Πολλές φορές παρατηρείται σύγχυση γύρω από τον συσχετισμό των μεγεθών ροπή και ιπποδύναμη. Στην ουσία πρόκειται για δύο αλληλένδετα μεγέθη, τα οποία συνδέονται μέσω του ρυθμού περιστροφής (rpm)
Η ροπή είναι αυτή που επιταχύνει το αυτοκίνητο. Η εξάρτηση της ροπής από τις στροφές μας δίνει και την εξάρτηση της επιτάχυνσης από τις στροφές. Η ροπή είναι αυτή που μεταφράζεται σε δύναμη στο πέλμα του ελαστικού του αυτοκινήτου, βάσει του παρακάτω σχεδίου. Η δύναμη αυτή αποτελεί την αντίδραση του ελαστικού στην εφαρμοζόμενη ροπή. Με την έννοια πέλμα εννοούμε την περιοχή του ελαστικού που πατάει στο έδαφος.
Παρένθεση - Λίγα λόγια για το σχήμα
Στο πέλμα του ελαστικού έχουμε θεωρητικά μηδενικη ταχύτητα κύλισης. Στην πράξη το πέλμα καταλαμβάνει μια ολόκληρη περιοχή (αφού πρόκειται για παραμορφώσιμο σώμα), οπότε έχουμε κύλιση και ολίσθηση μαζί. Οι τριβές κύλισης προέρχονται από την ολίσθηση, καθώς και από την ελαστική υστέρηση του υλικού. Η τελευταία είναι φυσική ιδιότητα όλων των υλικών και κάνει την εμφάνισή της κατά την διάρκεια της κύλισης.
Ο τροχός περιστρέφεται γύρω από το σημείο αυτό (και όχι γύρω από το κέντρο του), το οποίο βέβαια συνεχώς μετακινείται μαζί με τον τροχό (φανταστείτε το σαν συνεχή στιγμιότυπα). Πολύ ροπή συνεπάγεται και υψηλή δύναμη αντίδρασης στο σημείο κύλισης (για την ίδια ακτίνα τροχού), οπότε αν ξεπεραστεί η μέγιστη δύναμη που μπορεί να καταβάλει το ελαστικό, έχουμε σπινιάρισμα. Η μέγιστη δύναμη που μπορεί να παράξει το ελαστικό εξαρτάται από τον συντελεστή τριβής, την θερμοκρασία, την κάθετα εφαρμοζόμενη δύναμη (βάρος) και άλλους παράγοντες. Βέβαια έχουμε και εξαρτήσεις μεταξύ αυτών των παραγόντων (π.χ. συνελεστή τριβής και βάρους που εφαρμόζεται στο ελαστικό).
Αυτό συμβαίνει πιο έντονα στην στροφή πάνω, όπου μαζί με την διαμήκη δύναμη ασκείται και μια εγκάρσια δύναμη αντίδρασης (λόγω στροφής), οπότε αθροιζόμενες αυτές οι δύο δυνάμεις (διανυσματικά) δίνουν μια ακόμη μεγαλύτερη συνισταμένη δύναμη.
Τέλος παρένθεσης
Αυτή η δύναμη αντίδρασης (Force) λοιπόν, καλείται να ξεπεράσει όλες τις αντιστάσεις του οχήματος (τριβές κύλισης, αεροδυναμική αντίσταση, κλίση δρόμου) και ό,τι περισσέψει απ' αυτή να διοχετευθεί στην επιτάχυνσή του. Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα του οχήματος, τόσο η επιτάχυνση θα μειώνεται για την ίδια δύναμη. Η γνώση της ροπής από μόνη της (χωρίς να γνωρίζουμε και την εξάρτησή της από τις στροφές) δεν μας παρέχει επαρκή πληροφόρηση. Πρέπει να γνωρίζουμε πότε (σε ποιο ρυθμό περιστροφής του κινητήρα δηλαδή, ή του τροχού, εφόσον συνδέονται αυτά τα δύο) μας παρέχεται αυτή. Ο συνδυασμός αυτών των δύο μας οδηγεί στην ιπποδύναμη. Απλοϊκά θα μπορούσαμε να πούμε ότι η ροπή μας λέει πόσο θα επιταχύνουμε και η ιπποδύναμη πότε (σε ποια ταχύτητα κίνησης του αυτοκινήτου ή σε ποιες στροφές) θα έχουμε την επιτάχυνση αυτή.
Εξάλλου η σχέση, που δίνει την στιγμιαία ισχύ, ισούται με το γινόμενο της ροπής που παράγεται εκείνη την στιγμή επί το ρυθμό περιστροφής της στιγμής εκείνης, δηλαδή P = T*ω. Τ είναι η ροπή (π.χ. σε Νm), ω ο ρυθμός περιστροφής (π.χ. σε rpm). Μια αριθμητική εφαρμογή του τύπου αυτού είναι η εξής : Αν η ροπή, που βγάζει ένας κινητήρας, στις 6000 rpm (π.χ. όριο στροφών) είναι 150 Nm, ποια είναι η ισχύς του; (αφού οι 6000 rpm είναι το όριο στροφών, μιλάμε για την ισχύ στον “κόφτη”). Για να βρούμε την ισχύ σε W (και από ‘κει σε HP), πρέπει να μετατρέψουμε τα rpm σε rad/sec (η μονάδα μέτρησης της ροπής είναι εντάξει), αφού το Watt ορίζεται ως Nm/s. Είναι λοιπόν : P = 150*628,318 = 94247,7 W = 128 HP.
