Door Peter Aansorgh©copyright Peter Aansorgh Producties
De ene motorfabrikant schept op over het topvermogen, de andere praat alleen over het koppel. Toch zijn beide belangrijk om het karakter van een motor te beschrijven. Maar hoe werkt dat nou…?
Paardenkrachten spreken tot de verbeelding. Een paard is groot en sterk, heb je 100 pk, heb je de kracht van 100 van die beesten! Da’s pas veel kracht… Of niet? Nou, nee, want de naam paardenkracht zet je op het verkeerde been. James Watt heeft de pk bedacht, in 1770, als het vermogen van een trekpaard om 150 kilogram in een minuut 30 meter op te hijsen. Het gaat dus niet alleen om de kracht, maar ook om die kracht nog bij een bepaalde snelheid te kunnen ontwikkelen. Tegenwoordig rekenen we overigens niet meer in pk, maar in kilo-Watt. 1 pk = 1,36 kW.
Kracht en snelheid
Stel, je duwt je kind op een fietsje vooruit. Dat kind wil alsmaar harder en dat betekent dat je er achteraan moet rennen. Er komt een punt dat je niet meer sneller kunt rennen en dus niet meer kunt duwen. Je hebt je maximum vermogen bereikt. Zo kunt je je voorstellen dat “de sterkste man ter wereld”, Zydrunas Savickas, sterk genoeg is om een vrachtwagen weg te trekken, maar dat hij helemaal niet hard kan lopen. Veel kracht, toch weinig vermogen. Usain Bolt is de snelste man ter wereld. Hij zou de vrachtwagen niet van zijn plek krijgen, maar kan het kinderfietsje razendsnel vooruit duwen. Hij heeft dus minder kracht, maar toch veel vermogen. Of beter, hij kan bij een hogere snelheid nog kracht uitoefenen, waar Zydrunas dat niet meer kan. Het vermogen wordt dus niet alleen bepaald door de kracht, maar ook door de snelheid. Of beter, vermogen = kracht x snelheid.
Koppel
Een verbrandingsmotor duwt niet, die draait. Hij levert dus een soort “draaikracht” Dat is gemakkelijk te snappen als je naar een vastzittende bout kijkt. Als je die los wilt draaien heb je niets aan een kracht alleen. Je hebt een hefboom nodig, waarmee je de kracht in een draaiende beweging omzet. De bout is dan het scharnierpunt. Zit de bout erg vast, dan heb je een grote hefboom nodig, bijvoorbeeld een lange ringsleutel. Hoe langer de hefboom, hoe groter de “draaikracht”, ook wel “moment” genoemd. Het moment M is de kracht x de lengte van de hefboom (M = F x l). Trek ik met een kracht van 100 Newton (het gewicht van 10 kg) aan een hefboom van een meter, dan heb ik een moment van 100 Newton-meter (Nm). Dat noemen we ook wel een koppel van 100 Nm. Waarom? Stel dat je de bout niet losdraait met een ringsleutel, maar met een kruissleutel. Dan oefen je niet één, maar twee krachten uit, elk op de helft van de hefboom. En net als wanneer je een jongen en een meisje, die verkering hebben, een koppeltje noemt, noemen we de twee krachten ook een koppeltje. Het draaimoment van dit koppeltje is nu 2 x F x ½ l. En omdat twee keer een half één is, is dat ook F x l. Het motorkoppel is dus een maat voor de draaikracht van de motor.
Het verband
Vermogen = kracht x snelheid. Dat geldt ook voor een motorfietsmotor: het vermogen is afhankelijk van het motorkoppel en de draaisnelheid, het toerental. In formule: P = M x n/9554,14 (toerental n in tpm). Een motor die half zoveel koppel heeft, maar tweemaal zoveel toeren draait, kan dus hetzelfde vermogen leveren. Die motor zal, als hij aan dezelfde versnellingsbak wordt gekoppeld, veel minder goed uit de startblokken komen omdat hij minder aandrijfkoppel heeft. Als je de overbrengingsverhouding in die versnellingsbak echter aanpast, verandert dat. Een grotere overbrenging – in feite een grotere hefboom – zorgt dat het koppel vergroot wordt, maar dat de motor wel meer toeren moet draaien bij dezelfde snelheid. Dat betekent wel dat de minder “sterke” motor bij de juiste overbrenging ondanks een lager motorkoppel even hard kan accelereren, omdat hij hetzelfde vermogen levert!
Topsnelheid
Hangt de topsnelheid van een motor af van het maximum koppel of van het maximum vermogen? Het laatste dus. De transmissie wordt zo uitgerekend dat de motor het toerental van het maximum vermogen draait bij die snelheid, waarbij het vermogen dat nodig is om lucht- en rolweerstand te overwinnen gelijk is aan het maximum vermogen. Maar de motor is bij maximum koppel toch sterker? Klopt, maar als je dezelfde snelheid wilt halen met het toerental van het maximum koppel, is er een langere overbrenging nodig. Dat verkleint het koppel naar het achterwiel en zal dus uiteindelijk toch tot een lagere aandrijfkracht zorgen. Dit zie je vaak als de hoogste versnelling als “overdrive” is bedoeld, om door een lager toerental brandstof te sparen. Dergelijke motoren halen hun topsnelheid in de een-na hoogste versnelling.
Meer koppel, meer trekkracht?
Een leuk voorbeeld van de koppel-vermogensdiscussie zie je in de autowereld: diesels zouden vanwege het hogere koppel betere caravantrekkers zijn. Maar is dat zo? Een 2007-model BMW 320i benzine levert 210 Nm@4.250 tpm, de BMW 320D dieselmotor haalt 350 Nm@1.750-3.000 tpm. Dat is 166% sterker! Maar het vermogen is praktisch gelijk: 125 kW (170 pk)@6.700 tpm voor de benzineversie en 130 kW (177 pk)@4.000 tpm voor de diesel. Beide auto’s hebben dan ook bijna dezelfde topsnelheid: 228 km/uur voor de benzineversie en 230 km/uur bij de diesel, ondanks het lagere toerental waarbij het maximum vermogen wordt geleverd. Daar zie je al aan dat de diesel in de zesde versnelling een overbrengingsverhouding moet hebben die ongeveer 1/3 langer is dan die van de benzineversie. En dat klopt, bij de benzineversie is dat 2,93, bij de diesel is dat 2,12, een verschil van 38%. Dat betekent dat het motorkoppel onderweg naar de achterwielen in verhouding ook met een factor 38% verkleind wordt! Met in acht neming van de bandstraal is de maximum aandrijfkracht 2003 N om 2417 N. De diesel is in dit geval dus slechts 20% sterker en geen 166%. Koppel zegt dus lang niet alles.
Donatie
Vond u dit een goed artikel? Dan zou ik het op prijs stellen als u me op een kop koffie trakteert! U kunt een kleine bijdrage storten via de “donatie” knop in de menubalk. Bij voorbaat dank!
