Koppel of vermogen?

Koppel, vermogen en toerentallen - wat moet een caravanner ermee?

De vergelijking

We vergelijken twee trekkrachtrapporten van de Ford Focus met als doel de verschillen te achterhalen in trekkrachteigenschappen tussen een 1.8 16v benzine en een 1.8 TDDI turbodiesel. De specifieke massa's van auto en aanhanger zijn bij beide modellen identiek 'gemaakt'.

Technische gegevens Ford Focus
Focus 1.8 16V (benzine)	Focus 1.8 TDDI (turbodiesel)

De turbodiesel heeft dus 21% minder vermogen en 27% meer koppel zo beloven ons de folders. Bij het trekken van een identieke caravan levert het trekkrachtrapport de volgende verkorte conclusie op:

De turbodiesel trekt beter weg op steile hellingen en eenmaal rijdend zijn steile hellingen zelfs koren op zijn molen. Op de vlakke weg is het in de vierde en vijfde versnelling ook beter toeren (Topsnelheid in IV 110 km/u). De hoogste topsnelheden haalt echter de benzine (122 km/u in de III) en zelfs op een autobaanhelling van 5% is de benzine uitvoering 8 km/u sneller. Daarin zitten 'm nu net de verschillen.

Topsnelheden met een identieke caravan
Focus 1.8 16V (benzine)	Focus 1.8 TDDI (turbodiesel)

Vergelijken we de prestaties solo dan is de topsnelheid van de benzine uitvoering ook hoger, ca. 196 versus 180 km/u, en ook de acceleratie verloopt vooral boven de 80 km/u sneller dan bij de TDDI. Het hogere vermogen van de 1.8 16v pakt op dat vlak dus beter uit dan het hogere koppel van de 1.8 TDDI.

Acceleratie zonder en met caravan Ford Focus 1.8 16V (benzine)

Acceleratie zonder en met caravan Ford Focus 1.8 TDDI (turbodiesel)

Om deze conclusies beter te begrijpen is een 'beetje' uitleg wel op zijn plaats.

De begrippen

Draaimoment (veel beter woord dan koppel) is de kracht van de motor die de krukas doet ronddraaien en bestaat uit twee factoren: kracht en lastarm. Je kunt een moer losdraaien met veel kracht of een langere sleutel nemen. Hefboomwerking dus. Draaimoment drukken we uit in Nm (Newtonmeter). Kracht in N (Newton). Beide begrippen worden vaak door elkaar gebruikt. In onze berekeningen herleiden we alles terug naar Newtons. Kracht aan de wielen.

Vermogen is de hoeveelheid werk die een kracht in een bepaalde tijd verricht en wordt uitgedrukt in W (Watt of kW kilowatt - 1 kW is 1,36 pk). Een motor die de krukas met een bepaalde kracht ronddraait levert ook een bepaald vermogen. Bij meer toeren levert de motor - bij dezelfde kracht - dus meer vermogen.

Draaimoment aan de wielen

Waar het dus om gaat is draaimoment, maar niet het door de fabriek opgegeven koppel aan de krukas, maar het draaimoment aan de aangedreven wielen. En tussen krukas en wielen zit een versnellingsbak die de kracht verandert. Oh jee, we moeten dus gaan rekenen. Om ons dat te besparen geven autofabrikanten het vermogen op (en het toerental) en dat zegt indirect wel iets over het draaimoment aan de wielen. Auto's met veel vermogen kunnen veel draaimoment aan de wielen leveren, ongeacht het draaimoment (koppel) van hun motor! Zie de absolute topsnelheid van de Focus benzine.... die kan namelijk meer toeren draaien per minuut. Hij krijgt daardoor automatisch een hoger vermogen.

Vergelijk ook een formule-1 motor. Hoog koppel? Nee.., wel veel vermogen dankzij enorm hoge toerentallen (18.000 is geen uitzondering). Door die enorme toerentallen realiseert de motor via de versnellingsbak toch veel kracht op het asfalt. Newtons dus. Constructeurs zijn dan ook altijd op zoek naar nog meer toeren, dan neemt vanzelf het vermogen toe. Maar het moet wel heel blijven... Om nu te stellen dat een formule-1 bolide dus een goede caravantrekker is gaat echter wat ver. Ja, als je hem eerst aansleept....

Van belang is ook de karakteristiek van de motor. Levert hij z'n kracht gelijkmatig af (vlakke koppelkromme) of is het een racy-type in het voordeel solo op Duitse autobanen - alleen maar hoge toeren - en in het nadeel op bochtige bergwegen. Een Subaru WRX turbo zal een Ferrari best partij kunnen geven op die binnenwegen. Die is echter afgeregeld op een top van 300 km/u of meer. Geef de Italiaan een kortere eindoverbrenging en de Subaru verdwijnt als een klein blauw stipje in de binnenspiegel in het niets.

