Az autók és motorok világában két bűvös szóval szinte mindenki találkozott már: lóerő és nyomaték. Ezek a mérőszámok ott díszelegnek minden jármű műszaki adatlapján, és a legtöbb autós beszélgetésben előbb-utóbb előkerülnek. Sokan hajlamosak a lóerőt tekinteni a motor erejének egyetlen és legfőbb mércéjének, miközben a nyomaték szerepét gyakran homály fedi. Egy gyakori és jogos kérdés merül fel: hogyan lehetséges, hogy két, papíron pontosan azonos lóerővel rendelkező motor közül az egyik sokkal erősebbnek, robbanékonyabbnak érződik? A válasz a nyomaték és a lóerő bonyolult, mégis logikus kapcsolatában rejlik.
Ebben a cikkben kizárólag erre az egyetlen kérdésre koncentrálunk, és a lehető legrészletesebben, közérthető példákon keresztül fejtjük meg a rejtélyt. Nem fogunk kitérni a motorok egyéb típusaira vagy működési elveire; a célunk az, hogy egyszer és mindenkorra tisztázzuk, mit jelent, ha egy azonos lóerős motor nagyobb nyomatékkal rendelkezik, és ez miért változtatja meg alapvetően a jármű viselkedését és vezetési élményét.
Az alapok tisztázása: Mi a nyomaték valójában? 🔧
Mielőtt a közös játékukat elemeznénk, elengedhetetlen, hogy külön-külön is megértsük a két fogalmat. Kezdjük a nyomatékkal, mert ez a motor által közvetlenül létrehozott, fizikai erő.
A nyomaték, tudományosabban forgatónyomaték, a motor forgató, csavaró ereje. Ez az az erő, ami a főtengelyt forgásra bírja. A legjobb és leggyakrabban használt analógia a csavarkulcsos példa. Képzeljen el egy makacs, berozsdásodott csavart. Ha egy rövid csavarkulccsal próbálja meglazítani, óriási erőt kell kifejtenie. Ha azonban egy hosszabb szárú kulcsot használ, ugyanazt a csavart sokkal kisebb erőfeszítéssel ki tudja tekerni. Miért? Mert a hosszabb kar segítségével nagyobb forgatónyomatékot tudott létrehozni.
A nyomaték tehát két dologtól függ:
- Az erő nagyságától (mennyire nyomja a kulcsot).
- Az erőkartól (milyen messze van a forgásponttól az a pont, ahol az erőt kifejti).
A belső égésű motorban a dugattyút lefelé mozgató robbanás ereje (erő) hat a főtengelyre egy bizonyos távolságon (erőkar), és ez hozza létre a forgatónyomatékot. A mértékegysége a Newtonméter (Nm). Ha egy autó adatlapján azt olvassa, hogy a motor maximális nyomatéka 400 Nm, az azt jelenti, hogy az erőforrás a főtengelyen ekkora maximális csavaró erőt képes kifejteni egy adott fordulatszámon.
A nyomaték a motor „izomereje”. Ez az az azonnali, nyers erő, ami megmozdítja az autót álló helyzetből, ami a hegyre való felkaptatáskor „tolja” a járművet, vagy ami egy nehéz utánfutó vontatásakor elengedhetetlen. A nyomatékot érezzük a hátunkban, amikor a gázra lépve az ülésbe préselődünk.
A másik főszereplő: Mi fán terem a lóerő? 🐎
Ha a nyomaték az „izomerő”, akkor a lóerő (LE) a munka elvégzésének sebessége. A lóerő önmagában nem egy fizikai erő, hanem egy származtatott, azaz kiszámított mértékegység. Azt mutatja meg, hogy a motor a nyomatékát (az erejét) milyen gyorsan képes leadni.
A fogalom James Watt nevéhez fűződik, aki a gőzgépei teljesítményét szerette volna szemléletesen bemutatni. Megfigyelte, hogy egy bányaló átlagosan mennyi munkát képes elvégezni egy adott idő alatt, és ehhez viszonyította a gépei erejét. A lényeg nem változott: a lóerő a teljesítmény mértékegysége.
A kulcsfontosságú összefüggés, amely a cikkünk központi kérdésére is választ ad, a következő matematikai formula:
Ahol ‘K’ egy állandó szám, ami a mértékegységek közötti átváltást biztosítja. Ennek a pontos értéke most nem lényeges, a hangsúly a képlet üzenetén van:
A lóerő (teljesítmény) nem más, mint a nyomaték és a fordulatszám szorzata.
