A teljesítmény, vagy a nyomaték a fontosabb?

A teljesítmény valóban lényeges adat, és tegyük hozzá, felettébb népszerű is. Egy autó motorjáról szólva ez az első és legfontosabb tudnivaló, hozzá képest a nyomaték csak a futottak még kategóriáját erősíti. Az is igaz, hogy a teljesítmény nem változik, ahogy végighalad a hajtásláncon. Ha a motor mondjuk épp száz lóerőt ad le, azon az áttételezések mit sem változtatnak, némi veszteséget leszámítva körülbelül száz lóerő érkezik meg a hajtott kerekekhez. Mindez persze épp a teljesítmény természetéből következik.

Ezzel együtt a teljesítmény sem ad választ minden kérdésre. Ehhez vegyünk példának mondjuk 200 lóerőnyi teljesítményt. Képes lehet leadni ennyit egy sport motorkerékpár, egy autó és egy teherautó motorja is. Valahogy mégsem jut eszébe senkinek motorkerékpár motorral nemhogy teherautót, de még személygépkocsit sem hajtani. (Illetve pontosítanék, utóbbival azért szoktak próbálkozni, de az kevéssé tekinthető normális használatnak.) És fordítva sem működik általában a dolog.

Hogy miért, ha nem is nyilvánvaló azonnal, azért talán érezhető. Egészen más igényt támaszt a motorral szemben egy sportos használatra szánt, ezért akár 280 km/órás végsebességre képes, ugyanakkor 300 kilónál vezetővel együtt is alig nehezebb motorkerékpár, mint egy egy 7,5 tonnás, és 100 km/óránál gyorsabban nem nagyon közlekedő teherautó mozgatása. A személyautó pedig közöttük foglal helyet a motorkerékpárnál ötször nagyobb, a teherautóhoz képest ötöd akkora tömegével és 220-230 km/h körüli végsebességével.

A teljesítmény önmagában, mivel egyformán 200 lóerő, nem ad magyarázatot a felhasználásból adódó különbségre. Itt valami más jelzőszám is jól jönne, mégpedig érezhetően valami erőszerű adat. Egy olyan, ami visszatükrözi azt, hogy a viszonylag könnyű motorkerékpár megmozdításához, gyorsításához nincs szükség különösebben nagy erőbedobásra, a személyautóhoz már egy kicsit több kell, a többtonnás teherautónál pedig az kell csak igazán. Ez az erő jellegű adat pedig épp a nyomaték, ami a motorból indul, végighalad a hajtásláncon egészen a tengelyig, ahol a kerekeken a járművet mozgató erővé alakul.

A nyomaték azonban szoros kapcsolatban áll a teljesítménnyel. A háromféle járművet összehasonlítva talán az is feltűnik, hogy nem mindegy, hogy az erő, azaz a nyomaték csúcsa milyen fordulatszámon jelentkezik, és egyáltalán, a motor milyen fordulatszámhatárok között működik. A nagy tömegű teherautónál például az a fontosabb, hogy minél kisebb fordulaton minél nagyobb nyomaték (erő) álljon rendelkezésre, és nem baj, ha a motor nem pörög feljebb 2500-3000/percnél. Utóbbinak személyautónál kevésbé örülnénk, miközben a kisebb járműtömeg miatt a nyomatékcsúcs is lehet kisebb. A hozzájuk képest könnyű sportmotornál viszonylag kis nyomaték is elegendő, annak viszont örül a motoros, ha a fokozatokat sokáig tudja kihúzatni, mert a motor bírja a pörgetést.

És most jöhet egy csipet fizika! A nyomaték és a teljesítmény közötti összekötő kapocs épp a fordulatszám. A teljesítmény ugyanis nem mással, mint a fordulatszám és a nyomaték szorzatával arányos (x2pi). A példában felhozott motorkerékpár, személyautó és teherautó teljesítménye úgy, és azért lehet egyenlő, mert a motorkerékpár esetében kis nyomatékot szorzunk nagy fordulatszámmal, a teherautónál pedig éppen fordítva, vagyis nagy nyomatékot szorzunk kis fordulatszámmal - míg a személyautónál némi közelítéssel vehetjük úgy, hogy mindkettő közepes nagyságú.

Talán itt érdemes megjegyezni, hogy a nyomatékból a teljesítményt, vagy a fordítottját minden egyes fordulatszámértéknél ki kell számolni, hiszen a belső égésű motor jellegéből következően a fordulatszámtól függően általában változik legalább valamelyik. (Turbómotoroknál például a nyomaték bizonyos fordulatszámok között akár állandó is lehet, míg szívómotoroknál minden fordulaton más és más. Elektromotoroknál viszont akár az egyik, akár a másik közel állandó is lehet.) A teljesítménymérő padok is úgy határozzák meg a teljesítményt, hogy valójában nyomatékot és fordulatszámot mérnek, és ebből kalkulálják ki a teljesítményt.

