Článek o lenivém Hyundai vyvolal u disktujících hnutí mysli a nastal proto čas na další díl automobilního dehoaxingu, který se bude zaobírat populárními pojmy „kroutící moment“ a „výkon“. Napíšu to z hlavy bez nějakých odborných zdojů a vy mi pak můžete v diskusi oponovat, což může vyústit v zajímavou situaci, která ukáže, že moderní auta navrhují diletanti, což je zhusta pravda.
Jistě jsme se setkali s údajem, že motor například osobního auta má výkon 105 koní a kroutící moment 175 Nm. Dá se říci, že pro některá periodika je tohle standardem při referování o pohonných jednotkách, ale ve skutečnosti poskytuje věta jen velmi orientační údaje a o tom, jak auto pojede právě ve vašich rukou, vypovídá zhruba tolik jako velikost bot o IQ.
Někdy to dospěje do situace, kdy prodejci, tuneři nebo dokonce dopravní experti tvrdí, že některé motory mají „krouťák“, zatímco jiné jsou stavěny na výkon, čímž vzniká dojem, že se obě charakteristiky vylučují navzájem.
Výkon P je práce odvedená za čas a závisí na kroutícím momentu a otáčkách. Nelze ho snadno a přímo měřit.
Kroutící moment M a otáčky n jsou měřitelnou a také měřenou veličinou.
Výkon P je hodnota vypočtená z kroutícího momentu a otáček.
Výpočet se odehraje podle vzorce
M = 30 * P * 1000 / ( n . 3,14)
kde P je výkon v kW podle techničáku a otáčky jsou v obrátkách klikové hřídele za minutu, tedy to, co ukazuje otáčkoměr. Odvození vzorečku se odehrává na bázi středoškolské fyziky a vychází z toho, že práce = síla * dráha, přičemž v případě rotačního pohybu je dráha kruhová.
Výše popsaný motor se 77kW a 175 Nm je zcela reálný, je to motor 1.2 TSI z produkce koncernu VW a je to výborný motor, ačkoli vám budou dopravní experti v hospodě tvrdit něco jiného. Když dosadíme do vzorečku, pak
M = 30 * 77 * 1000 / (5000 * 3,14) = 147 Nm
Proč to nevyšlo? Protože uvedený motor v 5000 rpm sice disponuje výkonem 77 kW, ale nedisponuje již kroutícím momentem 175 Nm. Když se podíváme na graf, ve kterém jeho výrobce vynesl závislost obou parametrů na otáčkách, bude to asi jasné. Uvedené hodnoty jsou totiž maximální, a maximum momentu a maximum výkonu nastalo pokaždé při jiných otáčkách.
Pro 3000 rpm
M = 30 * 55 * 1000 / (3000 * 3,14) = 175 Nm
Hopla. Záhada objasněna.
Z výše uvedeného vztahu plyne, že kroutící moment motoru závisí nepřímo na otáčkách a přímo na výkonu dosahovaném při těchto otáčkách. Vysoký maximální točivý moment budou mít motory, které dosahují velkého výkonu při nízkých otáčkách. Naopak motory s velkým výkonem ve vysokých otáčkách vysoký kroutící moment mít nebudou.
Jinak řečeno, v různých datasheetech uváděné maximální hodnoty mnoho neříkají, rozhodující je jejich průběh v závislosti na otáčkách.
Ještě jinak řečeno, hodnoty výkonu a kroutícího momentu je zapotřebí posuzovat ve ve vzájemném kontextu a sledovat jejich průběh v otáčkách, přičemž je nutné uvážit svůj vlastní styl jízdy a spektrum otáček, které nejčastěji používám.
Nyní to celé zkomplikujeme a začneme se bavit o síle, která působí na kolo a tím také na silnici. Ta nás také zajímá. Chceme silné auto. Nebo ne? To je jedno, každopádně to trochu zjednodušíme v tom smyslu, že kolo namontujeme bez převodovky přímo na konec klikové hřídele a zpřevodování budeme řešit jen průměrem kola (nebo jeho rádiusem R). Hnací síla při takovém konstantním převodu je přímo úměrná kroutícímu momentu (F = M / R).
Z toho plyne, že maximální zrychlení dosáhne automobil poblíž maxima kroutícího momentu.
