Výkon vs. točivý moment: K čemu jsou dobré koně? A k čemu newtonmetry?

Když se lidé baví o autech třeba v hospodě u piva, zpravidla se jednotliví aktéři snaží překonat své diskutující protivníky výkonem motoru svého auta. Prostě kolik má auto a potažmo jeho motor koní je v dané situaci nesmírně důležité. Co na tom, že výkon v koních už technické normy dávno neuvádějí. Ono je to hlavně o tom, jak to zní - 300 koní zní určitě lépe než 221 kW. Přesto, jak níže uvidíte, výkon motoru je v praxi možná méně důležitý než točivý moment.

Síla krát rameno

Pokud zůstaneme u točivého momentu, tak bychom si měli říci, co to vlastně vyjadřuje. Moment síly je definován jako síla krát rameno, na které působí. Proto i malá síla může přinést velký silový moment. Stačí, aby rameno síly bylo dostatečně velké. A naopak, malé rameno, ale velká síla, také znamenají velký silový moment.

Asi nejsnáze si lze účinek silového momentu představit třeba při zavírání dveří. Pokud na ně budete tlačit v místě, kde je klika, zavřete je i relativně malou silou. Naopak pokud se je budete pokoušet zavřít v blízkosti pantů, musíte vynaložit sílu mnohem větší. Je to proto, že vzdálenost místa, kde na dveře rukou působíte (tlačíte), je v blízkosti pantů výrazně kratší než u kliky.

Točivý moment se stejně jako moment síly udává v jednotkách newton krát metr, stručně řečeno v newtonmetrech.

Jak je to v autě

Tolik základní princip. Takto moment znají žáci základních škol, kteří mají trochu zájem o fyziku. Co ale točivý moment při jízdě autem? Jak jej vnímáme a co to vůbec je? Točivý moment motoru závisí na jeho konstrukci a zejména velikosti, případně způsobu plnění válců. Stručně řečeno, čím větší zdvihový objem, tím vyšší maximum točivého momentu by měl motor poskytovat. A dále přeplňovaný motor nabídne vyšší točivý moment než stejně objemný atmosférický.

Točivý moment závisí na otáčkách motoru. Tato závislost je poměrně složitá. Maximum točivého momentu je dosahováno pouze při určitých otáčkách. Třeba u přeplňovaných zážehových motorů jsou otáčky maxima často intervalem od určité do určité hodnoty otáček. Čím je rozsah otáček maxima točivého momentu širší, tím teoreticky pro jízdu lépe. Točivý moment je totiž přímo ukazatelem síly motoru tak, jak ji vnímá řidiči vozidla. Prostě čím je točivý moment vyšší, tím auto lépe zrychluje. Největší akcelerace (rozuměj největší nárůst rychlosti za daný časový či délkový úsek) tak vozidlo dosáhne při otáčkách maximální hodnoty točivého momentu. Toto maximum leží zpravidla někde mezi volnoběhem a otáčkami největšího výkonu. Lidově řečeno, v otáčkách maxima točivého momentu vás bude zrychlení vozidla tlačit největší silou do sedadla.

V praxi tak nejrychleji předjedete, budete-li držet motor v otáčkách co možná nejblíže maxima točivého momentu. To je také hlavní důvod, proč třeba moderní přeplňované vznětové motory ve vysokých otáčkách skoro nezrychlují. Prostě už v nich nemají vysoký točivý moment. Naopak u atmosférických zážehových motorů je hodnota maxima častěji při vyšších otáčkách, proto je třeba podřadit na nižší převod, abychom se k nim dostali.

Za posádkou vnímaným zrychlením ale stojí v praxi samozřejmě také převody. Uvedené tedy platí pouze v případě, že bychom měli motor bez převodovky, či jeli pouze na jeden předem zvolený „kvalt“. Nižší a tedy lehčí převody, logicky umožňují lepší zrychlení než vyšší a tedy těžší „kvalty“.

K čemu je tedy ten výkon?

Výkon obecně coby fyzikální veličina vyjadřuje práce vykonaná za jednotku času. Platí také vztah mezi výkonem a točivým momentem. Výkon na kole je vlastně součin obvodu kola, síly, kterou kolo působí na vozovku a otáček kola. A to celé podělíme 60, abychom získali výkon coby práci vykonanou za jednu sekundu.

Převedeno do řeči automobilové, čím výkonnější budeme mít motor ve vozidle, tím teoreticky dokážeme urazit stejnou dráhu za kratší časový úsek. Samozřejmě za předpokladu, že nebudeme uvažovat celou řadu dalších aspektů, jako jsou převody, aerodynamika vozidla, odpor v převodovém ústrojí a jiné.

Výkon motoru závisí podobně jako točivý moment na otáčkách motoru. Tato závislost je ovšem odlišná a lze říci, že je jednodušší. Prostě s rostoucími otáčkami se výkon motoru zvyšuje, a to až do určité meze, kdy je dosažena jeho maximální hodnota. Od této hodnoty dochází s dalším zvyšováním otáček k poklesu výkonu.

Jak je tomu v praxi

Nabízí se otázka. Jak využívat výkon a točivý moment při jízdě? Pokud je smyslem co nejrychlejší přesun z bodu A do bodu B, pak se uplatní maximální výkon motoru. Nejrychleji se tak z daného místa do jiného dostanete tak, že budete motor udržovat co možná nejdéle v otáčkách maximálního výkonu. To samé, pokud budete chtít vyvinout maximální rychlost vozidla. Ta totiž závisí mimo jiné právě na výkonu motoru. Co ale ten točivý moment? Při jeho vrcholu má sice motor nejlepší zrychlení, ovšem také nižší otáčky než při maximálním výkonu. Z toho důvodu pojede automobil mnohem pomaleji. Při otáčkách nejvyššího výkonu sice nebude vozidlo tak dobře zrychlovat jako při otáčkách maxima točivého momentu, ovšem danou vzdálenost, o kterou nám v tuto chvíli jde, ujede v kratším časovém intervalu.

Naopak točivý moment se uplatní, pokud požadujete nejlepší zrychlení. Třeba při předjíždění a tedy takzvaném pružném zrychlení předjede vozidlo při stejném převodu rychleji při otáčkách maxima točivého momentu než při otáčkách maximálního výkonu. Točivý moment přijde vhod také tam, kde potřebujeme s vozidlem něco tahat. Proto motory třeba stavebních strojů nemají v porovnání s agregáty osobních aut nijak vysoký výkon, zato točivý moment mají mnohem vyšší.

Teoreticky vzato pak nejrychleji pojede vozidlo s motorem, jehož vrchol točivého momentu bude co možná nejbližší otáčkám vrcholu výkonu. To je vlastnost sportovních atmosférických zážehových motorů. Naopak diesely toto neumějí. Proto také bude zážehový motor ve stejném vozidle vždy rychlejší než diesel.