Ez a felismerés mindent megváltoztat. Ebből világosan látszik, hogy a lóerő nem létezhet nyomaték és fordulatszám nélkül. Nem lehet egy motornak lóereje anélkül, hogy ne lenne nyomatéka, és anélkül, hogy forogna. A teljesítmény (lóerő) egy számított érték, amely azt írja le, hogy az erőforrás milyen hatékonyan végzi a munkát.
Azonos lóerő, eltérő karakter: A titok nyitja a fordulatszám
Most érkeztünk el a cikkünk magjához. Hogyan lehet két motornak azonos a lóereje, ha az egyiknek sokkal nagyobb a nyomatéka? A válasz a fenti képletben és a fordulatszámban rejlik. Mivel a lóerő a nyomaték és a fordulatszám szorzata, ugyanazt a végeredményt (lóerőt) többféleképpen is elérhetjük.
Nézzünk két fiktív, de a valóságot tökéletesen modellező motort. Mindkettő 250 lóerős.
„A” Motor: A nyomatékbajnok (jellemzően egy modern turbódízel vagy egy nagyobb lökettérfogatú turbós benzinmotor)
- Maximális nyomaték: 500 Nm, amit már alacsony, 2000-es percenkénti fordulatszámon (RPM) lead.
- Maximális lóerő: 250 LE, amit körülbelül 3500-as fordulaton ér el.
„B” Motor: A pörgős atléta (jellemzően egy kisebb, szívó benzines sportmotor vagy egy motorkerékpár-motor)
- Maximális nyomaték: 250 Nm, amit csak magas, 6000-es fordulatszámon ad le.
- Maximális lóerő: 250 LE, amit egészen magas, 8000-es fordulaton ér el.
Bár mindkét motor csúcsteljesítménye papíron ugyanannyi, a viselkedésük drámaian eltérő lesz.
Miért érződik erősebbnek az „A” motor?
Amikor egy átlagos forgalmi helyzetben vezetünk – elindulunk a lámpánál, sávot váltunk az autópályán, vagy előzünk egy országúton –, a motor fordulatszáma jellemzően az alacsony-közepes tartományban, 1500-3500 RPM között mozog.
- Ebben a tartományban az „A” motor (a nyomatékos) már a maximális vagy ahhoz közeli, 500 Nm-es csavaró erejét fejti ki. Amikor a vezető lenyomja a gázpedált 2000-es fordulaton, a motor azonnal hatalmasat tol. Az autó meglódul, az gyorsulás intenzív és erőlködésmentes. Nem szükséges visszaváltani, az erő azonnal rendelkezésre áll. Ez a rugalmasság.
- Ezzel szemben a „B” motor (a pörgős) 2000-es fordulaton még csak a maximális nyomatékának a töredékét adja le, mondjuk 150 Nm-t. Ha itt nyomunk egy kövér gázt, az autó lomhán kezd gyorsulni. Ahhoz, hogy az „A” motorhoz hasonló vehemenciával induljon meg, a vezetőnek vissza kell váltania több sebességi fokozatot is, hogy a motor fordulatszámát felpörgesse a 6000-8000 RPM közötti „erőzónába”.
A kulcsfontosságú felismerés tehát az, hogy a nagyobb nyomatékú motor a teljesítményét egy sokkal alacsonyabb, a mindennapi vezetés során gyakrabban használt fordulatszám-tartományban teszi elérhetővé. Nem a csúcsteljesítmény számít, hanem az, hogy az a teljesítmény mikor és hogyan áll rendelkezésre. A magasabb nyomaték azt jelenti, hogy az autónak nagyobb a vonóereje alacsony fordulaton. Ezért érezzük az „A” motort sokkal „erősebbnek”, „robbanékonyabbnak” a normál közlekedésben. A magas nyomaték könnyed, magabiztos autózást tesz lehetővé.
A csendes hős: A sebességváltó szerepe ⚙️
A képletet tovább bonyolítja, de egyben meg is magyarázza a sebességváltó. A sebességváltó nem más, mint egy nyomatéksokszorozó. A különböző áttételek segítségével a motor viszonylag szűk optimális fordulatszám-tartományát képes a kerekek sokkal szélesebb forgási sebességéhez igazítani.
