https://www.popvakuutus.fi/asiakaspalvelu/yhteistyokumppaneiden-edut?utm_source=autostadium&utm_medium=banner&utm_campaign=autovakuutus_autostadium_jatkuva&utm_content=autovakuutus_0418

Pakollinen teho vs vääntö -ketju

RoccoScientist

Klassikkoainesta
Liittynyt
25.12.2013
Jatketaan siis täällä.

Kuutiotuuma sanoi:
Tuolla logiikalla traktorin moottori, joka tuottaa kyllä 400 Nm vääntöä, mutta vain 90 hevosvoimaa, olisi parempi kuin autonmoottori, joka tuottaa vähemmän vääntöä, mutta enemmän tehoa.

Unohdat vaihteiston kokonaan yhtälöstä. Jotta moottori tuottaisi maksimissaan 400 Nm vääntöä, mutta vain 90 hevosvoimaa, pitää vääntöhuipun olla _todella_ kapea ja sijaita matalilla kierroksilla. Tämä taas vaikuttaa siihen minkälaisia kiinteitä välityksiä voidaan käyttää, jos halutaan vaikkapa suurin piirtein samanlaiset vaihtokohdat (nopeuden osalta) kuin verrokkiautolle. Käytännössä välitysten pitää olla todella pitkät, joka taas johtaa siihen, että vetoakselille päätyvä vääntömomentti on paljon pienempi kuin tuo 400 Nm.

Kiihtyvyys ei voi vakioväännöllä olla vakio, koska auton liike-energia ja nopeus eivät ole suoraan verrannolliset vaan liike-energia kasvaa eksponentiaalisesti. Jos vaihdetta ei vaihdeta ja moottorin kierrokset kaksinkertaistuvat, kaksinkertaistuu myös teho. Auton liike-energia kuitenkin nelinkertaistuu.

Noin siinä tosiaan käy, mutta se ei mitenkään puolla alussa esittämääsi väitettä. Autoa kiihdyttävä voima on suoraan verrannollinen moottorin tarjoamaan vääntömomenttiin. Jos momentti on vakio, on voimakin vakio ja jos voima on vakio, on kiihtyvyyskin vakio. Jos kiihtyvyys on vakio, on nopeuden kasvu vakio. Liike-energian kasvu on eksponentiaalista nopeuden kasvuun verrattuna, mutta se ei muuta tässä seurausketjussa mitään.

JakeS sanoi:
http://parkatti.mbnet.fi/vaantoteho.php

Tossa taas aika hyvä linkki perusteluineen. Minun autoni kuitenki  kiihtyy teholla eikä sitäkään ole tarpeeksi.

Minusta tuo oli huomattavasti huonompi kuin wikin selitys, eikä kirjoittaja ole selvästi ihan täysin sisäistänyt mistä oikein kirjoittaa. Esimerkiksi tämä väite "jos laitteet kulkisivat pelkällä väännöllä, maailman energiahuolet olisivat kerralla ratkaistut, koska silloin ei tarvittaisi energiaa -> ei tarvittaisi polttoainetta" on ihan höpön höpöä, sillä eihän se vääntömomentti tyhjästä synny, vaan nimenomaan polttoainetta polttamalla. Lisäksi kirjoittaja unohtaa välitykset ihan kokonaan noissa esimerkeissään, joissa laskenta suoritetaan portaattomille vaihteistoille. On helppo todeta, että teho kiihdyttää autoa, jos ei laskiessaan huomioi, että välitykset eivät kahdessa verrokkitilanteessa ole samat. Huipputeho saavutetaan korkeammilla kierroksilla, joten käytettävä välitys on tällöin lyhyempi, eli toisin sanoen käytössä oleva vääntö kerrotaan suuremmalla luvulla kuin huippuväännön kierroksilla kiihdytettäessä. Tämän takia portaattomalla vaihteistolla kiihtyvä auto kiihtyy huipputehon kohdalla nopeimmin ja tämän takia kiinteillä välityksillä liikkuvat autot kiihtyvät ensimmäistä vaihdetta lukuunottamatta huipputehon lähimaastossa nopeimmin.
 
