Drtivá většina automobilek používá při označování svých motorů výkon nebo objem spalovací komory. Obě tyto charakteristiky jsou již zastaralé. Pokud před 50 lety závisel tah karburátorových motorů na vrtání válců, nyní se do popředí dostávají nové technologie. Při stejném objemu spalovacích komor se výkon zvyšuje dvakrát až třikrát. Například nyní malé řadové motory BMW nebo Volvo o objemu 2,0 litru mohou mít výkon přes 400 koní. Benzínové čtyřválcové přeplňované motory malého objemu tak nyní mají stejný výkon a tah jako osmiválcové atmosférický motory před 4 lety, protože jsou kromě stupňovitého přeplňování vybaveny také složitým vstřikovacím systémem.
„Koňské síly“ ale již nejsou adekvátním popisem stávajících charakteristik motoru. Auto s nízkým výkonem se na silnici může zdát mnohem živější a zajímavější než jeho výkonnější bratr. Například dieselové jednotky jsou mnohem výkonnější než benzínové, a proto vykazují lepší dynamiku.
Obecně byla požadována jiná charakteristika, která by mohla adekvátně popsat schopnosti moderního motoru. A automobilky to vidí na točivém momentu.
Odkud pochází „koňská síla“?
Slavný anglický vynálezce navrhl měřit výkon motoru v koňských silách. James Watt v roce 1789. Na počátku průmyslové revoluce v Anglii byli koně využíváni jako zdroj energie pro zdvihací stroje v dolech, přístavech a mlýnech. Byli zapřaženi do navijáku jeřábu a poháněni v kruhu.
Zvíře o hmotnosti asi 500 kg zapřažené do mechanismu, chodící v kruhu a tahajíc lano systémem bloků, mohlo jeřábu poskytnout práci rovnající se zvedání břemene o hmotnosti 90 kg rychlostí 1 metr za sekundu. Břemeno se zvedalo v sudech nebo pytlích o hmotnosti 140,9 až 190,9 kg. Kůň, kulhající kolem navijáku rychlostí 8 km/h, tedy za 3 hodin práce mohl snadno přetížit 33 000 liber, což je téměř 14 tun. Tato práce se začala brát v úvahu jako standard „koňské síly“.
Parní stroje mohly vykonat stejnou práci mnohem rychleji, protože měly výkon několika koňských sil. V definici Jamese Watta není výkon sportovní dynamika stroje, ani jeho zrychlení, ale práce vykonaná za jednotku času.
Co je točivý moment?
Stejný princip platí pro spalovací motor. Jedinou silou, která tlačí píst, je energie výbuchů směsi benzínu a vzduchu. Píst je podobný Wattovu koni. Roztáčí klikový hřídel a poté přenáší pohyb na kola prostřednictvím systému hřídele převodovky. Čím rychleji se otáčí, tím větší výkon a více práce motor vykoná.
Pokud se přítlačná síla pístů vynásobí délkou klikové páky, získáme točivý moment, na kterém závisí tah motoru. Vyjadřuje se v Newtonmetrech (1 Nm se rovná síle 1 Newton krát páka 1 metru). Čím delší jsou páky, tím větší tah motor vytváří.
Pokud má motor vysoký točivý moment, kola se točí rychleji za jednotku času. Auto se stává dynamičtějším.
Zrychlení hurikánu
Točivý moment je tedy velmi důležitou charakteristikou, která určuje dynamiku vozu. Čím vyšší je točivý moment, tím silnější jsou „koně“ pod kapotou. Točivý moment také určuje elasticitu motoru, tedy jeho schopnost poskytovat stejný tah ve velkém rozsahu otáček. Obzvláště důležité je, aby vysoký točivý moment byl k dispozici téměř okamžitě po nastartování. Pak se projeví emocionální zrychlení vozu.
No, „koňská síla“ je potřeba k něčemu jinému. Vyjadřuje schopnost motoru auta odolávat větru a jinému zatížení. Vysoký výkon se projevuje hlavně v maximální rychlosti auta.
Obecně je „koňská síla“ velmi nespolehlivá charakteristika, závislá na mnoha faktorech. Tato jednotka měření je dávno zastaralá. S pomocí chytrých programů pro řízení motoru lze počet „koňských sil“ zvýšit nebo snížit, což mnoho výrobců používá k umělému nafukování výkonu motoru.
Proto je počet Nm točivého momentu v označení motoru mnohem informativnější charakteristikou.
Když slyšíme frázi „koňská síla“, první věc, která nás napadne, je síla aut a dalších mechanismů. Ale kolik těchto „koňských sil“ má skutečný kůň? A proč jich je více než jedna? Nebo méně? Pojďme si to vymyslet.
Odkud se tento termín vzal?
Pojem „koňská síla“ (hp) vynalezl skotský inženýr James Watt v 18. století. Chtěl demonstrovat, o kolik účinnější jsou jeho parní stroje než běžné koně. Watt provedl pozorování a zjistil, že jeden kůň dokáže zvednout asi 75 kg uhlí o 1 metr za 1 sekundu. Tak vznikla standardní koňská síla – 1 hp je přibližně 735,5 wattu.
Aby James Watt přesvědčil skeptické zákazníky o výhodách svých parních strojů, uchýlil se k triku. Potřeboval prokázat, že jeho vynález je lepší než tradiční metody práce.
