Pk of koppel? Trekkracht vertelt pas hoe hard een auto accelereert

[snoep]

De rollenbank vertelt wat de motor maakt, de gearing bepaalt hoeveel trekkracht daarvan ontstaat en de banden hoeveel je daarvan kunt gebruiken. Dat is de korte versie. Hieronder de lange.

Op autofora gaat het vaak over twee cijfers: pk en Nm. De ene motor heeft 700 Nm, de andere 600, dus de eerste zou harder trekken. Of andersom: koppel is voor acceleratie, pk voor topsnelheid. Allebei te simpel, want uiteindelijk accelereert een auto door kracht aan de wielen.

Dit artikel van OnPoint Dyno bracht me op het spoor:
Understanding Torque and Horsepower – Let’s Try This Again with Tractive Force

Van motorkoppel naar trekkracht

600 Nm aan de krukas komt niet rechtstreeks bij de banden terecht, maar gaat eerst door de versnellingsbak en de eindoverbrenging.

Trekkracht = motorkoppel × bakverhouding × eindoverbrenging × aandrijfrendement ÷ bandenstraal

Reken mee. Een eerste versnelling van ongeveer 4,8 met een eindoverbrenging van 3,15 geeft samen een overbrenging van ruim 15:1. 400 Nm aan de krukas wordt dan vóór aandrijfverliezen ongeveer 6.000 Nm aan de aangedreven as; in een hoge versnelling is die vermenigvuldiging veel kleiner. Dezelfde 400 Nm kan dus afhankelijk van de gekozen versnelling een totaal andere kracht aan de banden opleveren.

Daarom kan een motor die 500 Nm levert in derde meer trekkracht produceren dan dezelfde motor met 650 Nm in vijfde. Twee auto's vergelijken op hun piekkoppel zegt dus weinig zolang je niet weet bij welk toerental en in welke versnelling dat koppel wordt gebruikt.

Waarom vermogen dan wel telt

Vermogen is koppel × toerental. De versnellingsbak kan koppel vermenigvuldigen, maar daar staat tegenover dat het wiel langzamer draait ten opzichte van de motor. Stel dat je bij 80 km/h in vijfde precies op piekkoppel zit. Maximale acceleratie? Niet noodzakelijk. In vierde draait de motor hoger en levert hij misschien minder Nm, maar de kortere overbrenging vermenigvuldigt dat koppel sterker. Is de trekkracht in vierde groter, dan accelereert de auto harder — ondanks het lagere motorkoppel.

Hier komt vermogen terug in het verhaal. Bij een gegeven rijsnelheid geldt in essentie:

trekkracht = vermogen aan de wielen ÷ snelheid

Bij dezelfde snelheid betekent meer vermogen aan de wielen dus ook meer beschikbare trekkracht. Veel motorkoppel vertelt vooral hoeveel trekkracht je in een bepaalde versnelling bij een bepaald toerental hebt. Vermogen vertelt veel beter hoeveel trekkracht de motor bij een gegeven rijsnelheid via de juiste versnelling kan blijven produceren. Hoe hard de auto daarmee daadwerkelijk versnelt hangt daarnaast af van onder andere massa en rijweerstand.

Wat betekent dat voor 'koppel onderin'?

Een concreet voorbeeld uit een trekkrachtmodel van een biturbo-V8: standaard 560 pk tegenover 785 pk getuned. Bij 2.000 tpm levert de standaardmotor 680 Nm en de getunede ongeveer 420 Nm. De standaardmotor heeft daar dus 62% meer koppel; rond 2.300 tpm is dat verschil verdwenen.

Bij 120 km/h levert de getunede auto in het model 2,02 kN in zevende en 12,58 kN in derde. Zodra de bak terugschakelt, verdwijnt het voordeel van het hogere laagtoerige motorkoppel. In de versnelling die op dat moment de meeste trekkracht levert is er boven ongeveer 20 km/h geen snelheid waar de standaardmotor harder trekt.

Wat je met minder koppel onderin verliest is dus niet maximale acceleratie, maar directheid. Rustig gas geven in zevende zonder kickdown en de koppelrijke motor reageert eerder; de sterkere motor moet eerst terugschakelen en op toeren komen. Dat kan heel anders aanvoelen, terwijl de auto bij volgas uiteindelijk juist veel harder accelereert.

