Koppel (Nm) of paardenkracht (pk) waar moet je nu echt op letten?
Pk en Nm zijn twee termen die onlosmakelijk zijn verbonden met auto’s en tuning. Maar wat houden ze nu precies in? Wil je bij tuning van jouw auto juist meer koppel (Nm) of kracht (Pk)? Waar gaat het nu echt om? Wat maakt het doorslaggevende verschil? Om hier achter te komen, zullen we moeten weten wat deze twee termen precies betekenen en waar ze vandaan komen. Zin in een klein lesje natuurkunde?
Om de essentie van de paardenkrachten (Pk’s) te begrijpen, is het allereerst belangrijk om te weten wat koppel inhoudt. Simpel gezegd is koppel de draaiende kracht die nodig is om een voorwerp rond een as te verplaatsen. Bijvoorbeeld een moer om een bout. Deze kracht wordt berekend door de afstand vanaf het draaipunt te vermenigvuldigen met de hoeveelheid kracht die op dat punt wordt gezet. De hoeveelheid van deze kracht wordt aangeduid in Nm (newtonmeter). Eén Nm is de kracht van 1 newton op een afstand van 1 meter tot het draaipunt. De berekening hiervoor is dus: Nm = Uitgeoefende kracht x afstand tot draaipunt. Dit is de basisregel voor koppel.
Voorbeeld: als we aan de bout een arm zouden bevestigen en daar een gewicht van 10 kilo aan zouden hangen, dan wordt er een kracht van tien kilo op deze bout uitgeoefend. Vervangen we het gewicht van 10 kilo door een gewicht van 20 kilo, dan wordt er een kracht van 20 kilo op de bout uitgeoefend.
Werkende kracht
Om het koppel te berekenen moeten we echter de werkende kracht hebben. Wanneer de moer bijvoorbeeld heel strak vast zit, moet je meer kracht zetten om de moer in beweging te krijgen. Pas wanneer deze in beweging komt, spreekt men van koppel. Volgens bovenstaande formule kan er dus wel kracht zijn, maar is er niet per definitie ook sprake van koppel. Om het koppel te berekenen, moeten we de volgende formule gebruiken: Koppel = Uitgeoefende kracht x bewogen afstand. Dus wanneer er geen beweging plaatsvindt, is er geen werkende kracht en dus geen koppel. Koppel geeft dus de hoeveelheid werkende kracht aan.
Voorbeeld: De bout met arm zit zo vast dat er minimaal 20 kilo nodig is om de bout te doen draaien. Hangen we aan de arm nu een gewicht van tien kilo, dan wordt er weliswaar een kracht op bout en arm uitgeoefend, maar iedereen snapt dat de bout niet zal gaan draaien. Die tien kilo is echt te weinig. Kortom: de aanwezige kracht brengt geen beweging met zich mee en dus is er geen sprake van koppel.
Snelheid
Waarom zou je veel Nm’s in je auto willen hebben? Zoals gezegd: Nm’s geven de hoeveelheid werkende kracht aan. Wat belangrijk is bij een auto is de hoeveelheid werkende kracht die geleverd kan worden in een bepaalde tijd. Hiermee kunnen we namelijk het aantal Pk’s bepalen. Het aantal Pk’s is namelijk de hoeveelheid kracht die wordt uitgeoefend in een bepaalde tijd.
Laten we een voorbeeld nemen om het te versimpelen door twee werkende personen nader te bekijken. Stel we hebben een sterk en een zwak persoon. Beiden moeten 100 kilo aan zandzakken op een kast van een meter hoog leggen. De sterke persoon zal dit sneller kunnen doen omdat hij een aantal zakken tegelijk kan tillen, terwijl de zwakkere persoon 1 zak per keer zal moeten doen. Uiteindelijk hebben ze wel alle twee 100 kilo zand verplaatst, alleen heeft de sterke man dit veel sneller gedaan. De sterke man heeft dus meer Nm.
