Jõust ja pöördemomendist ehk miks võimsus on üpris mõttetu näitaja

Pinterest LinkedIn Tumblr +
Läbi aegade on mootorite võimekuse väljendamiseks enim kasutatud kaht parameetrit: võimsust ja pöördemomenti. Paraku seondub nendega ka palju eksiarvamusi.

Mida enam kondad autoalastes foorumites või vaatad kommentaare autoajakirjanduse lugude all sotsiaalmeedias, seda enam sellised sõnavõtud silma jäävad. Läbi aegade on käibele jäänud “tõdesid”, mida muudkui korrutatakse – ka inimeste poolt, kes peaksid teadma paremini!

Veelgi enam, jääb lausa mulje, et inimesed arvavad, et tegu on näitajatega, mis teevad eri asju või “vastutavad” erinevate ülesannete täitmise eest!

Levinuimad käibefraasid võimsuse ja pöördemomendi eristamiseks, mis kohe meelde tulevad, on näiteks järgnevad: “võimsus on see, kui kiiresti sa seina sõidad, pöördemoment on see, kui kaugele sa seina lükkad.” “Pöördemoment on see, kui kiiresti kohalt võtad, võimsus määrab tippkiiruse.” “Kui pöördemoment oleks oluline, oleksid kõik võidusõiduautod diislid.”

Isegi kuulsad võidusõitjad on öelnud kaheldava väärtusega asju nagu “autol on piisavalt hobujõude alles siis, kui iga käiguga rattad tühja käivad” või “autol on siis piisavalt hobujõude, kui ma saan kurvist välja kiirendamisest kuni pidurduspunktini asfaldile kaks musta jutti jätta” (Mark Donohue, USA võidusõitja).

Üks, millega võib osalt isegi nõus olla, aga vaid osalt: “pöördemoment võidab võidusõite, hobujõud müüb autosid.”

Mille poolest need siis ekslikud on?

SSC Tuatara

SSC Tuatara, üks moodsa aja võimsamaid autosid

Mis on võimsuse ja pöördemomendi vahe?

Esiteks, see kõige tähtsam. Mis on pöördemoment ja mis on võimsus? Jätame ühikud hetkeks kõrvale, see ei muuda midagi peale ühiku ees oleva arvu. Samuti jätame välja käiguülekanded ning räägime vaid mootoritest.

Pöördemoment on väga lihtsustatult see, kui kõvasti mootori väljundvõll pöörab. Või lausa “väänab,” kui puriste hulluks ajada tahta. See on täiesti tuntav jõud – kui väljundvõllist kätega kinni võtta, siis sa tunned pöördemomenti. Mida rohkem seda on, seda jõulisemalt käsi väänab!

Võimsus aga ei ole midagi muud, kui tehtava töö hulk ajaühikus. Võimsus on see, kui palju mootor suudab aja jooksul oma pöördemomenti järjest välja anda ning võimsuse määravadki pöördemoment ning pöörete hulk.

See kajastub võimsuse välja arvutamiseks kasutatavas valemis: olenevalt sellest, kas kasutad SI-süsteemi ühikuid (Nm, kW) või nö “vanu” või inglise süsteemi mõõtühikuid nagu väike osa maailmast (lb-ft ja hj, mis kasutamise koha pealt küll erandiks).

SI-süsteemis on võimsuse valemiks kindlatel pööretel saavutatav pöördemoment korrutatuna pööretega ning jagatud 9549-ga. Inglise süsteemi mõõtühikutes on vaja lb-ft ning RPM korrutis jagada 5252-ga. Miks just sellised arvud, on lugu mõneks teiseks korraks.

Siit aga ilmneb ka esimene osa sellest, miks võimsus kui selline juhile midagi ei tähenda. Kui pöördemoment on midagi, mida me tunneme, siis võimsus on lihtsalt töö.

Võtame näiteks mootori, mis annab lihtsuse mõttes väga püsivalt välja 200 Nm pöördemomenti ning mille piirik on 8000 RPM peal. Eeldame, et füüsiline piirang (komponentide vastupidavus, mootori läbipuhe) piiriku tõstmiseks puudub.

Kui nüüd seda piirikut näiteks 200 RPM tõsta ning pöördemoment püsib sama, on äkitselt tegu juba võimsama mootoriga – kuid juht ei tunne seda kuidagi. Võimsus ei ole “tagumikudünoga” tuntav näitaja. Veelgi enam, sellise pöördemomendikõveraga auto puhul võiks põhimõtteliselt võimsuse kõvera üldse graafikule joonistamata jätta – see on lihtsalt üks tõusev joon.

Stabiilne motika kõver

Pöördemoment püsib üle terve vahemiku üpris sarnane – seega on ka võimsuse kõver lihtsalt üks stabiilselt tõusev joon.

Küll aga tunneme me pöördemomenti. Kui me peame näiteks tugeval kiirendusel otsustama, millal käiku vahetada, teeme me seda just pöördemomenti tajudes – kui tõmme hakkab raugema, vahetame käiku, et uuesti “tõmbavasse” pööretevahemikku langeda. See on eriti tajutav turbomootoriga masinate puhul, mille pöördemoment hakkab tavaliselt juba enne piiriku saabumist ära kukkuma.

Võimsus üksinda on suhteliselt mõttetu näitaja

Nüüd aga selle algse väite juurde – et võimsus on iseenesest üpris mõttetu näitaja. Jah, ta on universaalne suurus, mis näitab, palju mootor suudab tööd teha. Kuid paraku ei kajasta võimsus seda, KUIDAS mootor tööd teeb. Ta ei näita üksinda, milleks mootor sobilik on! Selle välja selgitamiseks on A ja O ikkagi pöördemoment ning see, mis pööretel see saabub ja kaua kestab.