Kdybychom se vrátili ke vztahu, který udává závislost momentu a výkonu, který pro další účely trochu upravím
M = 60 * P / ( n * 2 * pi) a dosadili, že M = F * R
tak nám vyjde, že
F = 60 * P / ( n * 2 * pi * R)
přičemž 2 * pi * R je obvod toho kola, které jsme na motor přidělali a otáčky znamenají počet jeho otáček za jednotku času. Celý jmenovael je rychlost, dá se tedy napsat, že F = P / v.
Dynamické vlastnosti vozidla tak určuje pouze výkon. Zjevně hraje velkou roli velikost toho kola, které jsme na motor připevnili, tedy převodový poměr. Auta s velkým výkonem ve vysokých otáčkách budou tak sice mít nižší maximální kroutící moment, ale síla na kolo bude stejná, protože (pro dosažení stejné rychlosti, která je limitována provozními okolnostmi a legislativou) budou mít jiný převod.
Nyní jak se to celé jeví z pohledu řidiče.
Výše znázorněný motor VW 1.2 TSI 8V
Maximální kroutící moment je k dispozici od nějakých 1500 rpm až do 4000 rpm, kde je současně nárůst výkonu lineární. Ve 4000 rpm začne kroutící moment výrazně opadat (to způsobuje malé turbo, které ve vyšších otáčkách generuje velký protitlak). Z hlediska uživatele asi bude problém dávkování kroutícího momentu (ten je konstantní a neroste s otáčkami), takže auto možná pojede nerovnoměrně s přískoky typickými pro diesel. Limitem použitelnosti je hodnota 4000 rpm, nad kterou už neroste výkon a výrazně klesá kroutící moment. Evidentně nic pro závodníky, ale řidič operující v rozsahu 1500 – 4000 rpm bude spokojený s pružností motoru.
Klasický „vysokootáčkový“ atmosférický motor
Kdo má trochu citu pro jízdu, asi mi dá za pravdu, že podčtvercový šestnáctiventil má něco do sebe, pokud jeho potenciál umíte využít. Alfa Romeo 145, motor Twin Spark 1.6 je toho ukázkou, protože jeho špičkový výkon využijeme jen v úzkém rozsahu otáček, někde mezi 5000 a 6000 rpm. Maximum výkonu nějakých 110 koní nastává v 5700 rpm, maximum kroutícího momentu asi ve 4000 rpm. Tam začne křivka točivého momentu opadat, ale poblíž výkonového maxima v 5000 rpm lze pořád doufat ve slušnou akceleraci. Do nějakých 4000 rpm narůstá kroutící moment s otáčkami, což se postará o příjemnou plynulou snadnou dávkovatelnou akceleraci.
Downspeeding v praxi
Motor Škoda 1.2 HTP není příliš oblíben pro fatální závady a omezenou dynamiku. Myslím, že alespoň část jeho uživatelů by nebyla zklamaná, kdyby se nenechala oblbnout marketingem týkajícím se vysokého kroutícho momentu (High Torque Performance) a místo na jeho maximální hodnotu se soustředila na jeho průběh. Asi by jim pak došlo, že tento motorek je postaven na jízdu v nízkých otáčkách.
Motor má mezi 2000 a 3000 rpm přibližně linární průběh výkonu a celkem slušné hodnoty kroutícího momentu, ten také plynule narůstá (ve 2000 rpm se přibližuje výše popsané Alfě, která jinak patří do úplně jiné výkonové ligy), ale ve 3000 rpm přijde výrazný zlom a opadání kroutícího momentu až někam k 70 Nm poblíž výkonového maxima. S takovým motorem asi nebude při rychlejší jízdě v oblasti nad 3000 rpm příliš snadné pořízení, ačkoli výkon blízký maximálnímu je k dispozici v celém rozsahu od nějakých 3500 rpm do 5500 rpm. Haťapce prostě dojde dech.
Šestíválec VW V6 2.8 30V
Na evropské poměry je maximum točivého momentu impozantní stejně jako průběh točivého momentu gradující s otáčkami. Křivka se propadá mezi 4000 a 5000 rpm (zřejmě vlivem přepnutí variabilního dvoustupňového sacího potrubí; Porsche ve stejném motoru pro Cayenne použil dokonce třistupňové sání), ale vsadím se, že většina zákazníků to nepostřehne a v rozsahu 2000-5000 rpm bude vnímat průběh točivého momentu jako víceméně plochý. I zde bych očekával příjemné plynulý zátah, kdy v širokém spektru otáček bude motor pružný a ve vyšších otáčkách bude stále možné slušně akcelerovat.
