Diesel NIE jest elastyczny!
Spore kontrowersje wzbudził nasz zamieszczony jakiś czas temu tekst o najczystszym silniku wysokoprężnym, który opracowany został przez Mercedesa. Do meritum artykułu uwag nie było, natomiast w komentarzach wielu czytelników wskazywało (czasem mało wybrednymi słowy), że nowoczesny diesel jest bardziej elastyczny od jednostki benzynowej.
Niestety, świadczy to o braku zrozumienia elementarnych pojęć z zakresu motoryzacji.
Zacznijmy zatem od podstaw. Opisując samochód operujemy najczęściej pojęciami mocy i momentu obrotowego. Obie te wartości zmieniają się w zależności do prędkości obrotowej silnika.
Co to jest moment obrotowy?
Jest to wielkość fizyczna potrzebna do obracania ciała wokół własnej osi, czyli iloczyn siły i długości ramienia, na które ta siła działa. Zwróćmy bowiem uwagę, że nie przykręcimy nakrętki na gwint naciskając ją w środku, czyli w osi gwintu. Musimy zastosować ramię, czyli np. klucz, na który będziemy działać siłą.
Co to jest moc?
Moc to wartość pracy, jaką zdolny jest wykonać silnik w określonej jednostce czasu. Np. 1 KM to praca, którą należy wykonać, by w ciągu 1 sekundy unieść masę 75 kg na wysokość 1 metra. W wypadku samochodu jest to ilość pracy wykonana przez obracający się wał w jednostce czasu.
Jak to wygląda w samochodzie?
Na skutek wybuchu mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrze powstaje ciśnienie, które pomnożone przez powierzchnią tłoka daje siłę. Ta siła poprzez korbowód trafia na wykorbienie wału korbowego
powodując jego ruch obrotowy. Wartość tej siły pomnożona przez ramię (promień wykorbienia) daje moment obrotowy wytwarzany przez silnik.
W dużym uproszczeniu można powiedzieć, że od mocy zależy prędkość maksymalna samochodu, natomiast od momentu - jego zdolność przyspieszania.
A co to jest elastyczność?
Bez przesady można powiedzieć, że na temat elastyczności powstała już niejedna książka. Z braku miejsca omówimy ten temat pobieżnie, ale (mamy nadzieję) dzięki temu przystępnie.
Zarówno moc jak i moment zmieniają się w zależności od prędkości obrotowej wału korbowego. Bardziej elastyczny jest ten silnik, który umożliwia sprawne przyspieszanie w jak najszerszym zakresie prędkości obrotowych, a NIE przy niskich prędkościach.
Z tego błędu najczęściej wynika niezrozumienie zagadnienia elastyczności. Nie jest elastycznym silnik, który sprawnie przyspiesza już przy 1500 obr/min, ale jego efektywny zakres pracy kończy się przy 4000 obr/min. Bardziej elastyczna jest bowiem jednostka, która efektywnie przyspiesza od 2500 obr/min do 6000, a nawet 7000 obr/min. Bowiem zakres efektywnych prędkości obrotowych wynosi wówczas 4500 obr/min, a nie 2500 obr/min.
Dlatego tak naprawdę wartość maksymalnego momentu obrotowego niewiele mówi o silniku. Równie istotne jest podanie prędkości obrotowej przy której ów moment jest osiągany. Natomiast najlepiej charakteryzuje silnik krzywa przebiegu momentu w funkcji obrotów. Dopiero wówczas wiemy ile momentu mamy do dyspozycji przy jakich obrotach, a więc czy silnik będzie sprawnie przyspieszał.
Najwyżej jako ciekawostkę można traktować testy tzw. "elastyczności" publikowane w niektórych gazetach, polegające na mierzeniu czasu przyspieszenia od 60 do 100 km/h na czwartym biegu. Przecież niemal każdy samochód ma zupełnie inne przełożenie główne, inne przełożenia biegów, są skrzynie pięcio- i sześciobiegowe!
Jakie silniki są więc najbardziej elastyczne? Duże, niewysilone jednostki V6 i V8. Ich krzywe przebiegu momentu obrotowego w funkcji obrotów silnika są niesłychanie płaskie. Silniki takie często spotykamy w samochodach amerykańskich, gdzie z powodzeniem współpracują z trzy- lub czterostopniowymi przekładniami automatycznymi.
A ile biegów mają skrzynie w samochodach napędzanych silnikami Diesla? Mimo zwiększonej wagi i większego skomplikowania konstrukcji stosuje się powszechnie przekładnie sześciobiegowe! Spowodowane jest to właśnie słabą elastycznością jednostek wysokoprężnych, co trzeba nadrabiać większą liczbą przełożeń.
Powtórzmy więc na koniec. Nie ten silnik jest elastyczny, który lepiej przyspiesza przy niskich prędkościach obrotowych, ale ten, który umożliwia sprawne przyspieszenie w jak największym zakresie prędkości obrotowych. Czyli ten, którego krzywa przebiegu momentu obrotowego w funkcji obrotów jest jak najbardziej płaska. A to oznacza, że silnik wysokopreżny nigdy nie będzie tak elastyczny, jak benzynowy.
Na wykresach interesuje nas najwyższa krzywa (momentu obrotowego). Zwracamy uwagę na zmianę skali - moment odczytujemy z prawej osi, moc - z lewej.
