Momenty a výkony - máte v tom jasno?

Výkon, krouticí moment, výkonová a momentová křivka. To jsou slova, která snad nejčastěji zaznívají v debatách o automobilech. Mnoho fandů listuje motoristickými časopisy a studuje tabulky a křivky. Nezanedbatelná část motoristů je ochotna sáhnout hlouběji do kapsy, aby si pořídila výkonnější vůz. A je zde i nemalá skupinka nadšenců, či pošetilců, kteří dokonce investují do různých úprav motoru za účelem zvýšení jeho výkonu. Co se však za těmito pojmy skrývá? Hospodská poučka by celou problematiku shrnula do věty, že „když to má větší výkon, tak to víc pojede a když to má větší krouťák, tak to víc potáhne“ (skoro se mi chce dodat „vole“). Ti z vás, kteří se s touto pivní polopravdou nespokojí, nechť čtou dále.

Všichni nějak podvědomě tuší, že výkon vozu souvisí s maximální dosažitelnou rychlostí. A skutečně, již na základní škole nás všechny učili, že výkon vyjadřuje práci odvedenou za jednotku času. Jinými slovy větší výkon znamená, že určitou práci (například přemístění automobilu z bodu A do bodu B) dokážu provést v kratším čase a tedy vyšší rychlostí. Naproti tomu u krouticího momentu každý správně předpokládá, že nějakým způsobem vyjadřuje sílu motoru, protože jen největší ignorant zcela vymazal ze své paměti jméno pana Newtona. A právě v Newton – metrech se krouticí moment, alespoň u nás v Evropě, udává. Jenomže při mém soukromém průzkumu jsem narazil nato, že značná část dotázaných vůbec netuší souvislost mezi těmito dvěma údaji! A všechny ty články na křídovém papíře bohužel podporují pohled na tyto dvě jednotky jako na dva odlišné a nezávislé údaje. Věta: „Konstruktéři zvýšili výkon motoru ve vyšších otáčkách a zároveň zvýšili krouticí moment v otáčkách nízkých“ není sice fakticky špatně, ale v nejednom čtenáři vzbudí dojem, že vývojáři postrkují křivkami výkonu a krouticího momentu jak se jim zlíbí.
Možná půjde o poněkud šokující zjištění, ale fakticky existuje jen jeden výstup z motoru a ony křivky vyjadřují totéž jen v jiných souřadnicích. Když vynásobíme krouticí moment úhlovou rychlostí (což je jen jiné vyjádření otáček motoru), dostaneme hodnotu výkonu. Jinými slovy známe-li kroutící moment a otáčky, výkon si již spočítáme a opačně z daného výkonu při jistých otáčkách snadno získáme hodnotu krouticího momentu. Ostatně na motorové brzdě se měří právě krouticí moment a výkon se poté dopočítává. Není tedy změny na výkonové křivce bez odpovídající změny na křivce momentové.
Teď se možná podivujete, proč se tedy udávají křivky obě? Jednoduchá odpověď je, že pro různé výpočty je vhodné použít jednou hodnotu výkonu a jindy hodnotu krouticího momentu. Navíc pohled na obě křivky dává poněkud jasnější představu o chování motoru. I když, jak vám dále prozradím, tyto dvě populární křivky jsou jenom špičkou ledovce a informací užitečných pro vaši jízdu z nich vyčtete pramálo. Ostatně věříte, že automobilka dobrovolně pustí do světa skutečně podstatné informace z vývoje?
To, co v 99% vidíme v časopisech, jsou totiž tak zvané vnější rychlostní charakteristiky motoru. Neboli křivky naměřené při plně otevřené klapce u benzínového motoru a při plné dávce paliva u motoru dieselového. Lidově na „plný knedlík“. Teď zavzpomínejte, kdy jste naposledy sešlápli akcelerátor k podlaze při volnoběžných otáčkách a nechali motor, bez řazení a bez změny polohy pedálu plynu, protrápit až k milosrdnému zásahu omezovače otáček. Že nikdy? Ale přesně to vyjadřuje ta strašně zajímavá a důležitá křivka výkonu či kroutícího momentu. Nebo vám teď již tak zajímavá a důležitá nepřijde?

Nechci vás v žádném případě odradit od cesty za poznáním, samozřejmě, že ony křivky mají své opodstatnění. Při vývoji a zkoušení motoru je ovšem měření vnějších charakteristik jen zlomkem testovací práce. Motor je totiž proměřen i při ostatních polohách plynového pedálu a především se měří další veličiny jako je měrná spotřeba paliva, teploty, tlaky a desítky dalších hodnot. Jelikož se u průměrného osobního vozu pohybujeme běžně s plynovým pedálem sešlápnutým mezi 30-ti až 70-ti procenty, rozhodně by nás víc zajímal průběh hodnot momentu a výkonu v této oblasti. Zrovna tak by nás určitě zajímalo, kde náš motor vykazuje nejnižší měrnou spotřebu paliva neboli nejvyšší účinnost a kde by jsme ho tedy měli provozovat (otáčky, poloha plynového pedálu). Bohužel se zde jedná o hodnoty, které si výrobce často bedlivě střeží. Občas se však některý výrobce pochlubí, jako třeba Škoda v případě motoru 2.0T FSI, kde můžeme vidět pole měrných spotřeb (obr.1). Na svislé ose grafu můžete vidět zajímavou veličinu tak zvaného středního efektivního tlaku. Jedná se opět o jiné vyjádření výkonu či krouticího momentu (jeho křivka má stejný průběh jako křivka momentová). Střední efektivní tlak konstruktéři používají rádi, je totiž nezávislý na zdvihovém objemu motoru a dovoluje tak srovnávat různě velké motory.

