Výkon a točivý moment: jak spolu souvisí?

Pokud pro vás byla matematika příliš složitá nebo jste ji rovnou přeskočili, mrkneme na něco, co bude podstatně srozumitelnější a názornější. Už jsme si řekli, že při zrychlování na jednom daném stupni (kdy neřadíme) se průběh akcelerace řídí průběhem točivého momentu. Bavíme se tedy o míře zrychlení při různých rychlostech, ale stejném rychlostním stupni. Někteří totiž tvrdí, že auto zrychluje podle výkonu, a tedy prý třikrát rychleji při nejvyšších otáčkách, kde je třikrát vyšší výkon. Kde je tedy pravda?

Pozn. pro účely této kapitoly budeme opět ve zvýšené míře používat pro otáčky za minutu anglickou zkratku rpm (revolutions per minute). Velmi to usnadní chápání textu.

 

 

 

Jako první tu máme 5. generaci Volkswagenu Golf ve verzi GT. Ta měla objem pouhých 1,4 litru, přičemž k dopování sloužilo turbodmychadlo i kompresor. To vše z malého objemu vytáhlo 125 kW při 6000 rpm a motor se mohl chlubit i točivým momentem 240 Nm od 1750 do 4500 rpm.

 

 

Zde vidíte video akcelerace na 2. převodový stupeň, tedy bez dalšího řazení. Jak jsme si již říkali, někteří tvrdí, že auto zrychluje podle výkonu. Tvrdí tedy, že při 6000 rpm, kde má motor třikrát vyšší výkon než při 2000 rpm, také třikrát lépe zrychluje. Jiní zase tvrdí, že auto zrychluje podle točivého momentu. Toto video nám to krásně objasnilo.

 

 

Červená linka ukazuje, za jak dlouho se počet otáček zvýšil o 250 rpm. Tedy např. akcelerace z 1750 na 2000 rpm na výše uvedeném videu trvala okolo 0,4 s. Modrá linka pak ukazuje, o kolik by se rpm zvýšily za jednu sekundu. Pokud se za 0,4 s zvýšily o 250 rpm, pak by při nezměněném tempu za sekundu vyrostly asi o 600 rpm. Čím vyšší modrá linka, tím vyšší akcelerace. Vidíte, že od zhruba 2000 do nějakých 5500 rpm rostou rychlostí zhruba 800-900 rpm za sekundu. Poté už akcelerace polevuje, přestože je v 6000 rpm trojnásobný výkon než při 2000 rpm.

 

 

A nyní výsledky akcelerace srovnejte s grafem, který prezentuje výrobce. Opravdu je akcelerace (nárůst počtu otáček za sekundu) shodná s průběhem výkonu nebo točivého momentu? Asi se shodneme, že podstatně více připomíná průběh momentu (není to přesná kopie, protože motory nikdy nemívají přesně papírové průběhy nemluvě o vlivu dalších jízdních odporů).

 

Pokud neměníte převodový stupeň, tak na daném stupni zažijete nejlepší akceleraci tam, kde je nejvyšší točivý moment a nikoli výkon. Když budete předjíždět, u naftových motorů tak nejlepší akceleraci na daném zvoleném stupni (nikoli rychlosti) zažijete obvykle někde kolem 2000 rpm, u atmosférických benzinových motorů to bývá nejčastěji okolo 4000 rpm. Pochopitelně se to může lišit motor od motoru, ale většina motorů je takto stavěna.

 

To ale neznamená, že je to to nejlepší možné zrychlení pro předjíždění. Jde jen o nejlepší zrychlení v rámci zvoleného převodového stupně, ale nehovoří to o tom, jaké bude zrychlení, když stupeň změníte. Když třeba s výše zmíněnou atmosférou budete předjíždět, na dvojku i na trojku bude nejlepší akcelerace v rámci těchto převodů při cca 4000 rpm, ale na dvojce při 4000 rpm bude díky lehčímu převodu lepší než na trojce při 4000 rpm. Znovu opakuji, bavíme se totiž o průběhu zrychlení v rámci jednoho neměnného převodu.

