Moment versus otáčky aneb Cesta za krouťákovým Eldorádem a zase zpátky

Napadlo mě udělat si jedno takové, myslím, celkem zábavné srovnání. Výkon motoru je daný součinem točivého (kroutícího) momentu a otáček. Moment atmosférického motoru je daný především jeho zdvihovým objemem. Myslím, že bývá taková celkem rozšířená představa (sebe nevyjímám), že velkoobjemové motory (typicky třeba americké osmiválce nebo výkonné turbodiesely) budou mít vždycky masivnější „zátah od spodu“, nebo i ve středním rozsahu otáček, ve srovnání s libovolným, sice výkonným, ale relativně malým atmosférickým vysokootáčkovým motorem. Navádí k tomu i očividný nepoměr hodnot točivých momentů takových dvou druhů motorů.

Pro lepší náhled, jak se věci mají, jsem provedl srovnání momentových charakteristik řady vybraných dvojic automobilových motorů. První je vždy nějaký typický velkoobjemový „silák“, americký osmiválec s objemem 5 litrů a více a druhým v porovnávací dvojici je motor se vždy méně než polovičním objemem, většinou čtyřválec. Nebudeme se pouštět do žádných větších fyzikálních ani početních akcí, proto také všechny srovnávané motory budou atmosférické.

Velkou pomocí při vyhledávání charakteristik motorů mi byly webové stránky: www.automobile-catalog.com, na kterých se uvádí k popisovaným vozům i graf výkonových a momentových charakteristik motoru (The Horsepower / Torque Curve).

Zde představované porovnání spočívá jednoduše v tom, že v jednom grafu jsou zobrazeny momentové křivky dvou srovnávaných motorů a která z křivek je položená výše, ten motor v parametru „zátahu“ vítězí. Pro jednoznačnost výsledku jsem chtěl, aby vítězný motor dominoval nad protivníkem v celém rozsahu otáček.

Právě parametr „otáčkový rozsah“ je v tvorbě grafu a celém srovnávání klíčový. Abychom porovnávali „hrušky s hruškami“, je potřeba rozsahy otáček momentových křivek obou motorů sladit do jedné škály. V praxi by se tohoto výsledku dosáhlo např. volbou vhodné kombinace hodnot stálého převodového poměru tak, aby daný vůz při maximu otáček jednoho i druhého motoru dosahoval stejných otáček kol na hnané nápravě neboli i stejné (teoretické) rychlosti. Druhá možnost, pro popis tvorby srovnávacího grafu vhodnější, je mezi motor a spojku doplnit u točivějšího motoru redukční převod, aby už na spojce byly maximální otáčky výstupů obou motorů stejné, tedy v hodnotě motoru méně točivého. Další převody vozu zůstávají původní. A protože se převodovou redukcí otáček současně točivý moment násobí (fyzikální zákon o zachování energie nebo princip funkce jednoduchého stroje – páky), dojde také k navýšení hodnot točivého momentu z originálního grafu právě v poměru tohoto redukčního převodu (ztrátu momentu vlivem účinnosti převodu zanedbávám).

Nyní můžeme oba motory porovnat, v praxi třeba na motorové brzdě, v případě tohoto blogu ve srovnávacím grafu.

Pozn.: Stejně průkazné srovnání by samozřejmě šlo udělat i pomocí průběhů z grafů výkonu, kde by po nutném sladění škál rozsahu otáček už nenásledoval ten krok násobení hodnot ve vertikálním směru grafu.

Na rozjezd tu máme motor z Chevroletu Camaro, ročník 1987, V8, objem 5.0 L a proti němu japonský samuraj, Honda Accord Type R, r. 2002, VTEC 2.0 L. Maxima jejich točivých momentů jsou 332 ku 206 Nm.

Na tomto prvním grafu je znázorněn proces vyrovnání maximálních otáček a současné navýšení hodnot momentu u motoru s virtuálním redukčním převodem. Modrá křivka motoru Camara je přenesena do srovnání beze změn, šedá křivka původního průběhu momentu motoru Accordu je, jak ukazují zelené šipky, transformována do výsledné křivky červené. Max. otáčky na grafu Accordu jsou 8500, max. otáčky u Camara jsou 4900, proto „přídavný redukční převod“ tu je 8500/4900 = 1,73. V tomto poměru se posouvají všechny jednotlivé body šedé křivky jednak doleva a současně i nahoru a tím vytvoří už zmiňovanou červenou křivku pro nyní rovnocenné srovnání s křivkou Camara. Pro jistotu zdůrazňuji: nejde o žádnou „nekalou“ manipulaci výsledku, naopak, je to nutná úprava pro korektní srovnání točivých momentů dvou motorů, bez které by bylo srovnávání zkreslené a obecně prakticky bezpředmětné.

A výsledek je zřejmý, v každém bodě celého otáčkového rozsahu Camara nabídne motor Accordu vyšší hodnotu točivého momentu neboli více síly tlačící automobil vpřed.

Dobře, pět litrů Camara nestačilo, tak zvolme nyní Dodge Diplomat, ročník 1979, V8, objem 5.9 L a proti němu opět zběsilého japončíka – Mazda RX-8 type S, ročník 2012, objem 1.3 L. V prvním souboji byl poměr zdvihových objemů přesně 2,5:1 a přesto dokázal střízlík zvítězit, takže, zde máme úplný extrém, poměr objemů motorů je více než 4,5:1. Navíc (znalci vědí), v případě Mazdy jde o Wankelův motor a ten, jak se říká, má přece „houno krouťák“. Skutečně, jejich max. hodnoty jsou 359 Nm ve 2400 ot./min. ku 216 Nm v 5500 ot./min. Nicméně, přidejme potřebný převod, který je zde 1,8 a podívejme se rovnou na výsledek.

