Post by Matti VirtanenMikä on moottorin koon suhde auton kulutukseen? Kun vertailin auton
käsikirjassa 1.3 -moottorin ja 1.6-moottorin kulutuksia, ne olivat
jälkimmäisellä 1.3:sta pienemmät. Miten paljon eri nopeuserot
vaikuttavat kulutukseen? Olen havainnut 90 km/h taloudellisimmaksi
matkanopeudeksi, mutta voisiko sen isommalla moottorilla nostaa vaikka 100
km/h kulutuksen kasvamatta?
Kulutushan on suoraan verrannollinen ilma määrään mikä menee koneeseen.
Oletetaan, että kone imee yhdellä kierroksella V litraa ilmaa. Koneen
käydessä n rpm vauhdilla ilmaa menee minuutissa V*n litraa. Tuo on siis
suoraan verrannollinen polttoaineen kulutukseen (tyypillisesti kertoimella
1/14).
Jos nyt ajattelee ison ja pienen moottorin eroja, niin selvää on se,
että jos kahta erikokoista moottoria käytetään samalla
kierrosnopeudella, täydellä kuormalla, niin isompi kuluttaa enemmän.
(Täydellä kuormalla sen takia, että osakuormalla seos voi olla vähän
mitä sattuu). Oletuksena vielä se, että niiden konstruktio on sama,
jolloin hyötysuhteetkin ovat suunilleen samat. Isommassa tosin on
tyypillisesti painavamman osat, joilloin hyötysuhde on huonompi.
Se teho, minkä nuo moottorit antavat on yleensä sitten niin päin, että
isompi tuottaa enemmän tehoa. Tämän on oikeastaan pakko päteä edellä
olevilla oletuksilla samanlaisuudesta, koska koneeseen menee enemmän
ilmaa ja polttoainetta, hyötysuhde ja liikkuvat massat ovat suunilleen
samata, niin tuotettavan tehon on pakko olla suurempi. Yleisestihän
mitään johtopäätöstä tehosta ei voi vetää, jos koneet on erilaiset.
Sitten jos tarkastellaan tosimaailman tilannetta. Eli sitä autolla ajoa.
Moottorillahan on tyypillisesti joku kierros- (ja siis myös teho) alue,
jolla se käy taloudellisimmillaan.
Tarkastellaan vaikka kahta samankaltaista moottoria, olkoon toinen
tilavuudeltaan 1.0l ja toinen 2.0l, niiden tuottamat tehot vastaavasti
50kW ja 100kW. Jos nuo on asennettu identtiseen autoon, on aika selvää,
että tehokkaampi kiihdyttää auton johonkin vauhtiin selkeästi
nopeammin (oletuksella, että tehokäyrät ovat suunilleen saman
malliset). Toisaalta se kuluttaa myös tuplamäärän polttoainett ko.
kiihdytykseen.
Jos taas ajatellaan tasaista ajoa, jossa kon käy koko ajan tasaisella
nopeudella, on selvää, että isompi kuluttaa enemmän, jos kierrokset
ovat samat, mutta toisaalta yleensä ne eivät ole, koska vaihteiston ja
peränvälitys on pidempi, koska voimaa (vääntöä) on käytössä
enemmän. Tässä tulee esiin se väännön ja tehon kiistelty ero.
Moottori tuottaa voimaa, joka siis pyörivässä liikkeessä on
nimeltään vääntöä. Toisaalta vääntö on suoraan kytketty tehoon
kierrosnopeuden funktiona. Kun auto kulkee vakio nopeudella, sitä ei
kiihdytetä, tämän seuraus on se, että tehoa ei tarvita, tehoa
tarvitaan auton liike-energian lisäämiseen, siis kiihdyttämiseen. Autoa
hidastaa ilmanvastus ja vierimisvastus (sis. laakereiden kitkat). Eli
auton pitämiseksi tasaisessa liikkeessä tarvitaan voimaa.
No nyt moottori tuottaa XNm vääntöä. Oletetaan, että pienempi tuottaa
X ja isompi 2XNm. Oletetaan, että ajetaan nopeutta Y, jonka
ylläpitämiseksi tarvitaan X Nm vääntöä (tai siis ekvivalentti
määrä voimaa, koska eteenpäin ollaan menossa). Pienempi moottori pystyy
tuottamaan X Nm kierrosnopeudella Z rpm. Jos isompi pystyy X Nm
vääntöön kierrosnopeudella Z/2 rpm, voidaan välitys pienempään
verrattuna puolittaa.
Nyt siis pienempi käy nopeudella Z rpm ja ismompi Z/2 rpm. Koska V2 =
2*V, niin kulutukset ovat samat. Käytännössä näin ei ole. Jos
ajatellaan pienemmän käyvän nopeudella 4000rpm ja isomman 2000rpm, käy
isompi luultavasti laihalla kuten osakuormalla yleensä, jolloin se
kuluttaa vähemmän.
No tuo kaikki nyt on aika "teoreettista" ja sisältää paljon oletuksia.
Käytännössä kuitenkin yleensä on niin, että isompi kuluttaa
enemmän! Ne tapaukset, joissa suuremmalla koneella päästään
alhaisempaan kulutukseen ovat käsittääkseni juuri niitä, missä isoa
konetta pystytään käyttämään paremman hyötysuhteen kierrosalueella
ja alhaisemmilla kierroksilla. Näin juuri silloin kun se pienempi
verrokksi on ns. alitehoinen, eli teho ei riitä siihen ajoon, mitä
sillä koitetaan ajaa ja sitä joudutaan "polkemaan".
No tulipa tekstiä, osa varmaan ihan puppuakin :-)