Tuon JakeS:n postaaman linkin ensimmäisenä listattu lähde oli paljon parempi, jos vain englanti taipuu:

http://www.allpar.com/eek/hp-vs-torque.html

Tuosta pitäisi selvitä miksi paras kiihtyvyys per vaihde saavutetaan parhaan väännön alueella ja toisaalta miksi maksimaalista kiihtyvyyttä haettaessa pyritään olemaan lähellä huipputehoa. Ihan oikein myös todetaan, että kyse on saman kolikon kahdesta eri puolesta, mutta se miksi itse painotan vääntöä primäärinä suureena on, että auton kiihtyvyyskäyrät ovat kullakin vaihteella muodoltaan litistettyjä tai venytettyjä muunnelmia vääntökäyrän muodosta:

img-188.jpg
 
Kuinka sitten vaikkapa 525d  218hv/450 nm huomattavasti hitaampi kuin 528i jossa on vain 350 nm ?
Skodan letkeä RS tai pesee diesel-sisarensa kaikissa mittauksissa vaikka toisessa on sitä kuuluisaa diesel-vääntöä.
Eikä ne harrikatkaan kulje yhtään mihinkään vääntöinensä.
 
JakeS sanoi:
Kuinka sitten vaikkapa 525d  218hv/450 nm huomattavasti hitaampi kuin 528i jossa on vain 350 nm ?
Skodan letkeä RS tai pesee diesel-sisarensa kaikissa mittauksissa vaikka toisessa on sitä kuuluisaa diesel-vääntöä.
Eikä ne harrikatkaan kulje yhtään mihinkään vääntöinensä.

Koska suuri vääntö antaa maksimikiihtyvyyden vain vakiovaihteella eli jos kummassakin autossa olisi vain yksi vaihde ja kummankin auton maksimivääntö olisi samalla kierrosalueella, niin silloin suuremman väännön omaava kiihtyisi nopeammin. Tilanne muuttuu toiseksi, kun käytössä on useita vaihteita ja bensakone kiertää parhaillaan monta tuhatta kierrosta enemmän kuin diesel.
 
RoccoScientist sanoi:

Tuosta kuvasta käy myös hyvin ilmi, että 1, 2 ja 3 vaihteella kannattaa vedättää aivan rajoittajalle asti, mutta 4 ja 5 vaihteella kannattaakin vaihtaa hiukan ennen rajoittajaa.
 
Eikös kuorma-autoissa käytetä navassa olevia planeettapyörästöjä juuri tähän tarkoitukseen.
 
VILLE66 sanoi:
Eikös kuorma-autoissa käytetä navassa olevia planeettapyörästöjä juuri tähän tarkoitukseen.
Kyllä. Suurempi pyörimisnopeus vetoakseleilla, niin vääntö on pienempi ja sama teho siirtyy ohuemmila akseleilla.
 
Kuutiotuuma sanoi:
Teho taas mielestäni on primäärisempi suure siksi, että se säilyy (jos voimansiirron häviöitä ei lasketa). Vääntöä voidaan välityksillä muuttaa.

Minusta juuri tuo säilyminen tekee tehosta hyvin epäintuitiivisen käsitteen. Kiihtyvyyshän ei kuitenkaan säily, kun välityksiä muutetaan, vaan se muuttuu välitysten mukana.
 
RoccoScientist sanoi:
Minusta juuri tuo säilyminen tekee tehosta hyvin epäintuitiivisen käsitteen. Kiihtyvyyshän ei kuitenkaan säily, kun välityksiä muutetaan, vaan se muuttuu välitysten mukana.