Vaak is ook een auto met benzinemotor qua topsnelheid wat hoger afgeregeld, dat is dus in het nadeel bij het trekken van een caravan waarbij de enorme luchtweerstand dé beperker is van die snelheid. In dat kader worden vaak de trekprestaties genoemd en geroemd van de moderne dieselbusjes. Niet voor niets. De meesten lopen alleen al door hun groot frontaal oppervlak stukken minder hard dan een vergelijkbaar gemotoriseerde personenwagen, dus kunnen ze volstaan met korte versnellingbak overbrengingen. Je schakelt je wel vaak helemaal suf in die dingen. Goed, een hoog vermogende auto kan in ieder geval harder, ongeacht het motorkoppel. We moeten echter wel beseffen dat solorijden heel wat anders is dan rijden met een caravan...

Vermogen

Een turbodiesel kan dus veel meer Nm's hebben - in de folder - maar als de motor maar weinig toeren kan maken gaat dat voordeel verloren door de noodzakelijk lange overbrengingen om de auto bij sologebruik toch voldoende topsnelheid te geven. En diesels maken nu eenmaal minder toeren. De wielomtrek (ook een soort tandwiel sprekend in termen van versnellingsbakken) is ook van invloed. Kortom, het opgegeven maximum koppel in Nm is dus nietszeggend, als we geen kennis hebben van de versnellingsbakoverbrengingen. Bij gebrek aan beter is dan de opgave van het maximum vermogen een beter 'handvat'. Vermogen is en blijft echter een afgeleide van van het krukaskoppel en toerentallen.

Overbrengingen

We gaan eens rekenen aan de hand van de specificaties van beide auto's (zie de laatste tabel in de rapporten). De banden hebben een afrollengte van 0,001858 km. (1,858 meter). 4000 toeren (omdraaiingen) per minuut van de dieselkrukas rechtstreeks op de wielen zonder 'reductietandwielenkast' zou een afgelegde afstand betekenen van 445,9 km. De benzinekrukas draait 5750 keer per minuut rond en legt dan 641,0 km af.... Die ongehoorde snelheden gaan we delen door de totaaloverbrengingen en zo krijgen we de snelheden bij het toerental waarbij het maximum vermogen (opgave fabrikant) wordt geleverd. We houden verder geen rekening met de luchtweerstand want de Focus haalt die 207 km/u in de 5e versnelling niet hoor. Mwa.... op de teller misschien. De diesel zal waarschijnlijk plankgas in de 5e wat sneller draaien dan 4000 toeren en dus boven de 172 km/u uitkomen. Maar dat is zoals gezegd een kwestie van luchtweerstand, een ander onderwerp.

We zien in de laatste kolom dat de diesel van Henri (Ford) een steeds langere totaaloverbrenging meekreeg. Hij moest wel, want er is gebrek aan een voldoende hoog toerental om hem (de auto dus) een redelijke topsnelheid mee te geven. Het ogenschijnlijke voordeel van het hoge folderkoppel wordt dus (behalve in de lagere versnellingen) voor een groot deel om zeep geholpen door de lange overbrenging. Tegelijkertijd zien we aan het snelheidsbereik dat deze diesel relatief toch kort is 'gestoken', vooral in de eerste drie versnellingen. We kennen nu dus het krukasdraaimoment, het bijbehorende toerental en de overbrengingen en zijn nu in staat het vermogen uit te rekenen bij dat toerental.

Vermogen = toerental x draaimoment x 6,28 / 60. De truc is natuurlijk uit te vinden wat het feitelijk draaimoment is bij elke snelheid. En uiteindelijk zijn we dus alleen geïnteresseerd in die kracht. Even ter herinnering: toeren zijn te ruilen voor draaimoment aan de wielen omdat een kortere overbrenging kan worden gebruikt. Als een motor een heel laag koppel levert maar erg veel toeren kan maken, kan hij het gebrek aan draaimoment aan de wielen compenseren met een korte overbrenging. Hij haalt immers toch dezelfde wagensnelheid.

De Trekkrachtgrafiek

Genoeg theorie nu. In ons programma passen we een hele berg wetten van Newton toe, die uiteindelijk resulteren in 'De Trekkrachtgrafiek', waarbij alle variabelen samenkomen. Draaimoment, bakverhoudingen, toerentallen, rol- en luchtweerstand, massa's, snelheden, wrijvingsverliezen, bandenmaten, noem maar op. Op de verticale Y-as lees je de kracht in Newton af (jaja, aan de wielen) en op de horizontale X-as alle snelheden. Alleen door al deze factoren mee te nemen is te concluderen of een auto een sterke caravantrekker is en zijn we dus feitelijk waar we wezen moeten. Folderkoppel is nietszeggend, want we kunnen de gevolgen van toeren en versnellingsbakken niet uit de losse pols interpreteren. Foldervermogen zegt iets meer, maar dan moeten we wel iets weten over het aantal versnellingen en de topsnelheid. Maar de topsnelheid? met caravan!! - kennen we niet op voorhand.