 

Pochopitelně, pokud chcete předjíždět co nejrychleji, je potřeba se dostat na co nejvyšší výkon (pořád je lepší mít 5000-6500 rpm s nižším momentem motoru na lehké dvojce než 3500-4500 rpm sice s vyšším momentem motoru, ale na těžké trojce). Třeba i u tohoto Volkswagenu je lepší podřadit. 230 Nm při 5000 rpm na dvojce vám totiž dá 230 × 5000 / 9549 = 120 kW, což je více než 240 při 3500 rpm na trojce. To totiž znamená jen 240 × 3500 / 9549 = 88 kW.

 

Druhým zkoumaným automobilem bude Honda Accord 8.generace s vysokootáčkovým atmosférickým benzinovým motorem s technologií i-VTEC. Proměnné časování ventilů u Hondy je u některých motorů známé tím, že ve vyšších otáčkách "kopne" a auto údajně znatelně zlepší akceleraci. Podívejme se tedy, co na to řekne praktické měření skutečné akcelerace.

 

 

Vidíte tam okolo 7000 rpm (kde je 148 kW) výrazně vyšší akceleraci než kolem 2000, kde by motor měl mít jen lehce přes 40 kW? Osobně tam nic takového nevidím, takže to s tou akcelerací podle výkonu na jednom stupni skutečně nebude pravda. Akcelerace je v podstatě celou dobu velmi podobná a auto i pod 2000 rpm zrychluje skoro stejně jako kolem 4000 i téměř 7000 rpm.

 

 

Na grafu vidíme naměřené časy z videa. Do dosažení nějakých 2000 rpm trvá překročení 250 rpm zhruba 0,35 s, pak se to motá někde kolem 0,27 až 0,30 s. Do dosažení cca 2000 rpm zvyšuje auto otáčky zhruba v tempu 750 rpm za sekundu, poté to roste někam k 900 rpm za sekundu a od 6000 rpm už rychlost nabývaní otáček postupně klesá ke zhruba 800 rpm za sekundu. Žádný výrazný nárůst akcelerace se s přibývajícími otáčkami nekoná.

 

 

A jak můžeme srovnat s grafem výrobce, opět se měřená akcelerace (to, jak rychle rostou otáčky) dost přibližuje průběhu točivého momentu. Nikde jsme nepozorovali, že by se od 1000 rpm (kde je 20 kW) sbíral motor 7,5krát pomaleji než při 7000 rpm. Vždyť mrkněte ještě jednou na video. Při 1000 i 7000 rpm Accord ve skutečnosti zrychluje v podstatě stejně i přes 7,5násobný rozdíl výkonu. Znovu se ukazuje, že na pevně daném stupni nás zajímá průběh točivého momentu, nikoli výkonu.

 

Motor točíme do vyšších otáček u atmosfér nikoli ani tak proto, že tam mají vyšší točivý moment motoru (i když i to hraje trochu roli), ale především kvůli tomu, že budeme mít nižší převodový stupeň, vyšší otáčky a díky tomuto nižšímu stupni (většímu násobení točivého momentu motoru) a vyšším otáčkám také vyšší výkon.

 

 

 

Pokračujeme Itálií a starším vozem Fiat Marea. Ten má 16ventilovou šestnáctistovku o výkonu 76 kW při 5750 rpm a maximálním točivém momentu 145 Nm při 4000 rpm. Jak už jsme pozorovali v předchozích případech, nejlepší akceleraci bychom tedy na jednom daném stupni (bez řazení) měli očekávat v místě nejvyššího točivého momentu. Auto by tedy mělo nejlépe zrychlovat někde kolem 4000 rpm.