Αν το αυτοκίνητο με 4η και 6000 rpm έχει ταχύτητα κίνησης ίση με π.χ. 180km/h και αντιστάσεις, που για να υπερνικηθούν απαιτούνται 11 Nm (από τον κινητήρα), τότε για να έχει αυτό σταθερή ταχύτητα, θα πρέπει να κινείται με τέτοιο ποσοστό ανοίγματος του γκαζιού (φορτίο) ώστε να αποδίδει σε ‘κείνες τις στροφές 11 Nm και όχι 15 Nm (π.χ. 70% φορτίο). Αν σανιδώσουμε το γκάζι και έτσι πάρουμε τα 15 Nm, τότε περισσεύουν 4 Nm. Αυτά τα 4 Nm προκαλούν την επιτάχυνση. Τα Nm, που αναφέρονται εδώ, αφορούν τον κινητήρα. Για να φτάσουμε στους τροχούς περνάμε από το σαζμάν – διαφορικό, οπότε έχουμε πολλαπλασιασμούς των παραπάνω μεγεθών. Π.χ. αν η 4η έχει συντελεστή π.χ. 1,213 και το διαφορικό π.χ. 3,333, τα 11 Nm, μέχρι να φτάσουν στον τροχό, γίνονται 11*1,213*3,333 = 44,472 Nm. Αν συμπεριληφθούν και οι απώλειες, αφαιρούμε π.χ. 4,5 Nm, άρα έχουμε 44,472 – 4,5 = 39,97 Nm. Οι στροφές με την σειρά τους διαιρούνται με (1,213*3,333).
Ένα παράδειγμα για την καλύτερη κατανόηση : Έχουμε δύο αυτοκίνητα ολόϊδια, αλλά το ένα έχει παραπάνω ισχύ γενικώς. Επιπρόσθετα έχουν και ίδιο σαζμάν. Και τα δύο κινούνται δίπλα δίπλα στον ίδιο δρόμο με 5η και 140 km/h ας πούμε. Άρα έχουμε ίδιες στροφές και στους δύο κινητήρες. Το αυτοκίνητο με την λιγότερη ισχύ θα κινειται με ένα φορτίο π.χ. 60% και το άλλο με φορτίο 40% (αφού έχει παραπάνω ισχύ). Την στιγμή που θα τα σανιδώσουν ταυτόχρονα (φορτίο 100%) και τα δύο αυτοκίνητα, το αυτοκίνητο με την παραπάνω ισχύ θα βγάλει σε εκείνες τις στροφές παραπάνω ροπή, οπότε θα επιταχύνει πιο έντονα, άρα θα πεταχθεί μπροστά. Η διαφορά θα αυξάνει για όσο διάστημα ο ένας κινητήρας θα έχει παραπάνω ροπή για τις εκάστοτε στροφές λειτουργίας (αφού με την επιτάχυνση οι στροφές του κινητήρα συνεχώς ανεβαίνουν). Ο εκάστοτε ρυθμός αύξησης της διαφοράς μεταξύ των δύο αυτοκινήτων εξαρτάται από την εκάστοτε διαφορά ροπής.
Στην πράξη βέβαια τα πράγματα περιπλέκονται περισσότερο, αφού μιλάμε για διαφορετικά αυτοκίνητα (άρα άλλες αντιστάσεις έχει το καθένα) με διαφορετικά σαζμάν (άλλη κλιμάκωση). Η ροπή, έτσι όπως εξάγεται από τον κινητήρα, εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως από την εκάστοτε ποσότητα του μείγματος, (η οποία με την σειρά τις εξαρτάται από τους αυλούς, τους εκκεντροφόρους κ.α.), από τις θερμικές απώλειες του κινητήρα, από τις μηχανικές τριβές του κ.α.
Αυτή η ροπή λοιπόν είναι μια ροπή στρέψης που φτάνει με τα πολλά στο βολάν. Στην συνέχεια περνάει μέσα από την συμπλέκτη (που δεν υπάρχουν απώλειες για μη πατημένο συμπλέκτη) και κατόπιν στο σαζμάν. Εκεί πολλαπλασιάζεται (με ανάλογη διαίρεση στις στροφές, αφού δεν μπορούμε να παράξουμε ισχύ από το πουθενά) και λόγω σχέσης μετάδοσης και λόγω διαφορικού. Αν έχουμε 3:1 στην σχέση μετάδοσης (π.χ. 2α) και 4:1 στο διαφορικό (π.χ.), η ροπή στρέψης πολλαπλασιάζεται επί 12 και οι στροφές διαιρούνται δια 12 (ώστε η ισχύς να παραμείνει σταθερή). Αν αφαιρεθεί και ένα π.χ. 8,333% από τις απώλειες των γραναζιών, μπορούμε να πούμε ότι έχουμε στροφές διά 12 και ροπή επί 11 (το 1/12 το χάσαμε).
Θεωρώντας ότι στους μπιλιαδόρους - τουλίπες (δηλαδή στα ημιαξόνια) δεν έχουμε απώλειες, αυτή η ροπή στρέψης (η επί 11 του κινητήρα δηλαδή) είναι αυτή που φαίνεται στο παραπάνω σχήμα (Torque). Αυτή η ροπή λοιπόν αναλύεται στην δύναμη επί την απόσταση (ακτίνα τροχού). Η δύναμη αυτή είναι η αντίδραση του ελαστικού.