Přesto nezatracujme vnější rychlostní charakteristiky docela. Můžeme z nich například odhadnout charakter motoru. Na obrázku č.2 vidíte vnější charakteristiky mladoboleslavského tříválce 1,2HTP. Vidíte, že křivka momentu je hladná, bez výraznějších skoků. Pozvolna dosahuje maxima ve třech tisících otáčkách a opět pozvolně klesá. (Tiskové oddělení automobilky nám poněkud zatajilo prudší pokles momentové křivky po dosažení maximálního výkonu a tak do otáček 6000 1/min pokračuje jen křivka výkonu). Toto je typická charakteristika motoru pro rodinný vůz, kde záleží především na dosažení dostatečného krouticího momentu v relativně nízkých otáčkách a na jeho plynulém průběhu.

Jako protipól můžete vidět na obrázku č.3 rychlostní charakteristiky sportovního motoru pohánějícího Porsche Carrera GT3. Momentová charakteristika má mnohem divočejší průběh. V otáčkách, kde motor 1,2HTP má své momentové maximum (3000 1/min) je GT3 v podstatě na svém minimu než následuje strmý nárůst. V otáčkách 5500 1/min, kde má motor rodinného vozu maximum výkonu je u Carrery maximální krouticí moment který opět výrazně klesá po dosažení maximálního výkonu.
V tomto porovnání Davida a Goliáše rozhodně nešlo o srovnávání absolutních hodnot, ale právě o průběh charakteristik. Zatímco běžný osobní vůz bude ochotně spolupracovat téměř v celém otáčkovém spektru, vůz sportovní vyžaduje naproti tomu udržování v poměrně úzkém otáčkovém spektru.

Moderním trendem je jistý kompromis v podobě ploché momentové charakteristiky, kdy je jistá její část téměř vodorovnou čarou. Snahou je, aby měl motor v širším spektru otáček stále stejnou porci síly tohoto efektu je dosahováno především přeplňováním. Takové charakteristiky můžeme vidět například na obrázku 4, kde je porovnání přeplňovaných, benzinových WV motorů.
Nevýhodou, známou především s turbodieselů, je velice prudký nárůst kroutícího momentu a jeho prudký pokles před a za touto plochou částí.

Je dobré si uvědomit, že kromě závodních vozů bude motor na vnější charakteristice (přesněji na její části) využíván častěji u nákladních a dodávkových vozidel a u slabších osobních vozů. Je vcelku logické, že plyn na podlaze budete mít častěji u Fabie 1,2HTP než u Mercedesu s pětilitrovým motorem. Paradoxně by se tak o výkonovou křivku měl spíše zajímat řidič slabšího vozu. Ten by měl také vědět, že pro maximální akceleraci je nutné držet otáčky motoru mezi otáčkami maximálního momentu a maximálního výkonu (v krizi až do zásahu omezovače). To není rada pro dostihy mezi semafory, ale pro bezpečné předjetí. Ovšem pro posuzování rychlostních charakteristik z hlediska vozidla je potřeba mít další informace. Na jedné straně rovnice je totiž motor jako zdroj výkonu a na druhé straně jsou jízdní odpory vozidla, které je třeba překonávat, a zde jsou výrobci ještě skoupější na slovo. Také je to rozsáhlé téma na nějaký další článek.
Dobré je také vědět, že existuje několik norem, podle kterých se výkon motoru měří. Ten může být například měřen jak s příslušenstvím, které nějaký výkon odebírá, tak bez něj. Celkově se jedná o poměrně složitý proces na velice drahém zařízení a musí být přesně dodrženy jisté podmínky. Výkon motoru je například velice závislý na teplotě a vlhkosti nasávaného vzduchu, či na teplotě a kvalitě paliva. Různá měření prováděné na válcových stolicích v lépe vybavených servisech, kde se měří výkon na kolech vozidla, je třeba brát s velikou rezervou jako orientační. Rozhodně jsou tato zařízení nevhodná pro jakékoliv ladění motoru, i když si mnoho „čipařů“ a domácích ladičů myslí něco jiného.
Dnešní článek bych ukončil slovy o tom, že vnější rychlostní charakteristiky tak, jak nám je předkládají výrobci v médiích, jsou jen kusou informací. Novináři se o nich můžou široce rozepisovat, můžou být tématem dlouhých diskusí, ale na hodnocení daného automobilu prostě nestačí. Nejlepším vodítkem při výběru automobilu je proto zkušební jízda. Pokud však patříte mezi ty, kteří se rádi nechají fascinovat magickými čísly hodnot výkonu a krouticího momentu, tak vám nechci brát vaši radost. Jen mějte na paměti, že se jedná zkutečně jen o pověstnou špičku ledovce a nemá cenu zatracovat motor jen kvůli tomu, že má o deset koní nižší výkon než motor konkurenční.