Motorkoppel en motorvermogen:
In de wereld van motortuning lijkt motorvermogen of het aantal pk’s heel belangrijk.
Vaak lijkt het recht van de grote getallen te gelden, echter vaak ook blijken deze grote getallen niet te kloppen en om marketing technische redenen overdreven.
Wat is nu eigenlijk motorkoppel en motorvermogen, en wat voel je er van?
Heel simpel gezegd komt het er op neer dat het motorkoppel de trekkracht van de motor is, en dat je dat voelt aan hoe hard je in je stoel gedrukt wordt, en dat het motorvermogen de trekkracht is keer het toerental (een berekende waarde dus !), deze is bepalend voor hoe hard je kunt rijden.
Motor koppel is dus de trekkracht, en motorvermogen heb je nodig voor snelheid.
In grafiekvorm ziet het er als volgt uit:
Uitleg: De onderste zwarte lijn is het vermogen in standaard uitvoering, de onderste blauwe lijn het vermogen na tuning. De bovenste zwarte lijn is het koppel in standaard uitvoering en de bovenste blauwe het koppel na tuning.
Hoe langer je de trekkracht dus vast kunt houden, hoe hoger het vermogen uit komt.
Nu lijkt het vaak dat een groot vermogen (veel pk’s dus) heel belangrijk is, maar ook hoor je vaak dat juist een groot koppel (veel Nm dus) heel belangrijk is. Beide stellingen kloppen niet volledig. Eigenlijk komt het er in de praktijk juist op neer dat het zo lang mogelijk zo hoog mogelijk vlak houden van de koppelkromme de auto het snelst maakt. Een motor met een bepaald koppel bij b.v. 3000 omw/min en een motor met hetzelfde koppel bij 6000 omw/min trekken even hard, maar de laatste heeft het dubbele vermogen !!!
In onderstaande tabel en grafiek, met willekeurige voorbeelden wordt dit duidelijk. (ook hier weer zijn de onderste lijnen het vermogen en de bovenste het koppel)
De auto met de blauwe koppel- en vermogenskromme trekt even hard als de auto met de rode, en is even snel met accelereren. Toch heeft de auto met de rode krommes veel meer vermogen.
Hieronder een iets meer realistisch voorbeeld:
|
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Opmerkingen:
- In het voorbeeld wordt met de kleine turbo (de zwarte lijn) duidelijk het minste vermogen gehaald, slechts 150 pk. Toch trekt deze auto net zo hard als de anderen. Echter dat doet ie slechts heel kort. Een voordeel is dat deze motor heel snel op gang komt en daardoor heel alert is.
- Met de grote turbo (de rode lijn) wordt duidelijk het meeste vermogen gehaald, namelijk 240 pk, dat is 90 pk meer dan met de kleine turbo, maar de trekkracht is nauwelijks meer. De motor in deze auto komt pas heel laat op gang, daardoor zal deze auto niet echt heel fijn rijden. Misschien heeft ie wel de hoogste topsnelheid, maar dat is ook weer afhankelijk van de overbrengingsverhoudingen van de versnellingsbak.
- De blauwe lijn zit er tussen in, heeft niet het meeste vermogen, en ook niet het meeste koppel. Toch zal deze set-up zonder enige twijfel het fijnste rijden, en zal de auto hiermee absoluut het snelst zijn. De trekkracht wordt namelijk het langst zo hoog mogelijk vast gehouden, het bereik van de trekkracht van de motor is hiermee het grootst. Een bijkomend voordeel is ook dat je met het vlak houden van de koppelkromme de aandrijving het minst zwaar belast.
Voor de theoretici onder ons:
Hoe creëer je meer koppel en vermogen?
In het kort samengevat: in de natuurkunde geldt deze wet: p x V = n x T
p = de druk
V = het volume
n = een constante
T = de temperatuur
Heel simpel, om meer trekkracht, en dus koppel, en uiteindelijk ook vermogen te creëren moet er meer mengsel verbrand worden. Het volume blijft natuurlijk gelijk, een 1.4 is en blijft een 1.4, meer mengsel kan dus alleen maar bereikt worden door de druk te verhogen of de temperatuur te verlagen. In theorie zou het zo zijn dat met een dubbele druk er een dubbele hoeveelheid mengsel in de motor kan. Maar in de praktijk zijn er natuurlijk ook verliezen, o.a. door wrijving en temperatuur. Let op het gaat hier om absolute druk, dus 1,5 bar overdruk is 2,5 absoluut, en als je die zou willen verdubbelen, dan praat je dus over 5 bar, oftwel 4 bar overdruk. In de praktijk kan dit natuurlijk nooit, vanwege pingelen en misfire.