Mielestäni kyse on siitä, että ihminen on vähän huono mittalaite. Siksi tosielämä ei tunnu korreloivan siihen mitä paperilla/ruudulla esitetään. Pienissä nopeuksissa (vaikka 0-100), joissa vaihteilla voidaan optimoida, on tapahtuma muutenkin ohi niin nopeasti ettei sitä ihminen ennätä juuri rekisteröidä. Sitten kun kiihdytyksessä liikutaan sellaisilla nopeusalueilla, joissa pershavainnot eroista voivat olla selkeitä, ollaan jo nopeuksissa joissa yleensä verrataan sitä kiihtyvyyttä lähinnä yhdellä vaihteella. Ja silloinhan se senhetkinen saatavilla oleva vääntö määrää. Mutta jos olisi optimaalisempi vaihde saatavilla, voisi kiihtyvyys olla jopa parempi vaikka koneelta mitattava vääntöarvo olisi pienempi, mikä on todella epäintuitivista jos uskotaan että vääntö vie.  Tämänhän toki kaikki tiesivät jo, mutta haluan korostaa, että näissä tarkasteluissa pitäisi aina antaa tarkempi kysymys kuin pelkkä teho vai vääntö. Ei voi puhua edes maalitolppien siirtelystä, jos annetaan vain pallo eikä sanota mihin maaliin pallo pitäisi viedä.

JakeS sanoi:
Kuinka sitten vaikkapa 525d  218hv/450 nm huomattavasti hitaampi kuin 528i jossa on vain 350 nm ?

Tämä sama ongelma syntyy aina kun yksisilmäisesti verrataan vain huippuarvopareja unohtaen kokonaan käyrien muodot ja sen että autoissa on vaihteisto. Jos kuitenkin on pakko verrata, niin taulukoimalla eri autoja voidaan todeta, että maxteho(painosuhde) korreloi kiihtyvyysmittauksiin suuntaa-antavasti, maxvääntö(painosuhde) taas ei ollenkaan. Tämä siis silloin kun mitataan jotakin aika- tai nopeusväliä (ne tutut 0-100km/h, 400m jne.) eikä yhdellä vaihteella saavutettavaa maksimikiihtyvyyttä.
 
Vääntö sitä autoa kiihdyttää, ei teho. Teho ei ole edes suoraan mitattava suure SI-järjestelmässä, vaan kulmanopeuden ja väännön tulo. Siksi juuri ns. tehokäyrä on se mikä kiinnostaa, eikä yksittäiset mittapisteet, koska polttomoottoriautoissa on vaihteisto.

Se mikä asioista tekee vaikeaa on kuitenkin muutama pointti, jota kaikki eivät ymmärrä/sisäistä, niin tulee näitä teho vs. vääntö -keskusteluita

1) ns. in gear kiihdytyksessä suurin kiihtyvyys saavutetaan moottorin vääntöhuipun kohdalla, ei moottorin tehohuipun kohdalla

2) tietyllä kiihdytysvälillä esim 0-100 km/h paras kiihtyvyys saavutetaan kuitenkin parhaalla keskimääräisellä moottorin teholla eli työtä tehdään eniten, eikä parhaalla keskimääräisellä moottorin väännöllä

3) ihan Newtonin 2 lain mukaan kiihtyvyys on f=ma eli vetopyörien voima (vääntö) sitä autoa kiihdyttää

4) moottorin kampiakselin ja vetopyörien vääntömomentit ovat kaksi eri asiaa. Avainsana on vaihteisto polttomoottorin yhteydessä.

Ihan käytännön esimerkkinä, kun ajat diesel-moottorilla varustetulla autolla vaihteella x 1700 RPM kierrosnopeudella ja moottori pystyisi tuottamaan esim. 500Nm väännön tällä kierrosnopeudella, joka on samalla moottorin suurin vääntömomentti, niin parempi kiihtyvyys saadaan kuitenkin vaihtamalla pienemmälle vaihteelle. Vaikka vääntö laskee, niin suurempi kierrosnopeus moottorissa pienemmällä väännöllä tuottaa kuitenkin suuremman tehon, joka mahdollistaa suuremman vetopyörille välitettävän väännön ja se vääntö vetopyörillä sitä autoa kiihdyttää.
 
Tehoakin voidaan kyllä mitata. Esim vesijarrun veden lämpötilaa seuraamalla.