Mivel egyik a másikba átszámolható, és viszont, ezért a (járműdinamikai) számítások elvégezhetők csak az egyikben, vagy csak a másikban is. Az autózás hőskorában például a teljesítményalapú számítás volt divatban, ma inkább a nyomatékalapút alkalmazzák, mert egyszerűbb. Ha például egy autó végsebességét akarjuk meghatározni, azt lehet úgy is, hogy a kerékre számított erőtartalék (motor pillanatnyi forgatónyomatéka szorozva a hajtáslánc összáttételével és osztva a kerék átmérőjének felével) melyik sebességnél lesz egyenlő az ellenálláserők összességével (hiszen amíg van plusz tartalék, addig képes tovább gyorsítani a jármű), de úgy is, hogy az ellenálláserők teljesítménye (ellenálláserők szorozva a sebességgel) melyik sebességnél emészti fel teljesen az autó motorjának legnagyobb teljesítményét.

Ennyit az elméletről, de talán érdekesebb, egy autó esetében a gyakorlatban hogyan ragadható meg a nyomaték és a teljesítmény hatása közötti különbség. Talán az a megközelítés a legmegfoghatóbb, hogy a nyomaték a váltófokozatokon belüli gyorsulással, a teljesítmény pedig a fokozatokon átívelő, bizonyos sebességhatárok (például a klasszikus 0-100 km/h) közötti gyorsulással áll összefüggésben.

Az inkább a nyomatékkal leírható, az egyes váltófokozatokon belüli gyorsulást azonban nem sebességhatárok között kell érteni, hanem úgy, hogy egy másodperc alatt hány km/órával nő az autó sebessége. Ez a gyorsulás fokozaton belül sem állandó, teljes gázos gyorsításnál a fordulatszámmal éppen úgy változik, ahogy a nyomatékgörbe leírja. Hiszen a nyomatékból az áttételeken áthaladva a keréken erő válik, amiről Newton óta tudjuk, hogy a tömeg és a gyorsulás szorzata. Ami átrendezve is igaz, vagyis ugyanakkora tömeget a nagyobb erő (nyomaték) vehemensebben gyorsítja. Ha a nyomatékgörbében például egy ugrás, vagy hirtelen felfutás van, ami a turbófeltöltős motoroknál gyakori, emiatt érzékeli hirtelen ülésbe lapító gyorsításként a vezető – az adott fokozaton (főként a kisebb fokozatokon) belül.

Ha a gyorsulóképességet az autós körökben elterjedtebben használt módon, azaz sebességhatárok között próbáljuk megfogni, akkor arra valóban a teljesítmény az alkalmasabb. Ez annyira igaz, hogy érdemes megnézni a 0-100 km/h közötti méréssel meghatározott gyorsulási időadatokat. Egészen jó közelítő értéket kapunk hozzájuk, ha egyszerűen a lóerőben mért teljesítményt elosztjuk az autó tömegével. Magyarul a teljesítmény/tömeg arány nagyságrendileg arányos a 0-100 km/h között szükséges gyorsulási idővel. Mindez persze nem véletlen, ha tudjuk, mi is a teljesítmény. Tudományosan azt írja le, hogy egy adott munkát mennyi idő alatt sikerül elvégezni. Aki ugyanannyi idő alatt több munkát képes elvégezni, vagy ugyanazt a munkát gyorsabban végzi el, annak nagyobb a teljesítménye.

Autók esetében ugyanez a helyzet. Egy mondjuk 1000 kilós autó álló helyzetből 100 km/órára felgyorsítása egy meghatározott mennyiségű munka befektetését igényli. A munka mindig ugyanannyi. Ugyanúgy, mint mondjuk 1000 kiló cementet felhordani a második emeletre, az is egy adott mennyiségű munka. A nagy kérdés mindkét esetben inkább az, hogy ez mennyi idő alatt történik meg, és ekkor máris teljesítményről beszélünk. Nagyobb a teljesítmény akkor is, ha a cement nem két hét, hanem két óra alatt kerül fel a másodikra, és persze akkor is, ha egytonnás autónknak nem tíz, hanem csak öt másodperc kell ahhoz hogy teljesítse a 0-100 km/h közötti sprintet. Utóbbi esetben az arányt is könnyű meghatározni. A munka ugyanannyi, az idő viszont csak a fele, tehát kétszer annyi teljesítmény kell ahhoz, hogy a gyorsulási idő tíz helyett öt másodperc legyen.

Ebből úgy látszik, mintha a váltó fokozatainak a 0-100, vagy akár a 0-200 km/h közötti gyorsulási időhöz semmi köze nem lenne. De van. Az egyik, ami számít, hogy hányat kell váltani, hiszen a fokozatok kapcsolásának is van egy bizonyos időigénye. Ám maga az áttételezés is nyom a latban, hiszen a mondjuk 0-100 km/h közötti gyorsulás több, fokozaton belüli gyorsulásból tevődik össze. A fokozaton belüli gyorsulás pedig a nyomatékkal arányos, amit az áttételezés származtat át a kerékre. Ez a magyarázata annak, hogy rövidebb áttételezéssel javítható a gyorsulóképesség, aminek árát a végsebességben és a fogyasztásban fizetjük meg. Általános használatú járműveknél ezért törekszenek az áttételezés méretezésénél valamiféle kompromisszumos megoldásra.

A teljesítmény valóban jól tükrözi bizonyos megközelítésekben az autó teljesítőképességét, de talán nem túlzás kimondani, hogy azért a nyomaték is hasznos.