Výkon a točivý moment: jak spolu souvisí?

To, co jsme zjistili v předchozích kapitolách, si nyní ukážeme na jednom příkladu v podobě Toyoty Auris s atmosférickou 1.6 a přeplňovanou 1.2. Pokud jde o atmosférický motor, tak ten nabídne maximálně 97 kW při hodně vysokých 6400 ot/min a maximálně 160 Nm při 4400 ot/min. U turbomotoru je to slabších 85 kW při podstatně nižších 5200 ot/min, maximální točivý moment pak dosahuje výše 185 Nm v rozsahu již od 1500 do 4000 ot/min.

 

 

Pojďme si vysvětlit, co vlastně následující graf vlastně říká. Začneme atmosférickým motorem 1.6. Při 1000 ot/min má jen 111 Nm, což je 69 % maxima. Jinak řečeno, v těchto otáčkách táhne o 31 % slaběji než bude táhnout na stejném převodu při 4400 otáčkách, kde je maximální točivý moment (resp. v maximu táhne o 44 % lépe, záleží, kterým směrem se na to díváme). Zátah postupně roste, ve 2000 otáčkách už je 136 Nm. Táhne tedy o 24 % lépe než v 1000 otáčkách, ale stále o 15 % slaběji než v maximu.

 

 

Když nepřeřadíme, zátah bude stále postupně růst a ve 4400 otáčkách dosáhne svého maxima. Pak jen velmi lehce povadne, aby motor ještě jednou trochu zabral kolem 5400 otáček. Od této chvíle už zátah vadne, stále ale jen velmi pomalu. Auto stále zrychluje, ale už ne tak výrazně jako kolem 4400 až 5400 otáček. Výkon pořád roste až do 6400 otáček, kde dosahuje 97 kW. Točivý moment je zde 145 Nm. Když tedy tento 97kW výkon dosahuje, je zátah už o 9 % menší než byl při 4400 a 5400 otáčkách (145 vs 160 Nm).

 

Pokud se nyní mrkneme na turbomotor, vidíme, že křivka momentu velmi výrazně stoupá a už při 1500 otáčkách je na maximálních 185 Nm. Pro srovnání, 1.6 tam má jen 126 Nm, tedy 68 % hodnoty turbomotoru. Přeplňovaná jednotka tedy jede velmi výrazně lépe. 185 Nm je hodnota, kterou by měl atmosférický motor s objemem zhruba 2,3 až 2,4 litru, kdyby byl stejně naladěn jako výše zmíněná 1.6. Teď si asi umíte představit, jak velký rozdíl to musí být. Turbomotory jsou dole skutečně mnohem silnější (dole skoro dvakrát tolik silnější než kdyby to turbo neměli). Zatímco ale u 1.6 zátah s rostoucími otáčkami pomalu rostl, u turbomotoru zůstává stále na stejné hodnotě (která je sama o sobě hodně slušná).

 

Takto to trvá do 4000 otáček. Po překročení této hranice začne zátah rychle slábnout. Auto sice stále zrychluje, ale přestává se mu chtít. Při maximálních 5600 otáčkách má 144 Nm, což je 78 % maxima. Za tu chvíli tedy ztratil přes 20 % svého tahu. Pokud tedy předjíždíte, auto nejdříve vystřelí, ale čím více se blížíte červenému poli omezovače, tím letargičtěji se vůz jeví. Atmosférický motor sice nevystřelí tak zhurta, ale zase se nedočkáte nepříjemného překvapení v podobě výraznějšího poklesu zátahu. 90 % svého maximálního zátahu má totiž ve velmi bohatém rozsahu od 2700 do 6400 otáček. Tudíž jakmile vyrazíte, víte, že dost podobný zátah na vás čeká až do červeného pole. Celé předjíždění tak může být sice trochu pomalejší (především jeho začátek), ale je zase rovnoměrnější a o něco lépe se odhaduje.

 

 

Abyste nemuseli rolovat nahoru, předkládám tento graf ještě jednou. Mnozí namítají, že by tuto atmosféru museli točit od 5100 otáček nahoru, aby byla výkonnější než turbomotor. To ale není pravda. Atmosféra bude výkonnější vždy, když bude... jednoduše výkonnější, prostě když bude mít vyšší výkon. Tady vůbec nezáleží na tom, kdy se protínají křivky výkonu, ale na tom, jaký výkon zrovna turbomotor dosahuje a jaký výkon tedy chceme překonávat. Pokud tedy turbo pojede při 1500 otáčkách (což znamená výkon 29 kW), atmosféra pojede při stejné rychlosti lépe kdykoli, když bude mít více než 29 kW. Což je někde kolem 2100 otáček. Tedy na nižším převodovém stupni.

 

Jakmile je toto splněno, bude rychlejší, přestože jsme nepřekročili 5100 otáček. Má totiž vyšší výkon (nižší točivý moment motoru dává při lehčím převodu vyšší moment na výstupu z převodovky a díky vyšším otáčkám může součin menšího momentu a vyšších otáček ve výsledku znamenat vyšší výkon). Na grafu se toto čte jednoduše. Podívejte se na křivku výkonu turbomotoru (plná modrá čára). A nyní jeďte směrem doprava ke křivce výkonu atmosférického motoru (plná červená čára). Tam, kam dojedete, tam jsou otáčky, které říkají, zda bude atmosféra silnější nebo naopak.

