רצועת כוח

תרשים המשווה את ההספק והמומנט של שני מנועים, כאשר ביצועי המנוע המיוצג בקו המקווקו טובים יותר בשיא ההספק (power) ושל המנוע המיוצג על ידי קו רציף במומנט (torque).

רצועת הכוח של מנוע הוא טווח מהירויות הפעולה שבו ביכולת המנוע להפיק הספק קרוב להספק המקסימלי, כלומר קרוב לאנרגיה המקסימלית ליחידת זמן. טווח זה קרוב או קשור לטווח בו ניתן להגיע לתאוצה מקסימלית (לעיתים קרובות במחיר של יעילות צריכת דלק\חשמל נמוכה יותר). על מנת לקבל הגדרה חד משמעית של ערך הרצועה, מקובל להגדיר את רצועת הבוח כטווח בין סל"ד שיא המומנט (כמינימום) לסל"ד שיא ההספק (כמקסימום).

למנועים עשוי להיות טווח גדול של מהירויות פעולה, אך רצועת הכוח עשויה להיות טווח קטן בהרבה של מהירות מנוע, מחצית או אף פחות מטווח מהירויות המנוע המלא . במנועים חשמליים רצועת הכוח משתרעת על טווח רחב יותר ממנועי בערה פנימית.

רצועת הכוח מוגדרת כטווח הסל"ד סביב תפוקת הספק שיא של המנוע. רצועת הכוח של מנוע בנזין לרכב מתחילה בדרך כלל במהירויות מנוע בינוניות (בסביבות 4,000 סל"ד), בה מופק מומנט מרבי, ומסתיימת מתחת לקו האדום - ערך הסל"ד המקסימלי בו מתוכננים המנוע והרכב לפעול (בדרך כלל בין 6,200 סל"ד ל-6,800 סל"ד). מנועי דיזל במכוניות ובמשאיות קטנות עשויים לפתח מומנט מרבי מתחת ל-2,000 סל"ד ושיא הספק ב-4,000 סל"ד או בערכים נמוכים יותר.

יישומים

תמסורת מכנית עם מבחר יחסי העברה שונים נועדה לאפשר את פעולת המנוע באזור רצועת הכוח בכל טווח מהירויות הרכב. בחירת יחסי ההילוכים מתבצעת בהתאם. ככל שהרצועה צרה יותר, תידרש מערכת תמסורת הכוללת מספר הילוכים רב יותר, קרובים יותר זה לזה ביחס התמסורת, והנהג יידרש לבצע החלפות הילוכים תכופות יותר. על ידי בחירת הילוכים נכונה, ניתן להפעיל מנוע בתוך רצועת הכוח שלו בכל טווח המהירויות של הרכב. נהגי מרוצים מוכוונים לשמור בכל עת ובכל תנאי מסלול על פעולת המנוע בתוך רצועת הכוח שלו ולשם כך מבצעים פעילות החלפת הילוכים אינטנסיבית במיוחד. כך למשל, בעת מרוץ מכוניות פורמולה 1, מבצעים הנהגים כ-3000 עד 4000 החלפות הילוכים במהלך המירוץ כתלות באופי ואורך המסלול. שימוש נכון ימנע מהמנוע עבודה במהירויות נמוכות, או חריגה ממהירויות פעולה מומלצות של המנוע.

רצועת כוח צרה מפוצה לעיתים קרובות על ידי התקן פיצול כוח כגון מצמד או ממיר מומנט כדי להשיג ביעילות טווח רחב של מהירויות. תיבת הילוכים רציפה יכולה גם היא לפצות על חסרונות רצועת כוח צרה, על ידי שמירה על הפעלת המנוע במהירות אופטימלית.

מנועי בעירה פנימית

במנועי בעירה טיפוסיים המצויים בכלי רכב, המומנט נמוך במהירות סרק, מגיע לערך מרבי בין 1,500 ל-6,500 סל"ד, ואז יורד בחדות לעבר הקו האדום. מתחת לסל"ד של מומנט מרבי, הספק יניקת האוויר וכתוצאה מכך גם ערבוב האוויר והדלק אינם אידיאליים. מעל מהירות זו מספר גורמים מתחילים להגביל את המומנט, כגון הגדלת החיכוך, זמן סגירת השסתומים וזמן הבעירה, וזרימת יניקה לא מספקת. עקב הגברת הרטט והחום, תיתכן גם הגבלת סל"ד חיצונית על ידי יצרן הרכב. היות שכוח הוא מכפלת מומנט במהירות הסיבוב (בדומה לכוח המוכפל במהירות במערכת ליניארית), שיא ההספק מופק בטווח המהירות העליון שבו גם המומנט גבוה וגם הסל"ד גבוה.

