Silnik – i co dalej?

Silnik jest sercem każdego autobusu. Wytwarza on napęd, który w jakiś sposób należy doprowadzić do kół. Najprościej byłoby połączyć silnik bezpośrednio z kołami – byłoby to wprawdzie wygodne rozwiązanie, ale w praktyce trzeba użyć bardziej wymyślnych rozwiązań. Ale dlaczego? Tutaj trzeba odwołać się do tego, czym nazywa się charakterystykę silnika:

Zielony kolor – krzywa mocy, niebieski – krzywa momentu obrotowego

Na osi poziomej znajduje się prędkość obrotowa (n) wału korbowego, przedstawiana w obrotach na minutę. Na osi pionowej, po prawej stronie – moment obrotowy (T) w niutonometrach. Moment obrotowy to siła w ruchu obrotowym. Jest to więc siła, z jaką silnik obraca wałem korbowym. Moc (P) jest natomiast iloczynem dwóch pozostałych wielkości – czyli jest to moment obrotowy pomnożony przez prędkość obrotową.

Na wykresie widać, że moment obrotowy osiąga wartość 1250 Nm i utrzymuje ją do prędkości 1700 obr/min. Moment następnie spada. Wykres mocy wygląda nieco odmiennie. Narasta gwałtownie aż do chwili, w której moment obrotowy zaczyna się zmniejszać. Wówczas moc ma wartość maksymalną – taką jaką podaje się w folderach reklamowych.

A jak chcemy ruszyć z miejsca? Co stanie się przy zerowej prędkości? Nie ma momentu obrotowego, ani mocy. Wykres zaczyna się od 1000 obrotów na minutę. Silnik spalinowy pracuje stabilnie dopiero przy prędkości obrotowej ok. 500-600 obr/min – wówczas generowana moc wystarcza tylko na pokonanie oporów tarcia w samym silniku. Duża moc jest uzyskiwana tylko w wąskim zakresie prędkości – dla przykładowego silnika dla przedziału 1000-2200 obr/min.

Czego więc nam potrzeba?

Przekładni. Najprostsza składa się z dwóch kół zębatych o różnych wymiarach i różnych liczbach zębów. Jeśli małe koło o liczbie zębów 12 (przykładowo) napędza duże koło o liczbie zębów dwa razy większej, równej 24, to aby koło duże obróciło się raz, koło małe musi obrócić się 2 razy. Jeśli więc prędkość spadnie, to aby iloczyn prędkości obrotowej i momentu był stały, moment musi wzrosnąć. I tak też jest w praktyce.

Załóżmy, że chcemy, by przy minimalnej prędkości z wykresu ukazującego charakterystykę silnika – 1000 obr/min – koło obróciło się raz w ciągu sekundy. 1000 obrotów na minutę to 17 obrotów na sekundę, więc trzeba by wykorzystać przekładnię o przełożeniu 17. Dla znanego z Solarisa Urbino 18 koła z oponami o wymiarach 275/70 R22,5 jeden obrót to przejazd 3 metrów, więc taki też odcinek przejechałby autobus.

Do rozwiązania pozostaje jeszcze jeden problem. Skoro silnik pracuje stabilnie dopiero przy prędkości 600 obr/min, a dużą moc uzyskuje dopiero przy 1000 obr/min, to jak rozpędzić koło do chwili, w której uzyskujemy z silnika dostatecznie dużą moc? Silnik połączony od razu bezpośrednio z kołem zdławiłby się przecież i od razu zgasł. Przydałoby się takie urządzenie, które najpierw przekaże z silnika do kół tylko część jego mocy, a potem stopniowo coraz więcej i więcej, aż w końcu cała moc kierowana będzie na koła. Wtedy silnik nie zgasłby i stopniowo uzyskał prędkość tysiąca obrotów na minutę. Jest to sprzęgło.

_Źródło:

^{J. Pudło „Silnik i co dalej” na łamach dawnego portalu Przegubowiec.com.}