Moment obrotowy - co to takiego i czemu służy? [kompendium wiedzy]
Mówiąc o napędzie samochodowym najczęściej podajemy wartość siły oraz przyspieszenia. Nawet jeśli ktoś podaje maksymalny moment obrotowy, nie przywiązujemy do niego większej wagi. Często z prostego powodu - nie wiemy dokładnie co to jest.
Mówiąc o napędzie samochodowym najczęściej podajemy wartość siły oraz przyspieszenia. Nawet jeśli ktoś podaje maksymalny moment obrotowy, nie przywiązujemy do niego większej wagi. Często z prostego powodu - nie wiemy dokładnie co to jest.
Zacznijmy od historii. James Watt zaobserwował, że ówczesny koń był w stanie unieść 550 funtów masy na odległość jednej stopy w czasie jednej sekundy. Stąd wykonywał pracę w tempie 550 funto-stóp na sekundę (lub 33000 funto-stóp na minutę) przez około 8 godzin dziennie. Wartość tę przyjęto jako standardową i nazwano jednym koniem mechanicznym.
Funto-stopa momentu obrotowego jest to siła skręcająca potrzebna do podtrzymania masy jednego funta na bezmasowym, poziomym ramieniu w odległości jednej stopy od punktu zaczepienia. Innymi słowy moment obrotowy opisać można jako iloczyn siły działającej na denko tłoka i ramienia wykorbienia. Dla silnika spalinowego o danej pojemności ramię wykorbienia posiada stałą wartość. Wynika wiec z tego, że moment obrotowy zależy wyłącznie od ciśnienia gazów działających na tłok. Ciężko mi się to pisze więc pewnie równie ciężko będzie się wam to czytać - jednak trochę teorii liznąć musimy :)
Musimy teraz podać bardzo istotną informację. Otóż nikt nie mierzy mocy silników. Mierzy się moment obrotowy (w USA wyrażany w funto-stopach, w Europie w niutonometrach). Potem inżynierowie przeliczają wynik poprzez zamianę siły obrotowej momentu obrotowego działającej w danym czasie na jednostki mocy.
Wyobraźmy sobie teraz masę jednego funta, oddaloną o jedną stopę od punktu zaczepienia na ramieniu nie posiadającym masy. Gdy wykonamy obrót tej masy o jedno pełne koło przeciwko oporowi jednego funta, przesuniemy ją o 6,2832 stopy (Pi x okrąg o średnicy 2 stóp) i wykonamy pracę wynoszącą 6,2832 funto-stóp.
Watt stwierdził, że 33000 funto-stóp pracy na minutę równa się jednemu koniowi mechanicznemu. Gdy podzielimy to przez 6,2832 funto-stóp pracy, które wykonaliśmy podczas jednego pełnego obrotu dojdziemy do wniosku, że 1 funto-stopa momentu obrotowego przy 5252 obr. / min równa się 33000 funto-stóp pracy na minutę i równa się jednemu koniowi mechanicznemu. Gdybyś obracali tą masę z prędkością 2626 obr. / min równałoby się to 1/2 konia mechanicznego. Stąd właśnie wynika wzór na obliczanie mocy z momentu obrotowego:
moc* = (moment obrotowy x obroty na minutę) / 5252
- moc wyrażona w koniach mechanicznych (HP)
moment obrotowy wyrażony w funto-stopach (ft lbf)
Tyle teorii. Jak przekłada się ona na praktykę, czyli jazdę? Każdy samochód, na każdym biegu, przyśpiesza w tempie, które dokładnie pokrywa się z krzywą momentu obrotowego. Auto przyspiesza najmocniej w momencie, gdy moment obrotowy osiąga dokładnie najwyższą wartość. Poniżej i powyżej tej wartości przyśpieszenie jest mniejsze. 100 niutonometrów momentu będzie “ciągnęło” tak samo mocno przy 2000 obrotów jak i przy 4000 obr, podczas gdy moc będzie podwojona. Dlatego moc nie jest szczególnie ważna z perspektywy odczuć kierowcy i równa jest momentowi obr. tylko przy 5252 obr. / min, gdzie krzywe mocy i momentu się przecinają.
Moc rośnie drastycznie ze wzrostem obrotów, zwłaszcza, gdy w tym samym czasie rośnie też wartość momentu. Moc będzie rosła razem z obrotami silnika, nawet gdy moment zacznie już opadać. Niemniej jednak moc nie ma nic wspólnego z tym co czuje kierowca.
Nie będę was męczyć technicznymi danymi zbyt długo, więc na koniec dodam tylko jeszcze jedną ważną rzecz. W eksploatacji ważne jest, aby stosunkowo wysoki moment obrotowy utrzymywał się w szerokim zakresie prędkości obrotowych silnika, co czyni silnik elastycznym. Umożliwia to płynną jazdę bez konieczności częstej zmiany biegów.