Seetõttu ei sobigi võimsamad tsiklimootorid oma 120-130 Nm ning kõrge piirikuga tihti rohkemaks kui väga kergete masinate kiiresti liigutamiseks – võimsust on küll 200 hj, kuid see on vaid seetõttu, et pöördemoment püsib enam-vähem stabiilselt kuni väga kõrgete pööreteni, enne kui ära kukkuma hakkab. Langeta piirik sõiduauto tasemele ning olukord muutub võimsuse rindel väga nutuseks.

Samuti ei tasu veokimootoriga võidu sõitma minna – 2500 Nm on metsik küll, kuid kui see püsib vaid 800-1000 RPM vahel, pole sellest eriti mingit kasu.

Võidusõidu jaoks on ehitatud spetsiaalseid diiselmootoreid, näiteks kuulus Le Mans’ võitja Audi R10. Võtmesõna – pöörded! Piirik 5500 RPM, maksimaalne pöördemoment 1100 Nm ning meeletu vaev, et see enam-vähem ka kuni 5000 RPM püsiks. Kuid tehti mis tehti, 5000 oli ka viimane piir enne ootuspärast langust.

Audi R10 TDI

Audi jaoks oli tegu nii “teeme, sest saame” kui ka turundusharjutusega, et oma diiselmootoriga sõiduautode populaarsust kasvatada. Reaalsuses oli probleeme lademetes rohkem kui sarnase bensiinimootoriga oleks olnud. Mootor sai ka palju raskem.

Vaatame veel üht väga ebastandardset mootorit: “Torino elajana” tuntud Fiat S76 Recordi 28,5-liitrine ridaneli aastast 1910. Massiivne. Robustne. Jõhker. Ometigi on selle võimsus “vaid” 290 hj. Kuidas siis saab sellisest töömahust nii kehva erivõimsuse – liitri kohta vaid 10 hj?

Turini elajas

Võtmeks on loomulikult jällegi pöörded. Koljati maksimaalne pöördemoment on metsik – 2700 Nm, rohkem kui Bugatti Veyronil! Kuid paraku kammitses võimsust madal, umbes 2000 RPM piirik. Maksimaalne pöördemoment saavutati palju madalamal, tippvõimsus umbes 1800 RPM kandis – mis teeb pöördemomendiks sel hetkel “vaid” 1133 Nm.

Kui masin suudaks oma maksimaalset pöördemomenti 2000 RPM juures hoida, oleks võimsus juba 762 hj! Allpool on kahest ainsast olemasolevast eksemplarist üheks kokku pandud masina esmakäivitus.

Uuesti neist käibefraasidest…

Siinkohal võikski üht loo alguses välja toodud fraasi pisut mudida: kui diislid oleksid võimelised bensiinimootoriga võrdväärseteks pööreteks ning hoiaksid pöördemomenti lõpuni välja, oleksid enamus võidusõiduautosid tõesti diiselmootoriga.

Mis puudutab väidet, et pöördemoment näitab kohaltvõtu kiirust ja võimsus tippkiirust – ei, mõlemad dikteerib pöördemomendi suurus eri pööretel. See, et kõrge pöördemomendiga tipupööretel (ja seega sobilikkusega suurte kiiruste hoidmiseks) kaasneb arvutades ka ilus võimsuse näitaja, ei näita üksinda midagi, sest nagu öeldud – samasuguse võimsuse saavutavad väga erinevaks kasutuseks mõeldud mootorid.

Siinkohal võib ka laiendada ülalpool toodud näidet auto kohta, millel stabiilselt püsiv 200 Nm. Kui panna joonele kaks sellist autot, millest ühel on piirikut 200 RPM tõstetud, siis mis muutub? Esiteks, kasvab arvutuslik võimsus. Teiseks, loomulikult kasvab tippkiirus.

Kuid hoolimata samaks jäänud pöödemomendist paraneb ka kiirendus – enne iga käiguvahetust jõuab tõstetud piirikuga auto teisest pisut kaugemale, enne kui jätkub võrdväärne “tõmme”.

Vastu seina sõitmist puudutav käibefraas – kui kaugele sa seina lükkad, sõltub siiski kiirusest ja massist ning seega inertsist.

Mis puudutab kuulsa võidusõitja Mark Donohue ütlusi mustade juttide ja tühja käivate rataste kohta – ka see on pöördemomendi tulem. Ning väide, et pöördemoment võidab võistlusi ja hobujõud müüvad autosid – esimese poolega võib nõus olla vaid siis, kui (kõik tülpinult kooris) pöördemoment püsib ka kõrgetel pööretel.

Kokkuvõtteks

Ma ei oota, et ekslike käibefraaside kasutamine nüüd kolinal kukuks, ent lootus püsib. Kui mitte enne, siis vähemalt nüüd on lugeja varustatud teadmistega, et igasugused kõvatajad alla lasta – teate küll, need “diislis peitub jõud, bensiiniga võid pintsleid pesta” või “sain chipiga 30 hobust juurde, kõiki on tunda” tüübid.

Kuid kas ma lõpetan võimsuse välja toomise ning selle põhjal mingite järelduste tegemise arvustustes või muudes lugudes? Kindasti mitte – selleks on tegu liiga universaalse näitajaga. Sarnase eesmärgiga ning sama klassi masinate võrdlemiseks on võimsus siiski omal kohal.

Fotod: Hennessey, SSC, Audi, Bikes Republic, Motorious, YouTube kanal Stefan Marjoram

Jaga

KOMMENTEERI SIIN

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.