Točivý moment a výkon

Točivý (kroutící) moment spolu s výkonem jsou nejdůležitější parametry (nejen) spalovacího motoru. Spoustu lidí tyto hodnoty zajímají, ale spousta lidí v nich také tápe, a neumí určit o co přesně jde. Tento článek by to mohl lehce osvětlit.

Z učebnice fyziky zjistíme, že:

Točivý (kroutící) moment, je ve skutečnosti moment síly, který vyjadřuje působení síly na bod vzdálený od osy otáčení (hřídele). Udává se v jednotkách Nm (newtonmetr) -> točivý moment 2 Nm znamená, že hřídel působí na bod vzdálený 1 metr od osy otáčení silou 2 newtony. 

Výkon je fyzikální veličina, která určuje množství práce, která se vykoná za jednotku času. Rozlišuje se průměrný výkon (to je výkon za určitý časový interval) a okamžitý výkon (to je výkon za určitý časový okamžik).

Z toho co je nahoře, je možné vyvodit, že výkon a točivý moment jsou dvě naprosto odlišné veličiny. V případě spalovacích motorů, a jiných pohonných jednotek (třeba elektromotorů), mezi nimi ale existuje souvislost. Tu můžeme popsat vzorečkem.

• M – krouticí moment
• P – výkon
• f – otáčky za minutu

Ze vzorečku vyplývá, že pro dosažení vysokého točivého momentu, musíme dosáhnout nízkého výkonu za co možná nejnižších otáček. Také z toho plyne, že bude-li při rostoucích otáčkách výkon stále stejný, tak točivý moment poklesne. A také, že výkon poroste, bude-li točivý moment klesat při rostoucích otáčkách. To co je ve spodní části zlomku je úhlové zrychlení.

Na následujícím obrázku je vidět vztah točivého momentu (modře) a výkonu (červeně) v závislosti na otáčkách. Jedná se o záznam TDI motoru s výkonem 77 kW.

Závislost točivého momentu na výkonu a otáčkách motoru

Točivý moment vzniká následujícím způsobem. Vlivem spalování ve válci expanduje směs spáleného vzduchu a paliva. Tím vzniká tlak p, který působí na píst a tvoří sílu F. Síla je vedena přes píst na ojnici a dále na klikový hřídel. Točivý moment dle obecné definice je součin síly a ramena (r).

Vzhledem k tomu, že tlak p není v celém spalovacím cyklu konstantní, není díky tomu konstantní ani moment síly. Maximální hodnoty tlaku jsou cca 3° – 7° za horní úvratí při expanzi (po zapálení směsi). Maximum je tedy přibližně, když ojnice s ramenem klikového hřídele svírá pravý úhel.

V cestě výkonu a točivému momentu ke kolům auta stojí ještě převodovka. U ní platí to, že čím vyšší rychlostní stupeň je zařazený, tím menší točivý moment se dostává na kola. Ale zase stoupají otáčky kola a tím roste i rychlost auta či motocyklu. Takto to je do té doby, než se vyrovnají jízdní odpory a točivý moment.

Vztah točivého momentu motoru a převodovky lze vyjádřit tímto vzorečkem:

• M_p – točivý moment na výstupu převodovky
• M_m – točivý moment na výstupu motoru
• f_p – jsou otáčky převodovky
• f_m – jsou otáčky motoru

Výkon na výstupu motoru a na výstupu převodovky je stejný (při zanedbání ztrát).

To by bylo v kostce vše. Doufám, že jsem vše dosud tápajícím soudruhům vysvětlil.