Naučte se, jak určit správný točivý moment
Každý spalovací motor je navržen tak, aby měl určitý maximální výkon, který dokáže vyprodukovat při určitém počtu otáček klikového hřídele. Kromě maximálního výkonu je však v charakteristice motoru i taková hodnota jako maximální točivý moment, dosahovaný v jiných než maximálních otáčkách výkonu.
Co znamená pojem točivý moment?
Z vědeckého hlediska se krouticí moment rovná součinu síly a ramene jeho aplikace a měří se v newtonmetrech. To znamená, že pokud na klíč dlouhý 1 metr (rameno) působíme silou 1 Newton (kolmo ke konci klíče), získáme krouticí moment rovný 1 Nm.
Pro přehlednost. Pokud je matice utažena silou 3 kgf, pak k jejímu odšroubování budete muset vyvinout sílu 1 kg na klíč s délkou ramene 3 metr. Pokud však na 1 metr dlouhý klíč nasadíte další 2metrový kus trubky, čímž zvýšíte páku na 3 metry, pak k odšroubování této matice budete potřebovat pouze sílu 1 kg. To je to, co mnozí automobiloví nadšenci dělají při odšroubování šroubů kola: buď přidají kus trubky, a pokud chybí, jednoduše stisknou klíč nohou, čímž zvýší sílu působící na klíč kola.
Také pokud na metrovou páku zavěsíte břemeno o hmotnosti 10 kg, objeví se krouticí moment rovný 10 kgm. V soustavě SI bude tato hodnota (vynásobená gravitačním zrychlením – 9,81 m/cm2) odpovídat 98,1 Nm.
Výsledek je vždy stejný – točivý moment je součin síly a délky páky, proto potřebujete buď delší páku, nebo větší množství vynaložené síly.
To je všechno v pořádku, ale jaký je potřeba točivý moment v autě a jak jeho velikost ovlivňuje jeho chování na silnici?
Výkon motoru odráží trakční schopnosti motoru pouze nepřímo a jeho maximální hodnota se objevuje zpravidla při maximálních otáčkách motoru. V reálu v takových režimech skoro nikdo nejezdí, ale akceleraci motor vyžaduje vždy, nejlépe od okamžiku, kdy sešlápnete plynový pedál. Některá auta se v praxi chovají docela rychle už od nízkých rychlostí (odspodu), jiná naopak preferují jen vysoké otáčky a dole vykazují mdlou dynamiku.
Mnoho lidí má tedy mnoho otázek, když řídí auto s benzínovým motorem o výkonu 105-120 koní. změna na 70-80 – silný dieselový motor, ten pak snadno překoná auto s benzínovým motorem. Jak to může být?
Je to dáno množstvím trakce na hnacích kolech, která je u těchto dvou vozů odlišná. Množství trakce přímo závisí na součinu takových ukazatelů, jako je velikost točivého momentu, převodový poměr převodovky, jeho účinnost a poloměr otáčení kola.
Jak vzniká točivý moment v motoru?
Motor nemá metrové páky a závaží a nahrazuje je klikový mechanismus s písty. Točivý moment v motoru vzniká spalováním směsi paliva a vzduchu, která při rozpínání objemu silně tlačí píst dolů. Píst zase přenáší tlak přes ojnici na čep klikového hřídele. V charakteristice motoru není žádná hodnota ramene, ale je zde hodnota zdvihu pístu (dvojnásobný poloměr kliky klikového hřídele).
Pro jakýkoli motor se točivý moment vypočítá následovně. Když píst o síle 200 kg posune ojnici na osazení 5 cm, objeví se točivý moment 10 kgf nebo 98,1 Nm. V tomto případě pro zvýšení točivého momentu musíte buď zvětšit poloměr kliky, nebo zvýšit tlak expandujících plynů na píst.
Do určité míry je možné zvětšit poloměr kliky, ale zvětší se i rozměry bloku válců jak na šířku, tak na výšku a nelze poloměr zvětšovat donekonečna. A konstrukce motoru bude muset být výrazně zesílena, protože se zvýší setrvačné síly a další negativní faktory. V důsledku toho vývojářům motorů zbývá druhá možnost – zvýšit sílu, kterou píst přenáší sílu na otáčení klikového hřídele. Pro tyto účely je nutné spalovat hořlavější směs ve spalovací komoře a navíc kvalitnější. Za tímto účelem mění velikost a konfiguraci spalovací komory, vytvářejí „přetlačovače“ na hlavách pístů a zvyšují kompresní poměr.
Maximální točivý moment však není k dispozici při všech otáčkách motoru a u různých motorů je maximálního točivého momentu dosaženo v různých režimech. Některé motory ho produkují v rozmezí 1800-3000 ot./min., jiné při 3000-4500 ot./min. To závisí na konstrukci sacího potrubí a časování ventilů, kdy při určitých otáčkách dochází k efektivnímu plnění válců pracovní směsí.
Nejjednodušším řešením zvýšení točivého momentu, potažmo trakce, je použití turba nebo mechanického přeplňování, případně jejich použití v kombinaci. Pak lze točivý moment využít již od 800-1000 ot./min., tzn. téměř okamžitě po sešlápnutí plynového pedálu. Kromě toho se tím eliminuje problém poruch při akceleraci, protože točivý moment je téměř stejný v celém rozsahu otáček motoru. Toho je dosaženo různými způsoby: zvýšením počtu ventilů na válec, umožněním ovladatelnosti časování ventilů pro optimalizaci spalování paliva, zvýšením kompresního poměru, použitím výfukového potrubí podle vzorce 1-4-2-3, použitím oběžných kol s variabilním a nastavitelný úhel náběhu lopatek v turbínách atd.