Trekkracht vertelt ook wanneer je moet schakelen

Je schakelt niet automatisch bij piekkoppel en ook niet per definitie precies bij piekvermogen. Het optimale schakelpunt ligt waar de trekkracht in de volgende versnelling groter wordt dan wat je in de huidige versnelling nog overhoudt. Op een trekkrachtgrafiek zie je dat waar de lijnen van twee opeenvolgende versnellingen elkaar kruisen. Houdt een motor bovenin veel vermogen vast, dan kan ver doortrekken lonen; valt het vermogen snel weg, dan kan eerder opschakelen sneller zijn.

Een vlakke koppelkromme is niet automatisch ideaal

Een vlakke koppelkromme wordt vaak als ideaal gezien. Voor dagelijks rijden kan dat prettig zijn, omdat de motor voorspelbaar reageert over een breed toerentalgebied. Voor maximale acceleratie is vooral interessant hoeveel gemiddeld vermogen beschikbaar blijft over het toerentalgebied tussen twee schakelmomenten.

Een vlakke koppelkromme is op zichzelf dus niet goed of slecht. Het punt van OnPoint is dat de vorm van de koppelkromme niet doorslaggevend is voor maximale acceleratie; belangrijker is hoeveel vermogen — en daarmee trekkracht — beschikbaar blijft in het toerentalgebied dat je daadwerkelijk gebruikt.

OnPoint gebruikt daarvoor een extreem voorbeeld met een volledig vlakke koppelkromme. Omdat het koppel gelijk blijft terwijl het toerental stijgt, blijft het vermogen tot aan de begrenzer oplopen. Na opschakelen kan het beschikbare vermogen daardoor fors terugvallen: in hun voorbeeld van 286 naar 190 pk, met een overeenkomstige sterke daling van de trekkracht aan de as.

En dan de banden

Alles hierboven gaat over aangeboden trekkracht. De banden bepalen hoeveel daarvan daadwerkelijk bruikbaar is. Ruwweg:

maximale bruikbare kracht = grip × belasting op de aangedreven as

De getunede auto uit het voorbeeld kan in eerste versnelling theoretisch ongeveer 40 kN trekkracht aanbieden. In het gebruikte model ligt het effectieve gripplafond rond 15,8 kN; alles daarboven levert geen extra voorwaartse kracht op.

Het gevolg is contra-intuïtief: onder ongeveer 60 km/h accelereren de standaard- en de getunede auto in dat model identiek. Niet vergelijkbaar — identiek. Beide zitten tegen hetzelfde gripplafond. Ruim 200 pk verschil is daar acht honderdsten van een seconde naar 100 km/h waard.

Boven ongeveer 120 km/h, waar grip nauwelijks meer de beperking vormt, loopt het juist hard uit elkaar: ongeveer 46% meer acceleratie bij 150 km/h, 59% bij 200 km/h en 2,70 seconden verschil over 100–200 km/h. Daarom kan een standaardauto op drag radials sneller naar 100 km/h zijn dan een veel sterkere auto op straatbanden — terwijl diezelfde extra grip over 100–200 km/h vrijwel niets doet.

Samengevat

Motorkoppel vertelt wat de motor aan de krukas doet. Vermogen vertelt hoe snel de motor bij dat toerental arbeid kan leveren. Gearing vertaalt het motorkoppel naar trekkracht aan de banden. Grip begrenst hoeveel daarvan bruikbaar is, rijweerstand haalt daar kracht vanaf en de massa bepaalt hoeveel acceleratie overblijft.

Onderin kan grip de beperkende factor zijn; naarmate de snelheid stijgt, wordt steeds belangrijker hoeveel vermogen de motor nog kan leveren.

Een piek van 700 Nm of 700 pk is leuk voor de specificatielijst. Voor de vraag hoe hard een auto werkelijk accelereert is de trekkracht over het hele snelheidsbereik veel relevanter.

[760i]

Kijk! Dit is een waardevolle uitleg. In de basis wist ik het wel, maar dit legt ook de details uit. Bedankt voor het delen!