Päätinpä kirjoittaa yhteenvedon, ja ehkä vähän jotain uudenlaistakin, aikasemmista postauksistani tähän ja siihen johonkin aikisempaan kadonneeseen teho vääntö tappeluun, koska ihmiset tuntuvat aina vain lukevansa edellisen kirjoituksen(i). Tämä jäänee viimeseksi postaukseksi tähän asiaan liittyen minun kohdaltani, toki joihinkin kyssäreihin voin jaksaa vastata, mutta mitään väittelyä en enää jaksa. Lopussa toistan samaa juttua hieman eri tavoin kerrottuna siinä toivossa, että se auttaisi eri ihmisiä ymmärtämään saman jutun (kaikilla erilainen hamotustapa). Tarina on pitkä (mutta toivottavasti virheetön), joten koettaa jaksaa...
Kuten monet foruumilla ymmärtävätkin keskimääräinen teho on tehty työ jaettuna siihen käytetyllä ajalla. Tehon määritelmä on kuitenkin differentiaalinen, symbolein ilmaistu P = dW/dt (teho = diff. työ jaettuna siihen kuluneella diff. ajalla, siis hetkellinen teho). No yksinkertaistahan tämä on, mitä enemmän pystytään tekemään työtä samassa ajassa, siis mitä enemmän tehoa, sitä enemmän voidaan esimerkiksi autolle antaa nopeutta samassa ajassa. Eli auton moottorin vaihtaminen tehokkaampaan parantaa sen kiihtyvyyttä (kunhan pitoa riittää), kun muut arvot (esim. paino, voimansiirto ja sen hyötysuhteet) pysyvät samana. Tällaista teoriaa esitti vissiin myös pmw tuossa aiemmin. Tuskin tuota kukaan mihinkään kumoaakaan, paikkansahan se pitää.
Kuitenkin Newtonin toisen lain F = m*a (voima = massa * kiihtyvyys), kiihtyvyys (a = F/m) on suurimmillaan kun voima on suurimmillaan. Autoja ajatellessa tämä voima tarkoittaa nimenomaan vetävien pyörien työntövoimaa. Työntövoima vetävillä pyörillä on suurin, kun vääntömomentti M = F*x (Vääntömomentti = voima * voiman vaikutussuoran kohtisuora etäisyys (eli lyhin etäisyys) pisteestä, jossa momentti määritetään) niiden akselilla on suurin (x vakio, eli muuttumaton renkaan säde).
Monet saattavat luulla että nyt tähän tuli jokin ristiriita, mutta eipä tullut. Hitausmomentit jätetään tässä vaiheessa huomiotta, koska muuten asia vain monimutkaistuu.
Suurin kiihtyvyys autolle saadaan siis kun voima vetävillä pyörillä on suurin, joka tarkoittaa pyörän säteen ollessa vakio sitä, että suurin kiihtyvyys saadaan vääntömomentin ollessa suurin vetävien pyörien akselilla.
Kaavoilla: F = m*a => a = F/m M = F*x => F = M/x, saadaan sijoittamalla F
a = (M/x)/m = M / (m*x)
Vetävien pyörien vääntömomentti on suurimmillaan silloin, kun auton moottorin vääntömomentti on suurimmillaan. Välityssuhde i muuttaa auton moottorin vääntömomentin i-kertaiseksi vetäville pyörille. Välityssuhteen ollessa 10, vetävillä pyörilla on aina 10-kertainen vääntömomentti sen hetkiseen moottorin vääntömomenttiin verrattuna, oli moottorin kierrosluku tai kuormitusaste mikä tahansa. Koska välityssuhde laskee selvästi vaihdettaessa suurempaan vaihteeseen, on helposti havaittavissa kiihtyvyyden pieneneminen. Auto siis tosiaan kiihtyy paremmin pienellä vaihteella (iso välityssuhde) kuin isolla vaihteella (pieni välityssuhde). Lienee kaikki autolla ajaneet huomanneet, että pienemmälle vaihtaminen esim. ohitukseen lähdettäessä tuo vähän lisää kiihtyvyyttä autoon.
Suurempi moottorin teho mahdollistaa suuremman kiihtyvyyden, koska se mahdollistaa välityssuhteet, joilla saadaan aikaiseksi se, että vääntömomentti on vetävillä pyörillä suuri mahdollisimman pitkään. Mahdollisimman pitkään? Niin tuskin haluat autollesi hyvää kiihtyvyyttä vain maksimoimalla vetävien pyörien vääntömomentin niin suurella välityssuhteella, että auto kiihtyy hyvin vain nopeusvälillä 1-3km/h. Lyhyesti sanottuna, moottorin suurempi teho mahdollistaa suuremman vääntömomentin sinne missä sitä tarvitaan eli vetävien pyörien akselille. Vetävien pyörien vääntömomentti ratkaisee, ei moottorin vääntömomentti (toki moottorin vääntömomentti yhdessä välityssuhteen kanssa ratkaisee vetävien pyörien vääntömomentin, kuten jo aiemmin esitin). Ja koska moottorin suurempi teho mahdollistaa suuremman vääntömomentin pyörien akelilla, teho siis ratkaisee sen, että auto voidaan rakentaa paremmin kiihtyväksi välityssuhteiden avulla. Tämä ei kuitenkaan poista sitä tosiasiaa, että moottorin vääntömomentin ollessa suurin, on sen hetkisellä välityssuhteella myös vetävien pyörien akselilla vääntömomentti suurin. Toki välityssuhdetta muutettaessa (siis vaihdetaan vaihdetta), voidaan tuota pyörien vääntömomenttia kasvattaa tai pienentää, mutta sama edellä mainittu sääntö pitää paikkansa myös sille vaihteelle.