Merkittävä asia on juurikin se, vaihdetaanko vaihdetta. Yhdellä vaihteella kiihtyvyys on paras huippuväännön kohdalla koska silloin kiihdyttävä voima on suurin. Jos vaihdetaan vaihtoita, on teho kuitenkin pidettävä suurena, koska silloin auton kiihdyttämiseksi tarvittava työ tulee tehdyksi kaikkein nopeiten. Allparin artikkelissakin sanottiin: "shift to maximize power, not torque".
 
lao sanoi:
Se mikä asioista tekee vaikeaa on kuitenkin muutama pointti, jota kaikki eivät ymmärrä/sisäistä, niin tulee näitä teho vs. vääntö -keskusteluita

1) ns. in gear kiihdytyksessä suurin kiihtyvyys saavutetaan moottorin vääntöhuipun kohdalla, ei moottorin tehohuipun kohdalla

2) tietyllä kiihdytysvälillä esim 0-100 km/h paras kiihtyvyys saavutetaan kuitenkin parhaalla keskimääräisellä moottorin teholla eli työtä tehdään eniten, eikä parhaalla keskimääräisellä moottorin väännöllä

Tämän kun kaikki käsittäisivät, niin ei olisi enää Teho vs. vääntö -kinasteluja :D

Nasta vs. kitka -kinasteluun ei ikävä kyllä löydy yhtä yleispätevää lopputulosta :)

Sikäli aiheesta vielä, että väännön nimiin vannovat saattavat olla niitä, joita pelottaa kierrättää konetta. Siinä tilanteessahan esimerkiksi disukan alavääntö tekee arkiajosta jouhevaa. Varsinkin, jos käytössä on vielä manuaali. Sieltä se väännön nimiin vannominen varmaan pohjimmiltaan kumpuaa. Ja vetohommissa tuhti alavääntö on luonnollisesti aika hyvä juttu, varsinkin, jos käytössä on manuaali.
 
Nyt on niin hienoa klassikkovääntöä taas, että aivan pakko on sotkea lusikka keittoon!

lao sanoi:
1) ns. in gear kiihdytyksessä suurin kiihtyvyys saavutetaan moottorin vääntöhuipun kohdalla, ei moottorin tehohuipun kohdalla

Hmmm... Kuinkas jos auton x vääntökäyrä menee tasaisesti 200 Nm kierrosalueella 1800-2000 rpm, sekä 190 Nm 3800-4000 rpm, niin kumman välin auto kiihtyy nopeammin, jos mitään ajovastuksia ei oteta huomioon? Nopeuden muutoshan on molemmissa tapauksissa sama vakiovälityksellä.
 
Oka sanoi:
Hmmm... Kuinkas jos auton x vääntökäyrä menee tasaisesti 200 Nm kierrosalueella 1800-2000 rpm, sekä 190 Nm 3800-4000 rpm, niin kumman välin auto kiihtyy nopeammin, jos mitään ajovastuksia ei oteta huomioon? Nopeuden muutoshan on molemmissa tapauksissa sama vakiovälityksellä.

Jos autossa X ei ole lainkaan vaihteistoa, niin paras hetkellinen kiihtyvyys saavutetaan kierrosalueella 1800-2000.

Jos autossa X on vaihteisto ja sitä myös käytetään, niin ykkösvaihteella paras hetkellinen kiihtyvyys saavutetaan kierrosalueella 1800-2000. Kakkosvaihteesta alkaen paras hetkellinen kiihtyvyys saavutetaan maksimitehon kierrosluvulla. Missä se sitten lieneekään.
 
Vempula sanoi:
Jos autossa X ei ole lainkaan vaihteistoa, niin paras hetkellinen kiihtyvyys saavutetaan kierrosalueella 1800-2000.

Jos autossa X on vaihteisto ja sitä myös käytetään, niin ykkösvaihteella paras hetkellinen kiihtyvyys saavutetaan kierrosalueella 1800-2000. Kakkosvaihteesta alkaen paras hetkellinen kiihtyvyys saavutetaan maksimitehon kierrosluvulla. Missä se sitten lieneekään.