Po provedení série pozorování provedl Watt několik zajímavých výpočtů. Všiml si, že jeden kůň, který otáčí mlýnským kolem, vykoná přibližně 144 otáček za hodinu. Dva koně pracující v dole by mohli zvednout sud o hmotnosti 180 kg rychlostí o něco více než 3,5 km/h. Na základě těchto údajů odvodil průměrný ukazatel: pokud je zvíře schopno zvednout 75 kg do výšky jednoho metru za sekundu, pak lze jeho sílu považovat za jednotku měření.
Proč ne „síla býka“ nebo „síla osla“?
Koně byli v té době hlavním „vozidlem“ v zemědělství, průmyslu a armádě. Voli a osli pracovali pomaleji a síla lidských svalů byla příliš slabá na to, aby se dala srovnat se stroji. Proto byli vybráni koně.
Kolik jich má skutečný kůň?
Ukazuje se, že skutečný kůň může být slabší i silnější než tato konvenční jednotka. Watt tehdy neusiloval o absolutní přesnost. Jeho cílem bylo, aby čísla přesvědčila potenciální kupce. Kdyby jednoduše uvedl, že jeho motor nahrazuje jednoho nebo dva koně, sotva by to zapůsobilo na farmáře a průmyslníky. Proč by potřebovali stroj, když už měli živé pracovníky? Pokud tedy vezmeme řez z teze, pak:
- Běžný pracovní kůň při dlouhodobé práci (například při tažení pluhu) vyvine asi 0,5-0,8 koní.
- Krátký výbuch (například skok nebo cval) může poskytnout až 10-15 hp, ale pouze na několik sekund.
- Sportovní koně (dostihové koně nebo těžkotažní koně) dosahují při maximálním zatížení 5–20 koní.
Proč tam není jedna „koňská síla“?
Na první pohled se to zdá zvláštní: pokud se měrná jednotka nazývá „koňská síla“, pak by jeden kůň měl vyprodukovat přesně jednu takovou sílu. Ve skutečnosti je ale všechno jinak – živý organismus nefunguje jako mechanický motor a jeho schopnosti jsou velmi závislé na podmínkách.
Hlavní důvod je fyziologický. Kůň není perpetuum mobile, ale živý tvor, který se unaví a potřebuje odpočinek. Pokud ho donutíte pracovat na hranici svých možností, rychle se vyčerpá. Proto je jeho skutečný výkon v nepřetržitém režimu výrazně nižší než maximální.
Dalším důležitým faktorem je nízká účinnost svalů. I u silného, trénovaného koně se pouze 20–25 % energie přemění na užitečnou práci. Zbývajících 75–80 % se rozptýlí jako teplo. Pro srovnání, moderní spalovací motory mají účinnost asi 30–40 % a elektromotory až 90 %.
Konečně bychom neměli zapomínat, že samotná „koňská síla“ je průměrný ukazatel. James Watt, který tuto jednotku představil, se neřídil rekordními trhnutími, ale silou, která byla během experimentu získána.
Zajímavá fakta o „koňské síle“
Nakonec stručně představím několik zajímavých faktů o koňské síle, které mohou být užitečné a zajímavé pro obecný rozvoj.
- Průměrné auto (100-150 koní) může formálně nahradit stádo 100 koní, ale pokud by tito koně pracovali společně, jejich skutečný výkon by byl menší kvůli ztrátám v koordinaci.
„Koňská síla“ v různých zemích
- Metrický HP (Rusko, Evropa) = 735,5 W.
- Mechanický výkon v HP (USA, Anglie) = 745,7 W.
- Elektrický výkon (HP) (zřídka používaný) = 746 W.
- 1 „lidská síla“ ≈ 0,1 hp (přibližný výkon průměrného člověka).
- V letectví se někdy používá termín „ptačí síly“ (vtipný termín pro přirovnání síly letadel).
Výkon
Skutečný kůň může být slabší i silnější než jedna „koňská síla“ – vše záleží na zátěži a čase. Tento termín je jen pohodlná konvence, vynalezená pro srovnání strojů a živých bytostí. Ve skutečnosti se „koňská síla“ stala jedním z prvních příkladů úspěšného marketingu v historii techniky. Jasně ukazuje, že někdy pro vítězství na trhu není důležitější absolutní přesnost, ale jasné a efektivní srovnání. Koneckonců i dnes, o staletí později, zvykem měříme výkon automobilů nikoli ve wattech, ale v koních – odkaz brilantního PR tahu Jamese Watta.
V dobách, kdy zákazníkům nabízeli motory o výkonu 15–30 koní, to znělo úplně jinak. Z pokorného parního stroje se náhle stala mocná náhrada za celý tým. Nápad fungoval skvěle – díky němu Watt nejen posunul své vynálezy vpřed, ale také dal světu měrnou jednotku, která se používá dodnes.
Pokud potřebujete na svém venkovském pozemku koňskou sílu, v moderním světě není nutné kupovat koně, stačí si vzít pojízdný traktor nebo kultivátor, proto doporučuji podívat se na několik relevantních a nových výběrů – 10 levných benzínových kultivátorů a 10 levných benzínových pojízdných traktorů. Doufám, že článek byl užitečný. Hodně štěstí a dobré nálady všem. Nashledanou.
