Není snadné představit si dnešní život bez spolehlivého auta, které nás doveze tam, kam zrovna potřebujeme. Pohodlná jízda do práce, výlety s rodinou nebo obchodní schůzky - vše závisí na funkčním a výkonném motoru. Při jízdě do kopce si můžete všimnout, že auto najednou netáhne, zleniví a zkrátka se mu nechce. Když auto netáhne do kopce a začne lenivět, je čas zasáhnout.
Fyzikální princip: jak výkon motoru souvisí s jízdou do kopce
Známe maximální výkon motoru auta a rychlost, kterou se auto pohybuje. Odtud můžeme zjistit maximální tažnou sílu motoru auta. Alternativní možností je vyjádřit si, o kolik se zvýší potenciální energie auta za určitý čas. Tento přírůstek potenciální energie je pak roven práci, kterou vykoná za tuto dobu motor auta při uvedeném výkonu.
Nápověda 1: Jaké síly na auto během pohybu působí? Jaký mají směr? Nakreslete si obrázek.
Nápověda 2: Co platí podle 1. Newtonova zákona pro výslednici těchto sil, jede-li auto stálou rychlostí?
Nápověda 3: Rozložte tíhovou sílu \u20AC\u2018F_G\u20AC na složku rovnoběžnou s vozovkou a na složku kolmou k vozovce. Dává 1. Newtonův zákon nějaké podmínky pro tyto složky?
Z něj je také patrné, že má-li být výslednice všech sil působících na automobil nulová, musí být nulové také výslednice ve směru rovnoběžném s vozovkou a ve směru kolmém k vozovce. Výsledkem je, že tažná síla motoru F_m musí vyrovnat složku tíhové síly táhnoucí auto dolů po svahu (a případně další odporové síly, které zde budeme zanedbávat, pokud chceme ideální model).
Matematické vyjádření pro konstantní rychlost
\u20AC\u2018F_G\u20AC = mg, kde g je tíhové zrychlení. Rozložením na složky dostaneme:
\u20AC\u2018F_0\u20AC = mg \u2022 sin \u03B1, kde \u03B1 je úhel svahu vůči horizontále.
Zbývá určit velikost síly \u20AC\u2018F_m\u20AC. Vyjdeme ze vztahu P = F_m v, který platí pro tzv. okamžitý výkon, tedy pro okamžité hodnoty síly i rychlosti. Pro konstantní rychlost tedy platí, že výkon motoru, který je k dispozici na překonání gravitační složky, musí splňovat:
P = F_m v = (mg sin \u03B1) v
Odtud přímo dostaneme výraz pro úhel stoupání, které lze ještě maximálně překonat při zadaném výkonu P a rychlosti v:
sin \u03B1 = P / (m g v)
Příklad výpočtu
V ukázkovém výpočtu bylo spočítáno:
sin \u03B1 = P / (m g v) = 33000 / (1200 \u00B7 9,81 \u00B7 20) \u22C5 0,140 \u2192 \u03B1 \u22C5 8\u00B0 3\u2019.
Kopec tedy může stoupat maximálně pod úhlem přibližně 8\u00B03\u2019, což představuje stoupání asi 14,1 %. (Stoupáním se rozumí hodnota tangenty úhlu přepočtená na procenta.)
Alternativní řešení pomocí potenciální energie
Za čas t ujede auto dráhu s = v·t, vystoupí tedy do výšky h = v t sin \u03B1. Alternativně lze uvažovat zvýšení potenciální energie za jednotku času, které je právě P = m g v sin \u03B1, totéž jako předchozí vztah.
Co jsme zanedbali a jak to ovlivní reálné auto
Ve zjednodušeném modelu zanedbáváme odpor vzduchu, tření a valivý odpor kol. V reálném autě jsou ale tyto faktory zásadní: odpor vzduchu roste s druhou mocninou rychlosti a při vyšších rychlostech se stává dominantním faktorem. Další věc je, že při konstantním výkonu motor nebude motor působit konstantní tahovou silou, protože F_m = P / v - čím rychleji jedete, tím menší tahová síla je při stejném výkonu k dispozici.
Praktické omezující faktory
- Maximální otáčky motoru, převodový poměr a obvod kol: z toho vyjde teoretická „bezeztrátová“ maximální rychlost.
- Odpor vzduchu a valivý odpor: v reálném provozu určují rovnovážnou rychlost při daném výkonu.
- Hmotnost vozidla: čím je vozidlo těžší, tím větší příkon je potřeba k udržení stejné stoupavosti rychlosti.
Praktická doporučení pro jízdu do kopce
Při vyjetí kopce je nejvhodnější nabrat potřebnou rychlost ještě před ním. Jakmile začnete stoupat do kopce, je třeba použít co nejvyšší převodový stupeň, abyste plně využili výkon motoru. Snažte se udržet velkou rychlost, ale nezrychlovat. Když se přiblížíte k vrcholu kopce, dejte nohu z plynu a nechte vozidlo přejet vrchol setrvačností.
„Řidiči se často snaží při jízdě do kopce zrychlit, a to je velmi neefektivní,“ říká Andrew Low, manažer pro rozvoj řidičských dovedností ve společnosti Volvo Trucks. „Spotřebovává se přitom mnohem víc paliva a ve většině případů ušetříte jen sekundu nebo dvě.“ Cílem je obrazně řečeno přeměnit kopec v rovinu.