Mistä auto tietää, että moottorin perässä on vain umpijöötiä oleva kardaani versus kiinteällä välityssuhteella rakennettu hammaspyörästö? Ja kuinka tilanne muuttuu kakkosvaihteella, jos sitäkin tarkastellaan vain kyseisen vaihteen osalta vastaavassa tapauksessa?
 
Tarkennetaan vähän. Jokaisella yksittäisellä vaihteella väli 1800-2000 kiihtyy nopeammin kuin 3800-4000, jos mitään muita tekijöitä ei oteta huomioon. Moottorin vääntö on vastusvoimien puuttuessa aina suoraan verrannollinen autoa kiihdyttävään voimaan. Tämä tilanne ei muutu kakkosvaihteella, kun kakkosvaihdetta tarkastellaan erillisenä tapauksena, eikä mietitä yhtämittaista kiihdytystä tavoitenopeuteen, jossa vaihdetaan vaihteita.

Jos sitten haetaan maksimikiihtyvyyttä johonkin nopeuteen, jonka saavuttaminen edellyttää vaihteiden vaihtamista, kannattaa yleensä käyttää mahdollisimman pientä vaihdetta niin pitkään kuin mahdollista. Tällöinkään paras hetkellinen kiihtyvyys ei käytettävissä olevalla kierrosalueella lähtökohtaisesti tule huipputehon kierrosluvulla, vaan käytettävissä olevan kierrosalueen vääntömaksimin kohdalla. Laitoin aiemmin tässä ketjussa kuvan pyörille tulevasta väännöstä eri vaihteilla eri nopeuksissa. Tuosta kuvasta näkee, että kun kyseisessä - ilmeisesti vaparikoneella - varustetussa autossa vaihtaa rajoittimella kolmoselta neloselle, on pyörille tuleva vääntö (ts. kiihtyvyys) suurimmillaan heti vaihdon jälkeen ja laskee sitten rajoitinta kohden. Vaihteistosta ja vääntökäyrän muodosta riippuen tilanne voi tästä tietenkin poiketa.
 
RoccoScientist sanoi:
Tarkennetaan vähän. Jokaisella yksittäisellä vaihteella väli 1800-2000 kiihtyy nopeammin kuin 3800-4000, jos mitään muita tekijöitä ei oteta huomioon. Moottorin vääntö on vastusvoimien puuttuessa aina suoraan verrannollinen autoa kiihdyttävään voimaan. Tämä tilanne ei muutu kakkosvaihteella, kun kakkosvaihdetta tarkastellaan erillisenä tapauksena, eikä mietitä yhtämittaista kiihdytystä tavoitenopeuteen, jossa vaihdetaan vaihteita.

Jos sitten haetaan maksimikiihtyvyyttä johonkin nopeuteen, jonka saavuttaminen edellyttää vaihteiden vaihtamista, kannattaa yleensä käyttää mahdollisimman pientä vaihdetta niin pitkään kuin mahdollista. Tällöinkään paras hetkellinen kiihtyvyys ei käytettävissä olevalla kierrosalueella lähtökohtaisesti tule huipputehon kierrosluvulla, vaan käytettävissä olevan kierrosalueen vääntömaksimin kohdalla. Laitoin aiemmin tässä ketjussa kuvan pyörille tulevasta väännöstä eri vaihteilla eri nopeuksissa. Tuosta kuvasta näkee, että kun kyseisessä - ilmeisesti vaparikoneella - varustetussa autossa vaihtaa rajoittimella kolmoselta neloselle, on pyörille tuleva vääntö (ts. kiihtyvyys) suurimmillaan heti vaihdon jälkeen ja laskee sitten rajoitinta kohden. Vaihteistosta ja vääntökäyrän muodosta riippuen tilanne voi tästä tietenkin poiketa.

Aprillipilat erikseen :).

