Co to jest moc silnika?

Moc silnika to pochodna wartości momentu obrotowego i prędkości obrotowej. Mówiąc prościej, moc daje nam informację: ile momentu obrotowego jest dostępne przy określonej prędkości obrotowej.

Fizycznie, wartość mocy określa ilość pracy wykonanej w jednostce czasu. W silniku samochodu moc jest bezpośrednio zależna od wartości momentu obrotowego i prędkości obrotowej. Obie te wartości po przemnożeniu przez siebie dają wartość mocy, dlatego pomimo jednakowej mocy, dwa różne silniki mogą mieć skrajnie różne charakterystyki.

Przyjmijmy, że silnik A rozwija moment obrotowy 200 Nm przy obrotach 6000, co daje nam moc 126 kW. Silnik B rozwija 400 Nm przy 3000 obr./min, co również daje 126 kW mocy, ale przy innych obrotach.

Dlatego wartość maksymalna mocy bez ujęcia jej w obrotach nie daje nam prawie żadnych informacji o charakterystyce silnika. Natomiast z powyższego przykładu widać, że silnik A uzyskuje moc głównie dzięki obrotom, natomiast silnik B głównie dzięki momentowi obrotowemu.

Patrząc na wykres momentu obrotowego i mocy, widać wyraźnie, że pomimo spadku momentu, moc nadal rośnie. Dzieje się tak za sprawą jednoczesnego wzrostu obrotów. Dopiero gdy moment spadnie do tego stopnia, że dalsze zwiększanie obrotów nie zwiększa mocy, również i moc zaczyna spadać.

To dlatego w silnikach wysokoprężnych, gdzie wysoki moment obrotowy szybko spada wraz ze wzrostem obrotów, moc maksymalna jest niższa niż w benzynowych, w których moment jest niższy, ale spada wolniej.

Przyjmuje się, że silnik uzyskuje najlepsze osiągi (przyspieszenie, zdolności pociągowe) w zakresie obrotów od wartości maksymalnego momentu obrotowego do obrotów mocy maksymalnej. Nazywa się to elastycznością silnika. W tym momencie liczy się jednak wartość maksymalnego momentu obrotowego by ustalić do czego silnik bardziej się nadaje.

Tłumacząc to łopatologicznie, można posłużyć się dosłownie takim przykładem. Przyjmijmy, że osoba o niezbyt muskularnej sylwetce i masie 60 kg przerzuciła łopatą tonę ziemi w 10 minut. Druga, mocno zbudowana, ważąca 120 kg, uzyskała identyczny wynik. Co różni te dwie osoby?

Patrząc na posturę, łatwo się domyślić, że tempo pracy lub wielkość łopaty jakiej używały te osoby. Przyjmijmy, że chodzi o łopatę. Pierwsza mogła używać niedużego narzędzia, ponieważ ma niewiele siły (mały moment obrotowy), ale dzięki temu mogła szybciej pracować (obroty). Jej łopata nabierała po 3 kg ziemi, a jeden ruch był wykonywany przez 1,8 s.

Pasowało jej to idealnie do warunków fizycznych. Muskularna osoba, mająca więcej siły (moment obrotowy) nabierała na większą łopatę 6 kg ziemi, ale ruch wykonywała co 3,6 s, ponieważ nie ma takiej dynamiki ruchu (obroty) jak osoba drobniejsza. Pracowała wolniej, ale wykonała tę samą ilość pracy w tej samej jednostce czasu, dlatego obie osoby mają tę samą moc.

To najlepiej obrazuje różnicę pomiędzy 400-konnym silnikiem niskoobrotowym ciężarówki, a 400-konnym silnikiem wysokoobrotowym samochodu sportowego. Gdyby zamienić jednostki napędowe w takich pojazdach, to pomijając skrzynię biegów i dobór przełożeń, byłoby to porównywalne z zamianą łopat u naszych robotników.

Osoba o drobnej posturze mogłaby pracować ciężką łopatą, ale ruch byłby wykonywany wolniej, a w pracę wkładałaby więcej wysiłku, ponieważ warunki nie odpowiadałyby jej budowie. W rezultacie nie byłaby w stanie wykonywać ruchu co 3,6 s i nie wykonałaby zadania.

Identyczny problem, choć z zupełnie innego powodu miałby nasz atleta. Dla niego lekka łopata byłaby zmorą. Z jednej strony jego ramiona nie odczuwałyby obciążenia, ale ciało nie dałoby rady wykonywać tak szybkich ruchów – co 1,8 s - by wykonać zadanie.

Jak w prosty sposób policzyć moc silnika mając dane momentu obrotowego i prędkości obrotowej? Wystarczy pomnożyć moment [Nm] przez obroty [obr./min] i uzyskany wynik podzielić przez 9549,3. To co otrzymacie, będzie wyrażone w kilowatach [kW]. Zatem by uzyskać moc w koniach mechanicznych [KM], trzeba jeszcze wykonać mnożenie przez 1,36.