Je kunt b.v. de turbodruk marginaal verhogen van 1,5 naar 1,7 bar overdruk, dit is dan een toename van (2,5 / 2,7 =) 8% mengsel, minus verliezen.
Of bij b.v. een turbodruk toename van 1,2 naar 1,7 bar dan praat je al over een theoretische winst van 23 %.
Temperatuur verlagen gaat met de absolute temperatuur Kelvin. Als je b.v. 80 ‘Celsius zou willen halveren, dan is dat dus ((80+273)/2)-273= -96,5 ‘Celsius, ook dit is duidelijk niet realistisch. Als je b.v. de temperatuur van het inlaatmengsel zou kunnen verlagen d.m.v. een hele goede intercooler van 80 naar 60 ‘C dan zou je zonder verliezen een winst kunnen halen van 6 %.
het verband tussen het motorkoppel, het motorvermogen, motortoerental en de snelheid:
Hieronder vind je dit aan de hand van wat berekeningen en een handige tabel.
De relatie tussen het motorkoppel, het motorvermogen en het motortoerental is een vast vast gegeven, voor iedere auto. Kort gezegd is het motorvermogen gelijk aan het motorkoppel keer het motortoerental keer een factor, zie berekeningen hier onder:
| P (W) = M (Nm) * n (omw/sek) * (2 * 3.14) |
| M (Nm) = P (W) / n (omw/sek) / (2 * 3.14) |
| M (Nm) = P (W) / (n (omw/min) / 60) / (2 * 3.14) |
| M (Nm) = (P (kW) * 1000) / (n (omw/min) / 60) / (2 * 3.14) |
| M (Nm) = P (kW) / n (omw/min) * 60000 / 6.28 |
| M (Nm) = P (kW) / n (omw/min) * 9554 |
| factor pk – kW = 1.36 |
| M (Nm) = P (pk) / n (omw/min) * 7030 |
Er is ook een relatie tussen het motorvermogen en de topsnelheid die gehaald kan worden, zie berekeningen hier onder. Hiervoor ben ik uitgegaan van afmetigen en gewichten e.d. van een Alfa Giulietta.
| P (W) = R totaal * v (m/s) / rendement |
| R totaal (N) = R lucht + R rol |
| R lucht (N) = 0.5 * sml * Cw * A * v2 |
| R rol (N) = m * g * Cr |
| sml = soortelijke massa lucht = 1.23 (kg/m3) |
| Cw Alfa Giulietta = 0.31 |
| A Alfa Giulietta = 2.6 m2 |
| m Alfa Giulietta = 1400 kg |
| Cr = rolweerstand coefficient = gemiddeld 0.012 |
| rendement = 78 % |
| R lucht (N) = 0.5 * 1.23 * 0.31 * 2.6 * v2 = 0.5 * v2 |
| R rol (N) = 1400 kg * 9.8 * 0.012 = 165 N |
| R totaal (N) = 0.5 v2 + 165 |
| P (W) = 0.64 * v3 + 212 * v |
Kort samengevat komt het er dus op neer dat het motorvermogen benodigd voor een bepaalde snelheid een factor is keer de snelheid tot de 3e macht plus een andere factor keer de snelheid. In onderstaande tabel wordt het duidelijker, en vooral geeft de tabel aan hoeveel extra vermogen er nodig is voor een hogere topsnelheid. Deze tabel klopt voor de meeste auto’s als indicatie.
| v (km/u) | P (pk) |
| 50 | 6 |
| 80 | 16 |
| 100 | 27 |
| 120 | 42 |
| 140 | 62 |
| 150 | 75 |
| 160 | 89 |
| 170 | 105 |
| 180 | 123 |
| 190 | 143 |
| 200 | 165 |
| 210 | 190 |
| 220 | 216 |
| 230 | 245 |
| 240 | 277 |
| 250 | 312 |
| 260 | 349 |
Wat is er redelijkerwijs mogelijk ?