A zase jde o jednoznačné K.O. od muší váhy.

OK, přiznávám, objem Wankelu se pro srovnání s klasickým čtyřdobým motorem s válci obvykle násobí dvěma, takže ten extrém nebyl ve skutečnosti tak extrémní. Proto do třetí dvojice vybíráme ještě větší americký osmiválec, Lincoln Continental Town Coupe z roku 1979, objem 6.6 L a protivník je tentokrát anglický lehkonožec, Caterham 7 Superlight R500 z roku 2008, objem 2.0 L. Poměr jejich objemů je téměř 3,4:1. Hodnoty max. momentů jsou: 427 Nm už ve 1800 ot./min. ku 240 Nm vrcholících až v 6000 ot./min. A výsledek:

I zde se nízkootáčková momentová špička V8 nachází pod teprve pozvolně se rozbíhající křivkou menšího čtyřválce.

Američané zatím neuspěli, tak nyní zkusme sáhnout do britského arzenálu a rovnou vyberme jednu z legend, motor V8 z Bentley Mulsanne z roku 1980, objem 6.75 L oproti dalšímu Britovi, čtyřválci z BAC Mono R z roku 2019, objem 2.5 L. Bentley má masivních 540 Nm a monopost 330 Nm. Otáčkový rozsah jednoho ale končí při 4400 ot./min. a druhého až při přesném dvojnásobku: 8800 ot./min.

I tady je náskok „polomotoru“ přesvědčivý.

Vezměme tedy to největší z vé-osmiček, co kdy pro osobní vozy vzniklo a k tomu navíc z roku, kdy na americké „velkostroje“ ještě nedopadla legislativa omezující emise a spotřebu: Cadillac Fleetwood Eldorado z roku 1970, objem 8.2 L – v imperiálních jednotkách je objem motoru okrouhlých 500 kubických „inčů“. No, tady už „čtyřválečky“ nestačí, proto nastupuje germánská chlouba techniky, plochý šestiválec Porsche 911 GT3 z roku 2009, objem 3.8 L. Poměr objemů se tu pořád drží nad hodnotou 2:1, americký agregát, připomínající spíše osmimístný eskalátor, dotlačí rafiku dynamometru až na 746 Nm, kdežto protivník kontruje pouze 430 Nm.

V jednom místě grafu je to sice těsné, ale i tady je mise splněna, kvílící stroj poráží mastodonta „na celé čáře“.

Udělejme si dnes poslední srovnání, které pro další podporu strany „drtikolů“ už trochu poruší výše stanovená pravidla. Dámy a pánové, v modrém rohu stojí sourozenec několikanásobných vítězů dálkových rallye a potomek známé Drtikolky, totiž „Total“ Tatra 815 8x8 Dakar z roku 1988, objem 19.0 L – hmotnost motoru: 1520 kg. Tedy ne sériový vůz, ale závodní náklaďák, V12 místo V8, nafta místo benzínu, a hlavně, dopovaný turbodmychadly. V červeném rohu je také závodní speciál, jen o pár roků mladší. Vůz, který celý váží něco přes polovinu hmotnosti motoru Tatry: Mazda 787B z roku 1991, objem 2.6 L. I na zdejším webu popisovaný vítěz 24 hodin Le Mans, opět atmosférický Wankel naladěný tak, aby vydržel zátěž vytrvalostního závodu. Poměr zdvihových objemů soupeřů je 7,26:1, poměr točivých momentů je 1570/608. A výsledek možná už tušíte…

… ano, malá Mazda vítězí.

Zdroj parametrů Tatry: https://www.scribd.com/document/322358070/Tatra-815-Dilenska-Přiručka; https://www.idnes.cz/auto/zpravodajstvi/dakar-tatra-smolka-loprais.A221213_114503_automoto_mom

Zdroj parametrů Mazdy: https://www.mulsannescorner.com/SAE920309.pdf

Co jsem tím celým chtěl říct:

1. Určitě tímto dramatizovaným „představením“ nezpochybňuji právo na existenci jakýchkoli konstrukčních filozofií motorů, naopak.
2. V tomto srovnání záměrně pomíjím otázky životnosti, emisních omezení, spolehlivosti, ceny, provozních nákladů atd. Také nijak nechci narušovat osobní preferencí uživatelů a vkus fanoušků té či oné strany.
3. Zde srovnávané dvojice motorů, kde vyšší maximální otáčky motoru s menším točivým momentem převáží nad motorem s momentem větším, jsou sice jen jedny z mnoha, které se dají vyhledat, ale obecně může být situace samozřejmě jiná a obvykle u dvou velmi podobných motorů, především podobně výkonných, má navrch ten, který má vyšší hodnotu točivého momentu.
4. Proč ve všech srovnáních vyhrály menší motory? Protože měly vždy výrazně větší výkon, než soupeř.
5. Závěr je dle mne jednoduchý: fyzika platí, hlavním ukazatelem dynamických schopností motoru je jeho výkon, a ještě lépe jeho výkonová (nebo momentová) charakteristika. Výkon motoru lze spočítat jako součin momentu a otáček a oba tyto činitelé jsou si ve vlivu na výsledek matematicky zcela rovny.

Pozn.: 28.05. 2026 jsem v textu článku upravil hodnotu momentu u motoru Lincoln z 500 Nm na správných 427 Nm, a nyní je také v souladu s přiloženým grafem.