VW 1.9 TDI aneb kde udělali soudruzi chybu
Pro někoho sen, pro mě ukázka, jak to nemá vypadat.
Maximální hodnota kroutícího momentu nějakých 250 Nm může někoho svádět k myšlence, že dynamika jízdy bude srovnatelná s výše uvedeným šestiválcem. Nicméně nikdy tomu tak nebude. Ve 2000 rpm ze sebe vydá nafťák to nejlepší a pak už nic nepřijde. V otáčkách kolem výkonového maxima (4000 rpm) už disponuje jen asi polovinou kroutícho momentu a z hlediska řidiče nemá praktický význam motor vytáčet přes nějakých 2800rpm, do kterých je pokles točivého momentu ještě akceptovatelný. Jízda s tímto motorem je možná pro někoho orgasmus, ale v praxi nebude příjemná ani plynulá. Bude se jednat o přískoky s velkým zrychlením v nízkých otáčkách a naopak totální ztrátu pružnosti v otáčkách vyšších. Zároveň ukazuje na geniální marketing, který dokázal z konstrukční chyby udělat ctnost zvanou „mohutný zátah“.
Hyundai 1.6 CVVT
auto z nedávného článku. Problém byl data pro Hyundai vůbec najít, protože české zastoupení Hyundaie je na svých stránkách vůbec nemá. Našel jsem je přes diskusní fóra a je původem z rumunských stránek automobilky KIA. Ukazuje to na další problém. I ten, kdo problematiku průběhu výkonu a kroutícího momentu nějak zprocesuje, bude mít problém data najít, protože z hlediska marketingu se jedná o nepotřebný a příliš specializovaný údaj, který raději nepublikují, aby nezahltili zákazníka informacemi. Musíme prostě připustit, že pro mainstream je podstatnější možnost spárovat infotainment a smartphone než motor, který nepředstavuje dostatečně zábavný gadget, nemá žádný hipster potenciál a vliv zákazníků, kteří si kupují auto kvůli podařenému motoru, je nakonec bezvýznamný.
Navíc nepokládám informaci za příliš důvěryhodnou, protože nerespektuje vzoreček a hodnoty jsou poněkud fantastické. Ve 2000 rpm by Hyundai kroutícím momentem asi 140 Nm deklasoval úplně všechno v obdobné kategorii a možná i výše uvedený šestiválec. To ukazuje na další problém – údaje uváděné výrobci jsou často různě vyhlazené, optimalizované nebo dokonce odpovídají starším příznivějším normám.
Jak je to celé zapracované v motormanagementu? Řídící veličinou motorové řídící jednotky je kroutící moment. Přes pedál plynu dává řidič signál o tom, kolik momentu chce. V paměti řídící jednotky je uloženo, kolik je možno za daných poměrů (otáček, zatížení, emise apod.) z motoru získat. Celá regulace dynamiky jízdy se tak odehrává ve smyčce založené na porovnávání cílového (řidičem požadovaného) a dostupného kroutícího momentu.
Svoji roli také hraje vnímání celé situace řidičem. Například se zjistilo, že vysavače, které sice hodně vysávají, ale běží potichu a bez vibrací, vnímají jejich zákazníci jako méně výkonné a dokonce méně účinné nežli přístroje, které jsou hlučné a vibrují. Auto, které jede relativně potichu, bez vibrací a má plynulý záběr, je tak vnímáno jako lenivější než nějaký třesoucí se a hlučný diesel, u kterého dochází k popsaným přískokům známým v motoristických recenzích jako „mohutný zátah“.
Pro většinu řidičů bude pravděpodobně výhodné volit takový motor, který má průběh kroutícího momentu v požadovaném rozsahu otáček víceméně plochý a v tomto rozsahu otáček je nárůst výkonu lineární. Dále by měl maximální výkon být dostupný v širším rozsahu otáček.
V tomto článku jsme se vůbec nezabývali energetickou stránkou věci, tedy proč se tohle všechno děje, a jednalo se jen o jednoduché objasnění souvislostí základních fyzikálních hodnot. Nenechte se proto nachytat na fantastické hodnoty z prospektů anebo nelamte hůl nad dobrým autem proto, že nemá „krouťák pyčo“.
(26x známkováno, průměr: 1,81 z 5)