In de wereld van de tuning worden vaak erg grote getallen beweerd, onder het mom van hoe groter de getallen hoe liever de klant daar heen wil. Veel vermogen en vooral heel veel koppel.
Wel jammer en vervelend voor de klant die dus veelal niet echt krijgt wat hij of zij denkt.
Ik heb vroeger altijd heel goed opgelet op de autotechnische school, en weet dus dat vermogen, koppel en daarbij behorende snelheden gewoon te berekenen zijn.
Hieronder wat feiten en berekeningen:
Voor een 1.4 motor zonder turbo is een koppel van ongeveer 120 Nm mogelijk. Met aanpassingen die de weerstand in de aan- en afvoer verminderen zoals een open in- en uitlaat, andere nokkenassen, hoog octaan benzine en daardoor vroegere ontsteking, is 10 Nm extra mogelijk. Koppel is simpelweg het vermogen X toerental / factor 7030, dus reken maar uit: 100 Nm bij 7030 omw/min = 100 pk. Met andere nokkenassen kan het toerental, waarbij het koppel hoog blijft, verhoogd worden, en dus het vermogen.
Een 1.4 is en blijft een 1.4. Als je een turbo monteert en de druk b.v. verdubbelt heb je eigenlijk een 2.8 l motor, minus verlies natuurlijk. De turbodruk is bepalend voor de hoeveelheid mengsel, en dus voor het koppel.
Het komt er, als je het uitrekent, op neer dat een 1.4 liter motor met 1,5 Bar overdruk ongeveer 270 Nm kan leveren. Ook hier geldt dat de nokkenas, de brandstof en de in- en uitlaat voor wel 20 Nm extra koppel kunnen zorgen. Als je b.v. een turbodruk hebt van 1,65 mBar overdruk, deze waarde is een redelijke grenswaarde voor b.v. een 1.4 met Abarth nokkenassen, dan heb je ongeveer 286 Nm, en ook hier kun je dus met mechanische aanpassingen voor nog wel 20 Nm extra zorgen. Verhalen van 350 Nm bij zogenaamde stage 1 tuning zou betekenen een turbo(over)druk van 2240 mBar…
Dit kan natuurlijk nooit !! *
In onderstaande tabel zie je een overzicht van hoeveel koppel hoeveel pk betekent als de turbo deze 1650 mBar overdruk kan vast houden.
Een Garrett 1446 haalt bij b.v. 6000 omw/min nog maar 1300 mBar overdruk, en een TD04 1500 mBar. Ook deze staan in de tabel.
| 2650 mBar komt overeen met 300 Nm | ||||||||
| turbo = 1650 mBar | turbo Garrett | turbo TD04 | ||||||
| n omw/min | Nm | pk | mBar | Nm | pk | mBar | Nm | pk |
| 2000 | 300 | 85 | 350 | 64 | 18 | 100 | 18 | 5 |
| 2500 | 300 | 107 | 750 | 136 | 48 | 350 | 64 | 23 |
| 3000 | 300 | 128 | 1470 | 267 | 114 | 750 | 136 | 58 |
| 3500 | 300 | 149 | 1630 | 296 | 148 | 1500 | 273 | 136 |
| 4000 | 300 | 171 | 1650 | 300 | 171 | 1600 | 300 | 171 |
| 4500 | 300 | 192 | 1600 | 291 | 186 | 1650 | 300 | 192 |
| 5000 | 300 | 213 | 1500 | 273 | 194 | 1650 | 300 | 213 |
| 5500 | 300 | 235 | 1400 | 255 | 199 | 1600 | 291 | 228 |
| 6000 | 300 | 256 | 1300 | 236 | 202 | 1500 | 273 | 233 |
| 6500 | 300 | 277 | 1200 | 218 | 202 | 1400 | 255 | 235 |
| 7000 | 300 | 299 | 1200 | 218 | 217 | |||
| 7500 | 300 | 320 | ||||||
Door mechanische aanpassingen kan max 20 Nm en pk extra gehaald worden.
Nog een interessant weetje: zoals de druk bepalend is voor het koppel, zo is het vermogen bepalend voor de hoeveelheid lucht. Het komt er op neer dat de hoeveelheid lucht in kg/uur / 2,9 is ongeveer het vermogen. Dus 600 kg/u is dik 200 pk.
* tenzij JTS of 2.0 MultiAir, die kunnen naar resp 1,75 en 2,0 Bar overdruk.