kW, KM i Nm: jak czytać dane o mocy ciężarówki

Wiersz specyfikacji ciągnika siodłowego wygląda mniej więcej tak: „390 kW / 530 KM, 2 600 Nm”. Trzy liczby, z których dwie są w istocie tą samą liczbą, a żadna nie mówi wprost, jak ciężarówka o masie 40 ton wjedzie na długi podjazd na autostradzie. Wszystkie są przydatne, ale dopiero wtedy, gdy wiadomo, co każda z nich mierzy i gdzie ją zmierzono.

Dwie z trzech liczb to ta sama liczba

Kilowaty i konie mechaniczne to ta sama wielkość wyrażona w różnych jednostkach. W UE legalną jednostką jest kilowat: dyrektywa Rady 80/181/EWG wymienia wat wśród legalnych jednostek miar jako jednostkę mocy, a wartość w każdej innej jednostce wydrukowana obok niego jest jedynie wskazaniem dodatkowym. Jednostka legalna ma przy tym dominować, a wartość dodatkowa musi być wyrażona znakami nie większymi niż ona. Formularze regulaminu EKG ONZ nr 85, czyli przepisów o homologacji w zakresie mocy silnika, zapisują maksymalną moc netto w kilowatach.

Do tego istnieją dwa różne konie mechaniczne. NIST podaje, że koń mechaniczny metryczny – w tabelach MAN-a oznaczany jako PS – to 735,4988 W, a koń mechaniczny imperialny, równy 550 ft·lbf/s, to 745,6999 W. Zatem 390 kW to 530 koni metrycznych, ale tylko 523 konie imperialne, a różnica siedmiu koni wynika wyłącznie z jednostki (obliczenia własne). Cytowani tu producenci używają konia metrycznego, niezależnie od tego, jak go nazywają. Scania podaje „560 hp (412 kW)”, Volvo „540 hp (397 kW)”, MAN „471 (640)” pod nagłówkiem „kW (PS)”, a karta danych Mercedesa Actrosa L 1845 LS z 2024 r. – „330kW (449hp)”. Każda z tych par zgadza się po przeliczeniu przez konia metrycznego, a nie imperialnego (obliczenia własne). Brytyjska karta MAN-a z maja 2022 r. nazywa ciągnik siodłowy o DMC 26 000 kg z silnikiem D38 o mocy 640 KM „TGX 26.640”; karta Actrosa L 1845 LS z 2024 r. podaje 18 000 kg technicznie dopuszczalnej masy całkowitej i 330 kW (449 KM) (zestawienie nazwy z kartą danych – nasze).

Ponieważ „koń mechaniczny” oznacza więcej niż jedną jednostkę, przy porównywaniu ciężarówek najpierw warto przeliczyć wszystko na kilowaty.

Skąd się bierze ta wartość i czego nie obejmuje moc „netto”

Moc silnika podawana w homologacji to moc netto, a jej definicja jest precyzyjna. Regulamin EKG ONZ nr 85 określa ją jako moc uzyskaną na stanowisku badawczym na końcu wału korbowego lub jego odpowiednika, z zamontowanymi urządzeniami pomocniczymi wymienionymi w załącznikach regulaminu, wyznaczoną w warunkach atmosferycznych odniesienia. W przypadku silników do pojazdów ciężkich w UE pomiar przeprowadza się zgodnie z załącznikiem XIV do rozporządzenia (UE) nr 582/2011, który stosuje sekcję 5 regulaminu EKG ONZ nr 85 z wyjątkami określonymi w tym załączniku. Brytyjska strona Volvo ze specyfikacją opisuje dane silników etykietą „Net output according to: EC 582/2011”, czyli jako moc netto według tego rozporządzenia.

Wynikają z tego dwie rzeczy. Po pierwsze, ta wartość jest zmierzona. Moc deklarowaną przez producenta do homologacji przyjmuje się, jeżeli w przypadku mocy maksymalnej nie różni się o więcej niż ± 2 proc. od mocy zmierzonej przez placówkę techniczną. Na stanowisku badawczym silnik ma zamontowane urządzenia pomocnicze potrzebne mu do pracy, natomiast wyposażenie niezbędne wyłącznie do eksploatacji pojazdu, które może być zamontowane na silniku – regulamin podaje tu jako przykłady sprężarkę powietrza układu hamulcowego i układ klimatyzacji – należy zdemontować. Jeżeli takiego wyposażenia nie da się zdemontować, moc, którą pobiera ono bez obciążenia, można wyznaczyć i dodać do zmierzonej mocy silnika. Po drugie, moc mierzy się na wale korbowym, więc układ napędowy nie odebrał jeszcze swojej części mocy.

