Vágjunk rendet a nyomaték-káoszban

    Nemrég olvastam egy bejegyzést egy új elektromos motorkerékpárról, a Verge Motocycles új típusáról. Azon kívül, hogy a cég azzal demózza a járművet, hogy ez az első szilárdtest-akkus gépjármű a világon, ami sorozatgyártásba kerül,  elég nagy felhördülést okoztak azzal, hogy a motor 1.000 Nm leadására képes a hátsó keréken.

    Ezer newtonméter, hűha. Az átlagember első gondolata az, hogy hol vannak ehhez a hagyományos motorok? Mennyi például egy BMW R 1300 GS nyomatéka? Gyors pillantás a katalógusba: 149 Nm, 6500-as fordulaton. Több mint hatszoros nyomaték, hát hogyan lehet egy ilyen vadállatot egyáltalán megülni? Nos, mint oly gyakran, itt is keverednek olyan értékek, amiket nem lehet egymás mellé tenni. 

Miért kell egyáltalán váltó és mit is vált pontosan

    A belsőégésű motoros hagyományos világban a katalógusadatok egy jól megszokott rendet követnek. A motorok teljesítményét és nyomatékát a főtengelyen mérjük. Tehát a fent említett kéthengeres boxermotor a főtengelyen adja le ezt az értéket. Miért alakult ki így? Leginkább azért mert a belsőégésű motorok főtengelye és a hajtott kerekek közé kénytelenek vagyunk kuplungot és sebességváltót építeni. Ez a belsőégésű motor működéséből fakadó kényszer: egyrészt  motornak mindig járnia kell legalább alapjáraton (a start-stop rendszerektől és a hibridektől most tekintsünk el), így ha nem lenne kuplung, ami megszakítja az erőátvitelt a motor és a kerekek között, akkor nem tudnánk soha megállni. Másrészt a belsőégésű motornak egy nagyon szűk (villanyautósok azt mondanák: szánalmasan szűk) használható fordulatszám-tartománya van. Ha nem lenne váltómű a motor és a kerekek között, akkor csak egy kis sebességi tartományt tudnánk csak lefedni, és azt is nagyon alacsony hatásfokkal. 

    Az első több sebességes fogaskerekes váltóművek már a XIX. század végén megjelentek, a maira nagyon hasonlító, szinkronizált, több fokozatú váltóművek is már száz éve velünk vannak. Egy modern motorkerékpárban pedig hatfokozatú, könnyen kapcsolható, akár részben vagy teljesen automatizált váltók vannak, amik nagyon széles használati tartományt fednek le, lehet sportosan és nagy sebességgel vagy takarékosan, nyugodtan kanyarogva használni ugyanazt a motort. 

    A téma ott kezd el bonyolódni, hogy a köznyelvben sebességváltónak nevezett váltómű valójában nem sebességet vált, hanem fordulatszámot és nyomatékot. Az alapok megértéséhez annyit kell tudni, hogy egy fogaskerék-áttételnél nem csak a fordulatszám módosul, hanem a nyomaték is. Tehát ha egy fogaskerékpár kisebb kerekét meghajtom egy adott fordulatszámmal és nyomatékkal, akkor a nagyobb kerék tengelyén a fordulatszám kisebb, a nyomaték viszont nagyobb lesz, mint a behajtás.

Nyomaték ≠ nyomaték

 Kiszámolni sem nehéz: ezek az értékek pontosan a fogszámok arányában változnak. Ha az első fogaskerék fogszáma z1, a másodiké z2, akkor az áttétel i= z2/z1. Ha behajtási fordulat n1, a nyomaték pedig M1, akkor:

​

    Hogy néz ez ki a gyakorlatban, például a fent említett R 1300 GS esetében. Nos, a motor főtengelye és a váltó fokozatai előtt már van egy elsődleges áttétel, utána a potenciális fokozatok, és aztán egy végáttétel:

 ip = 1.479

i1 = 2.438

i2 = 1.714

i3 = 1.296

i4 = 1.059

i5 = 0.906

i6 = 0.794

if = 2.910

    Ebből  ki lehet számítani a különböző sebességi fokozatokban a teljes áttételt, egyszerűen össze kell szorozni az áttételeket, például az egyes fokozatban az iteljes1=ip*i1*if. Itt is vannak: 

iteljes1 = 10.493

iteljes2 = 7.377

iteljes3 = 5.578

iteljes4 = 4.558

iteljes5 = 3.899

iteljes6 = 3.417

    Mi következik ebből? Nos, talán már lehet sejteni, hogy a hátsó keréken fellépő maximális nyomaték bizony jóval magasabb, mint amit a motor a főtengelyen lead, íme az értékek:

M1 = 1.564 Nm

M2 = 1.099 Nm

M3 = 831 Nm

M4 = 679 Nm

M5 = 581 Nm

M6 = 509 Nm

    ​Nyilván van valamennyi mechanikus veszteség, de azért látszik, hogy az egyes és kettes fokozatokban is nagyobb a hátsó keréken a maximális nyomaték, mint 1.000 Nm. 

    Persze most sokan megkérdezik, hogy oké, de mi van magasabb fokozatokban? Harmadik fokozat felett már kevesebb mint 1.000 Nm a maximum, ott csak győz a villanymotor. Nos, a villanymotor nyomatéka sem marad a maximumon végtelen fordulatszámig, a fizika törvényei itt is beleszólnak a buliba.

    A Verge motorjának a diagramját nem találtam meg, ezért szerepeljen itt számok nélkül egy általános villanymotor-nyomatékgörbe. Látható, hogy a maximális nyomaték csak egy adott fordulatszámig tartható fenn, utána esni kezd. Természetesen ez nem sokat mondd arról, hogy a gyakorlatban milyen dinamikát fog mutatni a jármű, és okkal feltételezhető, hogy a villanymotor karakterisztikája még akkor is erősebbnek fogja mutatni magát, mint amilyen valójában. Ha kizárólag a fizikai hátteret nézzük, akkor nyilvánvaló, hogy azonos teljesítményű járművek végső soron hasonló gyorsulásra képesek azonos sebességen, függetlenül attól, hogy elektromosak vagy belsőégésűek. A szubjektív élmény természetesen megint más tészta, bár ahogy a motoros piacot elnézem, nem igazán látszik az elektromos forradalom, persze ennek több más oka is lehet.

Mi van az autókkal?

    Pontosan ugyanez van ott is. Az autók keréken leadott nyomatéka sokkal nagyobb, mint amit a főtengely lead, és ott is több áttételt kell figyelembe venni. Ez különösen ott szokott értelmezési problémát jelenteni, ahol marketing okokból keréknyomatékokat adnak meg. Lásd például Tesla Roadster 2, amit 10.000 Nm keréknyomatékkal demóztak, vagy a BMW VDX Prototype, ami elvileg 18.000 Nm-t tud. És ha még ez nem lenne elég, bejön a többmotoros téma is: hány motor van az autóban, 2-3-4, össznyomatékról beszélünk vagy tényleg kerekenkénti nyomatékról, és így tovább. 

 

    A jármű dinamikáját végső soron nem a katalógusban szereplő nyomatékértékek döntik el, hanem az adott sebességnél a kerekeken ébredő vonóerő és az ehhez tartozó teljesítmény.  A nagy számok jól mutatnak, de önmagukban nem írják le sem a gyorsulást, sem a használhatóságot. Akárhogyan is, arra érdemes mindig odafigyelni, hogy almát ne hasonlítsunk körtével. 

A véleményeteket, megjegyzéseiteket, kérdéseiteket, kritikáitokat írjátok le nyugodtan kommentben.