Trekkrachtgrafiek Ford Focus 1.8 TDDI met caravan

Trekkrachtgrafiek Ford Focus 1.8 16V met caravan

Borrelpraat

De opschepperige verhalen aan de borreltafel over het enorme koppel van hun TDI kunt u nu pareren met opschepperige verhalen over het enorme vermogen van uw benzinebolide. Het blijft echter borrelpraat. Het gaat uiteindelijk om de kracht die aan de wielen wordt afgegeven bij een bepaalde snelheid. Die kracht moet hoger zijn om de massa (treingewicht) te kunnen versnellen. Versnelling = draaimoment aan de wielen / massa. Solo wint uiteindelijk de auto met het grootste vermogen (beter: de auto met de gunstigste Kw / gewichtsverhouding). Vaak de benzineauto dus. Met caravan 'on the long run' ook, maar als gevolg van de enorm toegenomen luchtweerstand is het dan noodzakelijk de hogere toerentallen op te zoeken dus een lagere versnelling. Bergop is de auto met de slimste krachtsverdeler (korte 1e en 2e versnelling) de rapste. Dat hoeft dus niet persé de auto te zijn met het grootste motorkoppel. Een lichtere caravan kopen is ook een optie trouwens.....

Een ander sterk verhaal is het lage toerental waarbij een turbodiesel z'n hoogste motordraaimoment afgeeft. We nemen de Fordjes weer even als voorbeeld. De 2000 rpm van de diesel is lager dan de 3750 van de benzine, bijna de helft. (Veel) koppel onderin wordt er dan gezegd. Maar ook dit moet relatief gewaardeerd worden t.o.v. het vermogenstoerental. 4000 cq 5750 dus. Beter is te beweren 'de turbodiesel levert max. krukaskoppel bij 50% van het hoogste toerental'. Bij de benzine is dat dus 65%. Het verschil wordt dan al fors kleiner. Dan moet je kijken wat het snelheidsbereik is - dus naar de bakverhoudingen en de bandomtrek en dan komt er uit - zie de grafieken - dat de turbodiesel in de 1e versnelling al bij 18 km/u zijn maximum wielkoppel levert (ca. 8200 Newton) en de benzine pas bij 33 km/u zijn maximum bereikt (ca. 6800 Newton). De benzine heeft bij 18 km/u slechts een 5800 N aan de wielen. Rijden beide 33 km/u dan is de kracht aan de wielen weer ongeveer gelijk, maar dan heeft de turbodiesel op die steile helling al een paar meters 'gepakt'. Bij de td moet je rond de 37 km/u al doorschakelen naar de 2e terwijl de 1.8 16v vlot tot zeker 51 km/u doorzoeft. Had dus de benzineversie van de Focus een even korte overbrenging gekregen (eentje die dus ook bij 37 km/u - 1e versnelling - maar dan 5750 op de toerenteller laat zien) zou hij veruit superieur zijn aan de turbodiesel (max. ca. 9200 N). Dat is alleen niet zo, dus de td is hier absoluut in het voordeel - met caravan.

Turbodiesel in het voordeel in de praktijk?

De Focus td is een voorbeeld (en dat geldt voor de meeste td's) waarbij de trekkracht aan de wielen bij lage snelheden in lage versnellingen groter is door hun toch relatief kortere snelheidsbereiken. In de hogere versnellingen bij caravansnelheden (80 a 110 km/u) pakt dat vaak ook gunstiger uit, zo ook bij de Focus TDDI. De 1.8 16v draait dan relatief te weinig toeren en heeft dan dus niet het vermogen om die snelheden te kunnen vasthouden. Ga je met de 1.8 16v gewoon in de 3e versnelling rijden - en dat hoeft geen probleem te vormen - dan komt het nodige vermogen wel vrij en dan rij je de td dus gewoon he-le-maal zoek... Ook solo is dat het geval. Aan u ter beoordeling wat prettiger / relaxter rijdt.

Een ding is hiermee wel duidelijk gemaakt. Een beoordeling als trekauto vanuit de folder is niet mogelijk, daar is meer voor nodig. Een trekkrachtberekening bijvoorbeeld.
 

• Bekijk het hele trekkrachtrapport van de Focus 1.8 16V (benzine)

• Bekijk het hele trekkrachtrapport van de Focus 1.8 TDDI (diesel)

Bronvermelding: Delen gebaseerd op een artikel door Patrick Savalle van Tuningparts.nl