Liczy się moment obrotowy, moc to rachunek

Moc nie jest niezależną wielkością. Rozporządzenie (UE) 2017/2400 w załączniku VI pkt 3.1.1.11 określa moc jako iloczyn prędkości obrotowej i momentu obrotowego, P = N · T, gdzie N wyraża się w rad/s, T w Nm, a P w W:

P (kW) = T (Nm) × n (obr./min) / 9549

Przeliczenie obr./min na rad/s (× 2π/60) i W na kW (/ 1000) daje właśnie 9549 (obliczenia własne). Wat to dżul na sekundę (dyrektywa 80/181/EWG).

Oznacza to, że dwie najważniejsze liczby to jedna krzywa odczytana w dwóch różnych punktach. Broszura Scanii z 2021 r. podaje dla wersji 560 13-litrowego silnika Super maksymalny moment obrotowy 2 800 Nm przy 900–1 400 obr./min i 412 kW przy 1 800 obr./min. Policzmy (obliczenia własne): przy 900 obr./min te 2 800 Nm to 264 kW. Przy 1 800 obr./min 412 kW odpowiada 2 186 Nm. Moment jest tam o ponad jedną piątą mniejszy, a moc o ponad połowę większa, bo obroty wzrosły dwukrotnie.

Producenci podają nie tylko wielkość maksymalnego momentu obrotowego, ale też obroty, przy których jest on osiągany. Scania podaje dla 13-litrowego silnika Super przedział obrotów. Mercedes podaje jedną wartość, 1 100 obr./min, dla każdej z dziesięciu wersji mocy na stronie poświęconej Actrosowi L. Komunikat prasowy Daimler Truck z kwietnia 2022 r. o trzeciej generacji silnika OM 471 opisuje rozszerzony zakres Top Torque: w wersjach 330 kW i 350 kW ze skrzynią biegów G281 „na biegach od 7 do 12 w programie «A Standard» na wale korbowym dostępne jest 200 Nm momentu obrotowego”. Jako przykłady sytuacji, w których to pomaga, komunikat podaje wjazdy na autostradę i wyprzedzanie.

Prędkość znamionowa

Prędkość znamionowa to prędkość obrotowa silnika podawana obok mocy maksymalnej – formularz regulaminu EKG ONZ nr 85 wymaga podania maksymalnej mocy netto w kW wraz z prędkością obrotową w min⁻¹ – i różni się w zależności od producenta. Karta informacyjna DAF-a MY2025 dla silnika PACCAR MX-13, jednego z silników modelu DAF XG+, podaje 1 600 obr./min dla wersji 315 i 355 kW oraz 1 675 obr./min dla wersji 390 kW. Broszura Scanii podaje 1 800 obr./min dla wszystkich czterech wersji 13-litrowego silnika Super. Brytyjska karta MAN-a z maja 2022 r. dla ciągnika TGX D38 6×4 podaje 1 800 obr./min dla wersji 540, 580 i 640 KM. Brytyjska strona Volvo ze specyfikacją podaje natomiast przedział: moc maksymalną przy 1 458–1 700 obr./min dla silnika D13 o mocy 540 KM. Zgodnie z powyższym wzorem ta sama moc przy niższej prędkości obrotowej oznacza większy moment (obliczenia własne).

Lżejsze z przytoczonych tu ciężarówek mają wyższe obroty znamionowe. Brytyjska karta MAN-a z maja 2022 r. dla 12-tonowego MAN TGL podaje dla silników D0834 prędkość znamionową 2 300 obr./min; karta danych MAN TGM i TGL opisuje D0834 jako czterocylindrowy silnik rzędowy. Strona Mercedesa poświęcona pojazdom dystrybucyjnym podaje dla wszystkich siedmiu wersji mocy Atego 2 200 obr./min – tak samo dla silników czterocylindrowych, jak i sześciocylindrowych – z maksymalnym momentem obrotowym przy 1 200–1 600 obr./min.