 

Příklad, při 3100 otáčkách má turbo 60 kW. Jeďme po grafu doprava a zjistíme, že atmosféra má 60 kW při 3700 otáčkách. Pokud tedy turbomotor točí zrovna 3100 otáček a atmosférický má při stejné rychlosti více než 3700 otáček, bude lépe zrychlovat atmosféra. Pokud ale bude mít méně než 3700 otáček (např. stejných 3100 jako turbomotor), bude atmosférický motor letargičtější. K vyššímu výkonu nepotřebuje 5100 otáček, záleží totiž i na otáčkách turbomotoru. Stejně tak to ale funguje i opačně. I když turbomotor bude točit více než 5100 otáček (kde je na první pohled dle grafu horší), může být lepší než atmosféra. Jednoduše stačí, když atmosféra bude točit méně.

 

A pro jistotu si to ukážeme ještě jednou. Atmosférická verze má 60 kW při 3700 otáčkách, přičemž turboverze má stejných 60 kW při 3100 otáčkách. Točivý moment atmosféry činí 154 Nm, u 1.2 Turbo je to 185 Nm (o 20 % více). Zkusme si to např. na šestce. Atmosféra má převod šestého stupně 0,700, stálý převod je 4,21. Celkový převod je 2,947 a při 3700 otáčkách auto jede 148 km/h. Na výstupu z převodovky (na kola) se dostává 154 Nm × 2,947 = 454 Nm. Auris 1.2 Turbo má na šestce při 148 km/h 3060 otáček (atmosféra tedy točí o 20 % více). Jeho převod šestky činí totiž 0,619 a stálý je 3,944. Celkově je to tedy 2,441 (což opět 20% rozdíl). Na kola se tak dostává 185 Nm × 2,441 = 452 Nm.

 

Dobře vidíme, že těch 20 %, které atmosféra ztratila na točivém momentu motoru, dohnala lehčím převodem (o 20 % vyššími otáčkami), takže dosahuje při stejné rychlosti nejen stejného výkonu 60 kW, ale také stejného točivého momentu, který jde na kola (zhruba 453 Nm).

 

 

 

Když si oba motory srovnáme (točivý moment, který jde z převodovky na kola), pak přeplňovaná verze vypadá být mnohem silnější. Platí to především pro nižší stupně. Protože má ale delší převody (zejména u těch vyšších převodů je motor nastavený na mnohem nižší otáčky než u atmosférické verze), rozdíly se stírají a např. na šestce už mezi oběma motorizacemi není až tak velký rozdíl. Od 150 km/h výše už dokonce vede atmosférická varianta.

 

 

 

Pokud si vykreslíme maximální hodnoty, vidíme však, že přeplňovaná verze vede spíše v nižších rychlostech, zatímco od nějakých 75 km/h je už atmosféra silnější nebo alespoň zhruba stejně tak silná. Dokáže vytočit vyšší otáčky, ve kterých má vyšší výkon.

 

 

 

Tentýž graf, který jsme měli výše, předkládám jen vyjádřený ve výkonu při daných rychlostech. Vidíte, že o tolik, o kolik byl větší nebo menší točivý moment na kolech, o tolik je při stejné rychlosti větší nebo menší i výkon. Pokud tedy budete mít zájem o co největší zrychlení a budete točit až do omezovače, graf točivého momentu na kolech i graf výkonu ukazuje totéž. Atmosféra bude sice ztrácet na začátku, ale od nějakých 75 km/h už bude většinou ve vedení nebo jen velmi malé ztrátě.

 

 

 

Pojďme si tedy ukázat, proč se turbomotory při běžné jízdě jeví jako dynamičtější. Zde vidíte graf točivého momentu, který jde z převodovky na kola, pokud u obou vozů řadíme tak, aby po přeřazení měly 1500 otáček (řadíme tedy na 1500 ot/min, z jedničky na dvojku při 2700 otáčkách při 22 km/h, ze dvojky na trojku při 2200 otáčkách při 32 km/h, a tak dále). Myslím, že je hodně dobře vidět, že při takovém řazení se atmosférický motor opravdu vůbec nechytá a je výrazně slabší než přeplňovaná varianta.

 

O něco výše jsme si ale říkali, že turbomotor má při 1500 otáčkách výkon 29 kW, zatímco atmosféra má takový výkon až při 2100 otáčkách. Pojďme tedy u atmosféry řadit na 2100 otáček (z jedničky na dvojku při 3900 otáčkách a 31 km/h, ze dvojky na trojku při 3100 otáčkách a 45 km/h,...). Turbomotor bude pořád řadit na 1500 otáček.

 

 

 

V tomto momentě se linie obou motorů srovnaly. Ano, turbomotor má stále místa, kde je lepší, ale taková místa má i atmosférická varianta a trend obou linií je v podstatě stejný. Aby tedy 1.6 v Aurisu jela stejně jako turbomotor 1.2, u kterého se v našem modelovém příkladě řadí na 1500 otáček, musíme u této atmosféry řadit alespoň na 2100 otáček. Pokud budeme řadit na nižší otáčky, bude pomalejší. Pokud ale budeme řadit na vyšší, bude dynamičtější a opravdu nemusí točit více než 5100, "aby to jelo".

 

 

 

Zde už dobře vidíme, že pokud s turbomotorem řadíme na 1500 otáček, opravdu nemusíme s atmosférou vytáčet motor vysoko nad 4-5 tisíc, aby jel lépe. Při řazení na 2100 otáček už na tom byl stejně a při řazení na 2500 otáček (viz výše) je viditelně silnější.