Moment obrotowy silnika a ekonomia jazdy

Moment obrotowy i jego odpowiednie wykorzystanie daje efekty w postaci zwiększenia ekonomii jazdy i zwiększenia efektywności silnika oraz jego żywotności.

Kierowca jest informowany o aktualnych obrotach silnika przez obrotomierz. Jak najlepiej optymalizować moment obrotowy oraz jak moment obrotowy wpływa na komfort, dynamikę i ekonomię jazdy?
Silnik działa najefektywniej w zakresie pomiędzy wartością obrotów momentu maksymalnego a wartością obrotów mocy maksymalnej. Im szerszy ten zakres, tym silnik jest bardziej elastyczny. Co oznacza, iż w tym zakresie obrotów można sprawnie przyśpieszać bez zmiany przełożenia.

Ideałem w procesie najbardziej efektywnego przyśpieszania jest zmiana biegów w takich momentach, by po zmianie przełożenia silnik rozpoczął przyśpieszanie od obrotów, przy których osiąga maksymalny lub zbliżony do maksymalnego moment obrotowy. Taki zakres obrotów na ogół jest zaznaczony na obrotomierzu kolorem zielonym. Obrotomierz także wskazuje na możliwe do osiągnięcia, maksymalnie bezpieczne dla danego silnika obroty. Innym elementem zabezpieczającym silnik przed uszkodzeniem jest odcięcie zapłonu powyżej wartości maksymalnej.

Jeśli silnik nie ma odcięcia zasilania w układzie wtryskowym (w momencie osiągnięcia zbyt dużych obrotów silnika), to wskazówka obrotomierza zbliżająca się do czerwonego zakresu na końcu skali jest jedyną informacją o zbyt wysokich obrotach i zagrożeniu dla silnika (zatarcie, pęknięcie korbowodu). Dlatego warto obserwować obrotomierz.
Zakres najkorzystniejszych dla zużycia paliwa obrotów można wyznaczyć na podstawie wykresu mocy i momentu obrotowego. Ich wartość to mniej więcej połowa zakresu między obrotami maksymalnego momentu i maksymalnej mocy. Utrzymywanie silnika w pobliżu tej wartości, na podstawie wskazań obrotomierza, gwarantuje sprawną jazdę i niskie zużycie paliwa.

Optymalny zakres prędkości obrotowej silnika

Wraz ze wzrostem prędkości silnika moment obrotowy rośnie, ale tylko do pewnej granicy. Następnie, pomimo wzrostu obrotów, wartość momentu się zmniejsza. Ta ogólna zależność obowiązuje w silnikach z zapłonem iskrowym (benzynowych) i w silnikach wysokoprężnych. Po przekroczeniu obrotów silnika odpowiadających maksymalnemu momentowi obrotowemu [Mo] wzrasta moc, a więc i prędkość maksymalna samochodu. Maleje za to moment i wzrasta zużycie paliwa.
W silnikach z zapłonem iskrowym wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wału korbowego wzrasta moment obrotowy i dość szybko osiąga swe maksimum. Wartość maksymalna utrzymywana jest w niewielkim przedziale obrotów. Gdy obroty nadal wzrastają, moment maleje, a jego wartość minimalna osiągana jest przy obrotach maksymalnych silnika.
W silnikach z zapłonem samoczynnym krzywa momentu obrotowego ma korzystniejszy kształt, a uzyskiwane wartości momentu są dużo wyższe. Przy współpracy takich silników z turbosprężarkami można osiągnąć płaski przebieg krzywej momentu w znacznym zakresie obrotów. W turbodoładowanych silnikach Diesla maksymalny moment jest dostępny w zakresie od 1750 do 3500 obr./min. Istnieje wówczas możliwość wykorzystania maksymalnego momentu i jest on dostępny przy mniejszej prędkości obrotowej silnika.

Moment obrotowy jest parametrem mocy w ruchu obrotowym. Jednostkę momentu obrotowego stanowi niutonometr [Nm]. W eksploatacji ważne jest, aby stosunkowo wysoki moment obrotowy utrzymywał się w szerokim zakresie prędkości obrotowych silnika, co czyni silnik elastycznym, umożliwia bowiem płynną jazdę bez konieczności częstej zmiany biegów.

Moment obrotowy należy przekazać na koła jezdne. Odbywa się to w kilku etapach. Najpierw wał napędowy łączy skrzynię biegów z przekładnią główną osi napędzanej, tu następuje dalsze zmniejszenie liczby obrotów, następnie moment jest rozdzielany przez mechanizm różnicowy. Dalej półosie napędowe kierują go na koła. przy czym przeniesienie napędu z wału na półosie musi odbyć się tak, by umożliwić kołom napędzanym jednej osi obracanie się z różnymi prędkościami, w przeciwnym razie niemożliwa byłaby jazda w zakrętach, kiedy koło wewnętrzne pokonuje krótszą drogę, przez co kręci się wolniej niż zewnętrzne. Ta sytuacja wymaga zastosowania specyficznego rodzaju przekładni, zwanej satelitarną, różnicową lub dyferencjalną (stąd nazwa: mechanizm różnicowy lub dyferencjał). Zastosowanie tych mechanizmów zmniejsza zużycie opon i układu przeniesienia napędu.

Wartości momentu obrotowego, a następnie mocy ustala się dla całego zakresu prędkości obrotowej silnika. W ten sposób powstaje wykres charakteryzujący jednostkę napędową, a najwyższe wartości zobrazowanych na nim parametrów wraz z wartościami obrotów, przy których zostały uzyskane, można znaleźć w danych technicznych pojazdu. Maksymalne wartości momentu obrotowego i mocy osiągane są przy różnych prędkościach obrotowych (nawet w przypadku zbliżonych pojemności). Gdy moment obrotowy osiąga najwyższą wartość, silnik najefektywniej przetwarza energię, a samochód najlepiej przyspiesza. Jeśli moment obrotowy jest najwyższy przy wysokich obrotach, w praktyce auto przyspieszy do wyższej prędkości, a jeśli przy niskich – będzie dynamiczne na początku, ale zostanie w tyle na długich prostych, gdy liczy się prędkość maksymalna.

Moment obrotowy, prędkość obrotowa i moc są wzajemnie ze sobą powiązane. Jeżeli moc pozostaje taka sama, a prędkość obrotowa na wyjściu maleje, to wytwarza¬ny moment obrotowy rośnie. Jeżeli prędkość w obr./min maleje, to moment obrotowy rośnie. Ten wzrost momentu wyjściowego jest jedną z głównych korzyści z przełożenia przekładni lub reduktora. Skrzynka przekładniowa nie tylko zmniejsza prędkość wyjściową w obr./min, lecz także zwiększa uzyskiwany moment obrotowy wyjściowy.