במנועי טורבו, להם פוטנציאל למומנט גבוה, מערכת ויסות לחץ היניקה מגבילה לרוב את המומנט לערך אחיד על פני טווח מהירויות המנוע, על מנת להפחית את הלחץ על המנוע.

מנועי בנזין

טווח רצועת הכוח עשוי לעלות על 14,000 סל"ד באופנועים ובכמה מכוניות מרוץ, כגון מכוניות פורמולה 1. ערכים כאלו מושגים על ידי שימוש בבוכנות וטלטלים קלים ומהלכי בוכנות קצרים כדי להפחית את האינרציה, ובכך את הלחץ על חלקי הרכב. טכנולוגיה מתקדמת מונעת מצב של ציפת שסתומים . ככלל אצבע, ככל שמנוע גדל (במיוחד טווח פעימת המנוע), רצועת הכוח שלו תימצא בסל"ד נמוך יותר.

במנועים המיועדים למכוניות הנפוצות, מנוע בנזין מודרני מבוקר מחשב, בעל מערכת הזרקת דלק, מרובה שסתומים ותזמון שסתומים בר שינוי , המתודלק בדלק אייכותי יכול להשיג גמישות רבה בביצועי המנוע, ולספק מומנט אפילו במהירויות מנוע נמוכות ותפוקת הספק קבועה יחסית בין-1,500 ל-6,500 סל"ד ומאפשרת שיוט קל ותגובה סלחנית במהירות נמוכה. עם זאת, השגת הספק מרבי להאצה חזקה או מהירות כביש גבוהה עדיין תדרוש סל"ד גבוה. למרות שרצועת הכוח מכסה את רוב טווח הסל"ד, הרצועה האפקטיבית משתנה בכל הילוך, והופכת לטווח המוגבל בקצה העליון על ידי הגבלת הסל"ד של היצרן, או לנקודה הממוקמת בערך בין שיא ההספק לקו האדום שבה ההספק יורד, ובקצה התחתון על ידי מהירות הסרק של המנוע.

מנועי דיזל

למנוע דיזל אופייני רצועת כוח צרה יותר, בה המומנט מגיע לשיא בסל"ד נמוך יותר (1,500–2,000 סל"ד) ויורד בחדות עם עליית הסל"ד. ההספק מגיע לשיוא סביב 3,500–4,500 סל"ד, ויורד גם הוא במהירות מעל מהירות זו. במקרה זה, בחירה נכונה של יחסי תמסורת חיונית במיוחד לצורך ניצול מיטבי של ההספק הזמין.

מנועי דיזל גדולים – למשל, לספינות גדולות – עשויים להסתובב במאות סל"ד בלבד או אפילו במהירות נמוכה יותר, ובמהירויות סרק של 20–30 סל"ד. מנועים אלו הם בדרך כלל מנועי דיזל דו-פעימתיים. מנועים אלו נעזרים גם בהנעה חשמלית על מנת להתגבר על הקושי בפעולה בסל"ד נמוך.

מנועים חשמליים

מאפייני מנועים חשמליים משתנים מאוד עם סוג המנוע. המומנט המרבי של מנוע אוניברסלי (לשואבי אבק, מכונות קטנות, מקדחות, וסטארטרים) מתרחש בסל"ד 0. עבור מנועי אינדוקציה המחוברים למקור AC בתדר קבוע (הנפוץ ביותר ביישומים גדולים), המומנט המרבי הוא בדרך כלל ממש מתחת לסל"ד הסינכרוני, שוקע לאפס עבור סל"ד זה והופך לשלילי מעליו (מחולל אינדוקציה). בסל"ד נמוך המומנט בדרך כלל מעט נמוך יותר. ביישומים מודרניים, נעשה שימוש במנועי סינכרוניים ומנועי אינדוקציה עם בקרה אלקטרונית על התדר. במקרה זה, אלא אם יופעלו מגבלות חיצוניות, המומנט המרבי מושג בסל"ד נמוך.

לדוגמה, מנוע ה-AC שנמצא בטסלה רודסטאר (2008) מייצר מומנט מרבי כמעט קבוע מ-0 עד כ-6,000 סל"ד, בעוד שההספק המרבי מתרחש בכ-10,000 סל"ד, הרבה אחרי תחילת ירידת המומנט. הקו האדום של הרודסטר הוא 14,000 סל"ד. מנועים חשמליים אחרים עשויים לייצר מומנט מרבי לאורך כל טווח הפעולה שלהם, אם כי מהירותם המקסימלית מוגבלת לעיתים לצורך הגברת אמינותם.

טורבינות גז

טורבינות גז פועלות בסל"ד גבוה יחסית, ולהן רצועות כוח צרות.

ראו גם

• תיבת הילוכים רציפה