 

 

Tady je tedy video. Sice se třese, ale expozice je velmi krátká, takže nedochází k pohybovému rozmazání a na jednotlivých snímcích videosekvence lze jednotlivé polohy přesně rozeznat.

 

 

Už potřetí vidíme, že na pevně daném převodu auto rozhodně nezrychluje podle grafu výkonu. Akcelerace pozvolna stoupá, nejlepších hodnot dosahuje někde mezi 4500 až 5000 rpm a poté akcelerace postupně klesá (rychlost a otáčky tedy rostou i nadále, ale už ne tak rychle), přestože výkon nadále roste.

 

 

Když se podíváte na první a druhý graf, opravdu jsme neviděli, že by otáčky (a s tím i skutečná rychlost auta) rostly jako průběh výkonu, ale jde o relativně stabilní akceleraci stejně jako je tomu u průběhu točivého momentu.

 

 

 

Nevynecháme ani dieselový motor. Tento motor má maximální výkon 66 kW při 4000 rpm a jeho maximální točivý moment dosahuje 205 Nm při 1900 rpm. Mrkněme se tedy na video akcelerace na dvojku ve velmi bohatém rozsahu od 1000 do 4750 rpm.

 

 

Asi sami vidíte, že dole se motoru moc nechce, ale kolem 2000 rpm už ručička otáčkoměru letí nahoru velmi pěkně. Přestože výkon roste, je vidět, že zátah pomaličku oslabuje a je opět patrné, že zrychlení na daném stupni se neřídí průběhem výkonu, ale průběhem točivého momentu. Při vyšších otáčkách zátah klesá i s rostoucím výkonem. Přestože od 2000 rpm do 4000 rpm výkon stoupl o polovinu, v reálu zátah klesl o více než třetinu.

 

 

Ostatně graf výrobce nám to znovu potvrdí. Na něm uvidíte jak graf točivého momentu, tak i graf výkonu.

 

 

Pokud srovnáte modrou křivku zrychlení z grafu z videa a obě křivky od výrobce, jistě uznáte, že má mnohem blíže té modré, tedy točivému momentu.

 

 

 

Pomocí akcelerací reálných aut na YouTube jsme si ukázali, že při pevně daném převodovém stupni (tedy bez řazení), odpovídá průběh akcelerace průběhu točivého momentu. U naftových motorů tak auto nejlépe zrychluje okolo 2000 rpm. To znamená, že když pojedete na dvojku, na této dvojce bude nejlépe zrychlovat okolo 2000 rpm. Když pojede na trojku, opět bude na trojce nejlépe zrychlovat okolo 2000 rpm. Pochopitelně díky jinému převodu půjde při stejných otáčkách o jinou (vyšší) rychlost a o jinou (pomalejší) akceleraci, pořád ale na daném pevném převodu bude nejlepší zátah v oblasti nejvyššího točivého momentu.

 

Znovu opakuji, bavíme se zde o průběhu akcelerace na pevně daném neměnném stupni v rozmezí různých rychlostí. Okamžitá akcelerace při dané rychlosti je stále dána okamžitým výkonem (resp. točivým momentem na výstupu z převodovky). Jinak řečeno, např. u toho turbodieselu bude na dvojku při 3000 rpm, což už je za pásmem maximálního momentu, akcelerace i tak lepší než na trojku při vrcholových 2000 rpm. Jednoduše proto, že dvojka je o tolik lehčím převodem a o tolik zvýší otáčky, že i navzdory nižšímu momentu motoru ve vyšších otáčkách bude moment na kolech (a současně i výkon) vyšší.

 

Pochopitelně u vyšších převodových stupňů už hraje velkou roli odpor vzduchu a jiné odpory, které mohou být tak velké, že se lepší zátah bude posouvat do nižších otáček. To je ale už jiná kapitola, a proto jsme tyto testy u videosekvencí brali z ukázek při druhém převodovém stupni, kde je aerodynamický odpor ještě velmi malý a výrazněji se neprojevuje.