Kaiken jälkeen pääsemme tulokseen, että maksimikiihtyvyyttä autolle haettaessa esim. nopeusvälille 50-120km/h, kannattaa isompi vaihde (pienempi välityssuhde) vaihtaa sitten, kun vetävien pyörien vääntömomentti sillä isommalla vaihteella on sama kuin tämän hetkisellä vaihteella juuri sen hetkisellä nopeudella. Tämä tarkoittaa siis sitä, että pidetään vetävien pyörien vääntömomentti niin suurena kuin mahdollista koko kiihdytyksen ajan (Esimerkkiselitys alempana). Toki tässä taas täytyy hieman miettiä minkälaiset välitysuhteet ja minkälainen moottori autossa on. Esim. jos rajoitin on vaikkapa heti huipputehon jälkeen, kannattaa se isompi pykälä vaihtaa ennen kuin rajoitin lyö päälle.
Lyhyt esimerkkiselitys:
Välityssuhde 1 on i1, ja välityssuhde 2 on i2. i1 > i2
Vaihda isompi vaihde silloin, kun i1*moottorin vääntö on pienempi tai yhtäsuuri kuin i2*moottorin vääntö sen hetkisellä auton nopeudella. Tässä siis pitäisi tietää moottorin vääntömomenttikäyrä pyörimisnopeuden funktiona, sekä välityssuhteet i1 ja i2. Näillä tiedoilla nähtäisiin milloin moottorin vääntömomentti on tippunut niin alas (vääntömom. laskee kuin kierrokset kohoavat), että vaihtamalla seuraava vaihde saadaan vetäville pyörille jo yhtäsuuri vääntömomentti kuin edellisellä vaihteella oli vaihtohetkellä.
Lisää selitystä:
Pyritään siis jatkamaan vetävien pyörien vääntömomenttia siitä mihin jäätiin. Esim. ykkösellä vetävien pyörien vääntömomentti putoaa maksimistaan 2000Nm arvoon 1500Nm. Kakkonen pyritään laittamaan sisään silloin, kun sillä saadaan vetäville pyörille vääntömomentti, joka olisi mahdollisimman lähellä tuota 1500Nm. Siis tottakai, jos on kakkosella mahdollista saada aikaan suurempi momentti kuin tuo 1500Nm, niin vaihdetaan jo aiemmin. Yleensä henkilöautoilla tämä paras vaihtokohta on jossain huipputehon kierroksien tuntumassa, eli kun vaihdat huipputehon kohdalla tai vähän jälkeen, niin et ainakaan paljoa mene ohi optimaalisesta vaihtokohdasta.
Loppuyhteenveto:
Suurempi teho mahdollistaa sellaisen välityssuhteen, että vetävien pyörien vääntömomentti on suurempi.
Vaikka tehokkaamman moottorin vääntö olisikin pienempi kuin vertailumoottorin, mahdollistaa tuo suurempi teho sen, että välitysuhdetta voidaan kasvattaa niin paljon, että se kumoaa tuon menetetyn momentin, ja tuo vielä lisäksi bonusta koriin.
Vertailukoneen vääntömomentti pyörillä Mv= iv*Tv ( iv = vertailukoneen välityssuhde, Tv = vertailumoottorin vääntömom.)
Tehokkaamman koneen vääntömom. pyörillä Mt = it*Tt (it = tehokkaaman koneen välityssuhde, Tt = tehokkaamaan moottorin vääntömom.)
Nyt siis Tt < Tv, mutta it on niin paljon suurempi kuin iv että Mt > Mv.
Over and out.
Edit1: pilkku
Edit2: niin teho mahdollistaa suuremman välityssuhteen, koska:
Jos tehokkaamman koneen huipputehokierrokset ovat samat kuin vertailukoneen peli on selvä, koska tehokkaamman koneen momentti on tällöin suurempi kuin vertailukoneen.
Oletetaan samanmuotoiset mom. käyrät (ei tartte huomioida, jos toisen koneen teho nouseekin 10rpm:n aikana 100-kertaiseksi, toisen ollessa "normaali"). Jos taas tehokkaamman koneen momentti on pienempi, tarkoittaa se, että kone hakee tehonsa kierroksilla, eli se kiertää enemmän. Kun auton halutaan menevän ykkösellä huipputehokierroksilla 50km/h ja kakkosella 90km/h jne., niin 10000rpm kiertävän koneen välitysuhteet jokaisella vaihteella ovat tietysti 2 kertaa suuremmat kuin 5000rpm kiertävän. Jos siis 10000rpm kone on 1,5 kertaa tehokkaampi kuin 5000rpm kone, saadaan vetäville pyörille 1,5 kertaiset vääntömomentit.
Tämän takia on tärkeää, että vääntömomentti-, ja silloin myös tehokäyrä, ovat hyvän muotoiset. Kisakäytössä portaattomalla vaihteistolla voitaisiin sitten keskittyäkin lähes pelkästään huipputehon hakemiseen miltei miten tahansa kapealta kierrosalueelta. Tavallisella vaihteistolla näin ei voida menetellä.