Provozně-technické příčiny ztráty tahu do kopce
Ztráta výkonu motoru může být pozvolná, ale i náhlá. Každý typ motoru má svá specifika a také odlišné příznaky, pokud se něco pokazí.
U dieselových motorů
- Dieselové motory jsou známé svou spolehlivostí a vysokým točivým momentem, který je ideální pro těžká vozidla nebo delší jízdy.
- Turbodmychadlo: Jedním z typických příznaků závady turbodmychadla je, že auto netáhne v nízkých otáčkách nebo motor ani nejde vytočit.
- Filtr pevných částic (DPF): Tento nezbytný prvek moderních dieselových motorů může být spíše prokletím než výhodou, pokud se pravidelně neregeneruje. U dieselových motorů je častým viníkem zanesený filtr pevných částic (DPF). Pokud se DPF zanese a nemá šanci se při jízdě regenerovat, projeví se to ztrátou výkonu. Řešení? Zkuste delší jízdu ve vyšší rychlosti, aby se filtr mohl vypálit. Pokud to nepomůže, objednejte se na dekarbonizaci motoru vodíkem.
- Systém vstřikování paliva: U dieselů hraje vstřikování klíčovou roli.
U benzínových motorů
- Benzínové motory jsou oblíbené pro svou plynulost a rychlou odezvu na sešlápnutí pedálu; potíže se často zaměřují na palivový systém.
- Systém zapalování: Benzínové motory mohou mít potíže se zapalováním směsi paliva a vzduchu, zejména pokud jsou vadné zapalovací svíčky nebo zapalovací cívky. Výsledkem je cukání motoru při sešlápnutí plynu, pomalá akcelerace a celkový pocit, že se motoru nechce.
- Palivový systém: Pokud je ucpaný palivový filtr nebo vadné čerpadlo, ztráta výkonu benzínového motoru se projeví při pokusu o rychlou akceleraci nebo jízdě do kopce.
- Řízení směsi vzduchu a paliva: U moderních benzínových motorů je správné poměrové míchání směsi vzduchu a paliva klíčové.
Elektronika a senzory
Moderní vozidla jsou doslova nabité technologií, ale právě ta občas umí pozlobit. Senzory mají na starosti všechno od směsi vzduchu a paliva po množství emisí, ale jakmile některý z nich selže, mnohdy dojde k dominovému efektu. Pokud senzory neposílají správné údaje do řídící jednotky, motor nemůže pracovat efektivně. Výsledek? Auto nejede do kopce a řidič má pocit, že se pokouší přetlačit vlak.
Praktické tipy pro řidiče
- Při jízdě do kopce přijďte s dostatečnou rychlostí - je lepší zrychlit před kopcem než zbytečně přidávat plyn dole ve svahu.
- Používejte vhodný převodový stupeň: při stoupání zvolte převod, který umožní motoru pracovat v optimálním pásmu točivého momentu.
- Kontrolujte stav palivového a vzduchového filtru, zapalovacích svíček a turba - zanedbané součásti často vedou ke ztrátě tahu.
- Pokud vidíte dlouhodobé zhoršení výkonu, nechte vůz diagnostikovat - moderní chyby často ukáže řídicí jednotka.
5 typů plýtvání palivem vs. úspora paliva - AutoBuzz.my
Tabulka: Srovnání vlivů na potřebný výkon při jízdě do kopce (zjednodušeně)
| Faktor | Směr vlivu | Poznámka |
|---|---|---|
| Hmotnost vozidla (m) | Zvyšuje potřebný výkon | Přímo úměrné v P = mg v sin \u03B1 |
| Rychlost (v) | Zvyšuje potřebu výkonu pro daný sklon | Přímo úměrné ve vztahu P = mg v sin \u03B1; vyšší v → větší P pro stejný úhel |
| Úhel svahu (\u03B1) | Zvyšuje potřebu výkonu | Sin \u03B1 roste se sklonem; při větším \u03B1 potřeba výrazně roste |
| Odpor vzduchu | Zvyšuje potřebu výkonu při vyšších rychlostech | Roste s v^2, při běžných rychlostech může být dominantní |
| Mechanické ztráty (převodovka, pneumatiky) | Zvyšují potřebu výkonu | Závislé na stavu a konstrukci vozidla |
Užitečná pravidla
- Pro odhad maximálního sklonu, který auto zvládne při daném výkonu a rychlosti, použijte sin \u03B1 = P / (m g v).
- Pokud chcete vědět maximální rychlost při konstantním výkonu a zanedbání odporů, z fyziky plyne, že energie dodaná výkonem roste lineárně s časem a kinetická energie roste, takže bez odporů by rychlost mohla teoreticky růst neomezeně (v realitě omezují faktory motoru a odpor).
Vyjetí kopce samozřejmě vyžaduje větší rychlost a sílu. Nejvhodnější doba pro zvyšování rychlosti ale není, když přijedete pod kopec. Je třeba ji nabrat, když se k němu přibližujete. Při sjíždění z kopce by vás měla přirozeně pohánět kupředu hybnost vozidla. Naberete tak rychlost a nespotřebujete prakticky žádné palivo. Sledujte ale také silnici před vozidlem a předvídejte možné překážky.