A kerékre jutó nyomaték (ami valójában az autót gyorsítja) a következőképpen számolható:
Itt válik érdekessé a dolog. A „B” motor (alacsonyabb nyomaték, magasabb fordulat) jellemzően rövidebb áttételezésű sebességváltót kap. Ez azt jelenti, hogy a váltó jobban „megsokszorozza” a motor szerényebb nyomatékát. Például, ha első sebességben az áttétel 3:1, a motor 250 Nm nyomatékát 750 Nm-re növeli (a végáttételtől most tekintsünk el az egyszerűség kedvéért).
Az „A” motor (magas nyomaték, alacsonyabb fordulat) hosszabb áttételeket kaphat. Mivel már a motorban is hatalmas a nyomaték, a sebességváltónak nem kell azt annyira megsokszoroznia. Ez csendesebb, alacsonyabb fordulatszámú haladást tesz lehetővé például autópályán.
Azonban a pörgős „B” motor csak akkor tudja kihasználni a rövid áttételek nyújtotta nyomatéksokszorozást, ha a sofőr szorgalmasan használja a váltót és magasan tartja a fordulatot. Az „A” motor nyers nyomatéka viszont szinte bármelyik fokozatban, alacsony fordulaton is elegendő a dinamikus mozgáshoz. Ezért van az, hogy egy nyomatékos dízel autóval akár ötödik sebességben is kényelmesen lehet gyorsítani 60-70 km/h-ról, míg egy pörgős benzinesnél ehhez vissza kell váltani harmadikba.
További információkat a témában találhat angol nyelven a HowStuffWorks oldalán.
Összegzés: Akkor melyik az erősebb? 🧠
Térjünk vissza az eredeti kérdéshez: mennyivel erősebb egy azonos lóerővel rendelkező motor nagyobb nyomatékkal?
A fizikai csúcsteljesítmény szempontjából semennyivel sem erősebb, hiszen a lóerő, a munka végzésének maximális sebessége, mindkét esetben azonos. Egy 250 lóerős nyomatékos motor és egy 250 lóerős pörgős motor is ugyanannyi munkát végez el ugyanannyi idő alatt, ha mindkettőt a csúcsteljesítménye leadásakor használjuk.
A gyakorlatban és az érzékelés szintjén azonban a nagyobb nyomatékú motor sokkal erősebbnek hat. Ennek oka:
- Azonnali elérhetőség: A nagy nyomaték már alacsony fordulatszámon rendelkezésre áll, pont ott, ahol a legtöbbet vezetünk. Az erő nem igényel előkészületet (visszaváltás, felpörgetés).
- Rugalmasság: A széles nyomatékplatónak köszönhetően az autó sokkal rugalmasabb, kevesebb váltással, kényelmesebben vezethető.
- Könnyedség érzete: A jármű erőlködés nélkül gyorsít, mászik hegyre vagy vontat, ami a magabiztos erő érzetét kelti a vezetőben.
Képzeljünk el két atlétát. Az egyik egy súlyemelő (magas nyomaték), a másik egy sprinter (magas lóerő). Ha egy nagyon nehéz szekrényt kell megmozdítani, a súlyemelő könnyedén arrébb löki (ez az elindulás alacsony fordulaton). A sprinternek neki kell futnia, hogy a sebességéből adódó energiával lökje el a szekrényt (ez a magas fordulaton elérhető teljesítmény). Ha a feladat a szekrény 100 méterre való eljuttatása a lehető leggyorsabban, mindketten megoldhatják a feladatot, de teljesen más stílusban.
Végső soron az, hogy melyik motor a „jobb”, teljes mértékben a felhasználás céljától függ. Egy nehéz SUV-ba, egy teherautóba vagy egy családi kombiba, amit sokat használunk városban és autópályán, a nyomatékos karakter a nyerő a maga kényelmével és rugalmasságával. Egy könnyű sportautóba, amit versenypályán vagy szerpentinen hajtanak, a pörgős, magas fordulaton ébredő motor nyújthatja a nagyobb élményt, ahol a folyamatos váltás és a motor „énekeltetése” a vezetés szerves része.
A lényeg, hogy ne dőljünk be a puszta lóerőadatnak. A nyomaték görbéjének lefutása és a maximális nyomaték értéke legalább annyira, ha nem még jobban meghatározza egy autó mindennapi használati értékét és a vezetési élmény karakterét.