Nyt unohtuu se pyörintänopeus yhtälöstä kokonaan. Tuo kirjoittamasi pätee ns. staattisessa tilanteessa, kun tarkastellaan käytännössä yksittäistä työtahtia, jonka moottori tuottaa. Auton kiihdytyksessä puhutaan kuitenkin aina dynaamisesta ajotilanteesta, jolloin noiden työtahtien määrä = moottorin kierrosluku muuttuu jatkuvasti autoa kiihdytettäessä ajan funktiona. Näin ollen myös matalammalla vääntömomentilla voidaan saavuttaa suurempi teho, joka yksinomaan määrittää auton kiihtyvyyden ko. ajotilanteessa.
 
Teho on suoraan verrannollinen vääntöön ja kierroslukuun, joten vääntöhuippua matalammalla väännöllä voidaan toki huippuväännön jälkeen saada aikaan - ja käytännössä aina saadaankin - korkeampi moottoriteho kuin huippuväännön kohdalla. Jos vaihde ei vaihdu, ei auton kiihtyvyys kuitenkaan enää kasva huippuväännön jäädessä taakse, vaan se laskee.

Tässä asiaa esimerkillä havainnollistava postaus:

http://www.f1technical.net/forum/viewtopic.php?f=4&t=19955&start=120#p527819

Tuossa lasketaan nk. tractive force, joka tässä siis tarkoittaa autoa eteenpäin vievää voimaa, sekä tehoa että vääntöä käyttäen. Molemmilla saadaan tulokseksi samat käyrät, kunhan tiedetään hieman muutakin autosta kuin nuo kaksi suuretta. Huomionarvoista on, että tuo autoa eteenpäin vievän voiman kuvaajat ovat muodoltaan samanlaiset kuin auton vääntökäyrä. Kiihtyvyyshuippu jokaisella yksittäisellä vaihteella saavutetaan siis huippuväännön kohdalla.

Aiempiin postauksiin liittyen tuolta ketjusta löytyi toinenkin laskuesimerkki, nimittäin samantehoisen dieselin ja bensan vertailu:

http://www.f1technical.net/forum/viewtopic.php?f=4&t=19955&start=105#p527718
 
Ei, kyllä nyt unohdetaan taas kokonaisvälityssuhde....teholla se auto kiihtyy.
 
Niin eikö se auto kiihdy aina parhaiten silloin kun tienpintaan välittyy suurin mahdollinen teho?
 
VILLE66 sanoi:
Niin eikö se auto kiihdy aina parhaiten silloin kun tienpintaan välittyy suurin mahdollinen teho?

Eikös se kiihdy silloin kun se välittyvä teho liikkuu tangentin suuntaisesti asfalttia pitkin ???
 
RoccoScientist sanoi:
Tarkennetaan vähän. Jokaisella yksittäisellä vaihteella väli 1800-2000 kiihtyy nopeammin kuin 3800-4000, jos mitään muita tekijöitä ei oteta huomioon.

Palataanpas vielä tähän.

Kun ajovastuksia ei huomioida, molemmissa tapauksissa jälleen vakiovälityksellä auton nopeus, ja siten myös liike-energia muuttuu yhtä paljon = tehtävä työ pysyy myös samana.

P=W/t --> t=W/P, eli työhön käytetty aika on kääntäen verrannollinen tehoon, jolla sitä tehdään, tämä lienee pässinlihaa.

Koska vääntömomentti säilyy molemmissa tapauksissa samana, teho kasvaa lineaarisesti kummankin pyörintänopeusalueen yli. Näin kiihdytyksen keskitehoksi saadaan ylä- ja alarajan tehojen erotus jaettuna kahdella, jolloin luonnollisesti korkeammalla pyörintänopeusalueella keskiteho on huomattavasti suurempi, vaikka vääntömomentti on 10 Nm pienempi.

Ja tästä voimme päätellä, että luonnollisesti suuremmalla pyörintänopeudella autoa kiihdytetään suuremmalla teholla, jolloin myös työn tekemiseen kuluva aika vastaavasti pienenee --> auto kiihtyy nopeammin suuremman pyörintänopeusalueen yli, vaikka moottorin tuottama vääntömomentti on pienempi.