovat dál). Také jsme zjistili, že maximální rychlost našeho vzorového naftového motoru byla jen 160 km/h. A řekněme si upřímně, to na 170koňové auto skutečně není mnoho.

Co se tedy děje v praxi? Naftové motory dostávají těžší převodovku (ne hmotnostně, ale převodovým poměrem), tedy při stejném převodovém stupni točí nižší otáčky. To znamená, že jejich jednička je třeba něco mezi jedničkou a dvojkou u jiného auta. Zatímco původně třeba jednička dotočila 30 km/h, dvojka 50 km/h a trojka 70 km/h, prodloužením převodů a sražením otáček o 20 % navýšíme maximální rychlost o 25 %, tedy 37,5, 62,5, resp. 87,5 km/h*. Pokud se tedy o 20 % sníží otáčky, při stejném točivém momentu z motoru půjde na kola ve skutečnosti o 20 % nižší točivý moment, a tedy i o 20 % nižší výkon.

* Když z 1000 uberete 20 %, dostanete se na 800, pokud ale chcete zpět na 1000, musíte už k 800 přidat 25 % (z 800). Motor jede při hypotetických maximálních 1000 otáčkách 30 km/h a vy mu ztížením převodů o 20 % snížíte otáčky, takže 30 km/h dosahuje při 800 otáčkách. 800 otáček tedy nově znamená těch samých 30 km/h. Motor ale dokáže vytočit 1000 otáček. Při 1000 otáčkách tedy pojede 1000/800 * 30 = 37,5 km/h (o 25 % více) a nikoli 36 km/h (o 20 %).

Pro ukázku zde máme jeden naftový motor, konkrétně 100kW CRDi v Hyundai i30. Zde se dopustím trochu nepřesnosti, protože použiji graf motoru z verze s DCT převodovkou (tam má motor maximálně 300 Nm místo 280 Nm u manuální verze), použijeme ale údaje manuální šestistupňové převodovky se stálým převodem 3,706.

	převod	celkový převod	max. rychlost (teoreticky)
1. stupeň	3,636	13,475	39,8 km/h
2. stupeň	1,962	7,323	73,7 km/h
3. stupeň	1,189	4,406	121,6 km/h
4. stupeň	0,844	3,128	171,3 km/h
5. stupeň	0,702	2,602	206,0 km/h
6. stupeň	0,596	2,209	242,6 km/h

V tabulce vidíte převody jednotlivých stupňů a celkový převod (se započtením toho stálého). Připravil jsem ještě hypotetické verze s delším i kratším převodovým poměrem (konkrétně 3,206 v případě delšího a 4,206 v případě kratšího). Na nich se podíváme, co vlastně způsobí a jak převodovka ovlivňuje chování auta.

		dlouhá převodovka		krátká převodovka
	převod	celkový převod	max. rychlost (teoreticky)	celkový převod	max. rychlost (teoreticky)
1. stupeň	3,636	11,657	46,0 km/h	15,293	35,0 km/h
2. stupeň	1,962	6,209	85,2 km/h	8,252	64,9 km/h
3. stupeň	1,189	3,812	140,6 km/h	5,001	107,2 km/h
4. stupeň	0,844	2,706	198,1 km/h	3,550	151 km/h
5. stupeň	0,702	2,251	238,1 km/h	2,953	181,5 km/h
6. stupeň	0,596	1,911	280,5 km/h	2,507	213,8 km/h

Připravil jsem zde i maximální rychlosti na jednotlivých převodech. U běžné verze je možné dosáhnout 200 km/h, na více už motor nestačí. Jak je vidět, nejvyšší rychlosti 200 km/h dosáhne na téměř vytočenou pětku (její teoretické maximum je 206 km/h), případně na nedotočenou šestku (při 3700 otáčkách). Kdyby na to stačil motor, maximální otáčky na šestku by dosáhly přes 240 km/h. Málokteré auto je totiž zpřevodováno tak, aby dosahovalo maximální rychlosti na vytočeném nejvyšším stupni. Při 130 km/h tak auto točí zhruba 2400 otáček za minutu.

Pokud bychom prodloužili převody (stálý převod na 3,206), hranici 200 km/h by dosáhla skoro už i čtyřka. Teoretická maximální rychlost na šestku by byla 280 km/h, jenže tu by auto kvůli svému výkonu nemohlo dosáhnout, a i tak by se zaseklo někde kolem 200 km/h. Při dálniční stotřicítce by točilo jen 2100 otáček.

Naopak zkrácení převodů (na 4,206) by znamenalo, že vytočená pětka by dvoustovky nedosáhla (dotočila by jen 181 km/h) a bylo by nutné téměř plně vytočit i šestku. Na dálnici bychom točili okolo 2750 otáček za minutu. Také je vidět, že jednička by končila už na 35 km/h. Co to ale udělá s točivým momentem na kolech?

klikněte pro zvětšení

Krátká převodovka (tečkovaně) na každém stupni vítězí, naopak dlouhá (čárkovaně) poskytuje mnohem menší moment. Když se podíváte např. na trojku u dlouhé (žlutá čárkovaná) a čtyřku u krátké (černá tečkovaná), jsou na téměř stejné úrovni. U dalších stupňů to jde dokonce ještě dál a např. šestka u krátké (modrá tečkovaná) dává mnohem více točivého momentu na kolech než pětka u dlouhé (zelená čárkovaná).

Co je ale velmi důležité, je jiný fakt. Podívejme se např. na dvojku. U lehké převodovky končíme na 65 km/h (konec červené tečkované čáry) a musíme přeřadit na trojku (žlutá tečkovaná). Dlouhá převodovka (červená čárkovaná) má ale nižší otáčky, takže ty maximální dosáhne až při 85 km/h, kde teprve musí řadit za tři. A jak je vidět, od 65 do 80 km/h je dvojka dlouhé převodovky výše než trojka krátké. Dlouhá (těžká) převodovka tak navzdory tomu, že je vždy slabší na pevně daném převodovém stupni, nabízí v tomto rozsahu rychlostí lepší akceleraci. Je to právě proto, že krátké převodovky musí dříve řadit na vyšší stupně, zatímco ty dlouhé si mohou déle ponechat ten nižší.

klikněte pro zvětšení

Výsledek vidíte zde. Lehká převodovka sice nabídne lepší akceleraci na jedničku, ale potom se nezávisle na převodovce maximální možná dynamika vozů nijak dramaticky neliší. Je to právě proto, že se posouvají místa, kde jednotlivé převodovky vyžadují řazení na vyšší stupně. Např. při 190 km/h krátká převodovka už musí mít šestku, nicméně dlouhá jede pořád ještě na čtyřku. Čím plošší je křivka točivého momentu, tím méně záleží na zpřevodování. Ukážeme si to v další kapitole.

Kratší převodovka nicméně dokáže nabídnout lepší dynamiku za předpokladu, že neřadíme ve stejných otáčkách, ale ve stejných rychlostech. Pokud bychom řadili ve stejných rychlostech, znamenalo by to, že auto s lehčí převodovkou dostaneme do vyšších otáček (kde je větší výkon) a vlastně jej vždy udržujeme na stejně označeném stupni, který je ale lehčeji zpřevodován (více násobí točivý moment motoru).