Scania przedstawia moment obrotowy dostępny przy niskich obrotach jako sposób na oszczędzanie paliwa. Jej broszura o silnikach Super nazywa silnik „kolejnym krokiem w naszej filozofii niskich obrotów”. Według niej silnik osiąga maksymalny moment obrotowy przy niższych obrotach, „co zapewnia optymalną efektywność paliwową”. To deklaracja producenta.

Dolna granica w przepisach: 5 kW na tonę

Przepisy wyznaczają minimum. Rozporządzenie wykonawcze Komisji (UE) 2021/535, załącznik XIII część 2 sekcja D, dotyczy pojazdów kategorii N2 i N3. Zgodnie z nim pojazdy te „muszą zapewniać moc silnika co najmniej 5 kW na tonę maksymalnej masy całkowitej zespołu pojazdów”. Przy masie zespołu 40 ton daje to 200 kW, a przy 44 tonach – 220 kW (obliczenia własne). Ciągnik balastowy lub ciągnik siodłowy przeznaczony do przewozu ładunków niepodzielnych potrzebuje „co najmniej 2 kW na tonę”. Żadna z tych wartości nie dotyczy jazdy w trybie wyłącznie elektrycznym w hybrydowych pojazdach elektrycznych. Ta sama sekcja wymaga, aby pojazdy przeznaczone do ciągnięcia przyczep, obciążone do maksymalnej masy całkowitej zespołu, były „w stanie ruszyć pięciokrotnie w ciągu pięciu minut pod wzniesienie o nachyleniu co najmniej 12 %”.

Te same 5 i 2 kW na tonę przewidywało rozporządzenie (UE) nr 1230/2012, dopóki rozporządzenie (UE) 2019/2144 nie uchyliło go ze skutkiem od 6 lipca 2022 r. Od tego dnia wymóg ten znajduje się w załączniku do rozporządzenia 2021/535.

Najniższa wersja mocy na stronie MAN-a ze specyfikacją TGX, 9,0-litrowy silnik D15 o mocy 243 kW, przekracza minimum 200 kW dla 40 ton. Na szczycie przytoczonych tu gam 16-litrowy silnik V8 w Scanii serii S osiąga 566 kW. D38 MAN-a dochodzi do 471 kW, a OM 473 Mercedesa w Actrosie L – do 460 kW przy 3 000 Nm.

Czego nie powie moc silnika

Nie powie, ile ciężarówka spala. Rozporządzenie (UE) 2017/2400 ma zastosowanie do średnich samochodów ciężarowych, ciężkich samochodów ciężarowych i ciężkich autobusów, a nie do pojazdów terenowych ani pojazdów specjalnego przeznaczenia. Zgodnie z nim producent pojazdu „określa poziom emisji CO2 i zużycia paliwa w przypadku każdego nowego pojazdu”, który „ma zostać sprzedany, zarejestrowany lub wprowadzony do użytku w Unii”, z wyjątkami dla niektórych technologii stosowanych w pojazdach. Robi to za pomocą narzędzia symulacyjnego VECTO Komisji Europejskiej. Dane wejściowe tego narzędzia obejmują m.in. silniki, skrzynie biegów, osie, opór powietrza i opony. Obowiązek ten stosuje się od 1 stycznia 2019 r.; najpierw objął on pojazdy z grup 4, 5, 9 i 10 wyprodukowane od tej daty: samochody ciężarowe i ciągniki 4×2 o masie powyżej 16 ton oraz samochody ciężarowe i ciągniki 6×2. Wynik dotyczy pojazdu w danej specyfikacji, a nie samego silnika.

Moc silnika nie powie też, na jakim wzniesieniu ciężarówka ruszy przy danej masie całkowitej. MAN UK podaje to dla każdego układu napędowego: karta ciągnika D38 6×4 z maja 2022 r. podaje dla masy „44000 kg” zdolność ruszania na wzniesieniu („Starting Grade”) na poziomie „33%+” dla każdego silnika z jego skrzynią biegów i mostem napędowym o przełożeniu 3,08:1. Jeśli wzniesienie jest powodem, dla którego dobiera się specyfikację ciężarówki, trzeba zapytać właśnie o tę wartość zdolności ruszania dla konkretnego układu napędowego.

Kalkulatory kW na KM i Nm na kgm i lb-ft przeliczają jednostki, w których producenci podają moc i moment obrotowy.