Terugvertaald naar de auto wil dat zeggen dat hoe meer Nm je hebt, hoe sneller een kracht verplaatst kan worden. Dit is bijvoorbeeld handig wanneer je een steile helling op moet rijden of juist extra snel wilt accelereren op een lange, vlakke weg.
Dit brengt ons bij de Pk’s. Eigenlijk is dit min of meer hetzelfde idee als de sterke en zwakke man die zakken zand moeten tillen, met het verschil dat hier de standaard ‘maat’ het paard is. Paardenkracht is dus de hoeveelheid kracht die een paard kan leveren in een bepaalde tijdsspanne. Vertaald naar de motor van een auto wil dit zeggen: het aantal Nm (koppel) vermenigvuldigd met de snelheid van de motor (rpm) is het aantal Pk’s dat een motor op een bepaald moment levert. De officiële formule hiervoor is als volgt: PK = Koppel (Nm) x Motorsnelheid (rpm) / 5252. Stel je hebt een auto die 200 Nm koppel levert met een motorsnelheid van 3.000 rpm, dan levert deze dus 200 x 3000 / 5252 = 114,24 Pk.
Duwtje in de rug
De draaiende (werkende) kracht van de motor is dus het koppel en het aantal Pk’s geeft aan hoeveel werk er gedaan kan worden bij dat koppel in een bepaalde tijd. Meer koppel zorgt voor meer trekkracht. Hierdoor kun je dus sneller accelereren of gemakkelijker een steile helling beklimmen. Het koppel is het hoogst wanneer de motor zijn meest efficiënte punt bereikt (vaak tussen de 2.000 en 4.000 toeren per minuut (rpm)). Dit is te herkennen aan ‘het duwtje in de rug’ wanneer er geaccelereerd wordt.
Voorbeeld “duwtje in de rug” tussen de 2.000 en 4.000 toeren. Klik op de afbeelding om deze te vergroten.
Echter, het koppel wordt minder naarmate je verder van het meest efficiënte punt af gaat. Om meer Pk’s te krijgen dient het koppel zo lang mogelijk zo hoog mogelijk te blijven. Hierdoor wordt er meer lucht en brandstof de motor ingepompt, waardoor het aantal Pk’s blijft groeien. Zo is er uiteindelijk een grotere kracht mogelijk en dit resulteert weer in een hogere topsnelheid.
IN EEN NOTENDOP
Hopelijk begrijp je na het lezen van dit artikel het volgende:
1. De roterende (draaiende) kracht die door een motor wordt opgewekt noemen we het koppel.
2. De aangegeven paardenkracht (pk) van motoren geven aan hoeveel werk er kan worden verzet door dat koppel in een bepaalde tijd.
Je zal ook wel eens de opmerking ‘paardenkrachten verkopen auto’s, maar met het koppel win je de race’ gehoord hebben. Is dat waar? Nou, ja en nee. Ik heb het idee dat de persoon die deze opmerking maakte, eigenlijk geen idee had waar hij het over had. Immers: zonder koppel heb je helemaal geen paardenkrachten. Dus zouden al zijn paardenkrachten, zonder koppel, volslagen nutteloos zijn en hem geen winst in de race kunnen opleveren. Toch heeft het citaat ook weer wel een kern van waarheid als je het op auto’s betrekt. Juist als de wagen veel koppel heeft, kun je er deze gemakkelijker mee wegrijden en zal het bij een bepaald toerental ook beter versnellen.
Alle automotoren die ik ken zijn zo ontworpen dat de piek van hun volumetrische efficiëntie (VE) tussen de 2.000 en 4.000 rpm ligt. Als je het koppel in een grafiek zou tekenen, dan zul je zien dat de piek altijd rond de piek van de motor zijn VE ligt. Dat is exact het moment waarop je, rijdend en toeren makend, het gevoel krijgt dat je een extra duwtje in de rug krijgt. De motor heeft de neiging om het koppel te verliezen als het ‘verder weg beweegt’ van deze efficiënte piek. De draaiende kracht is dan, al naar gelang aan welke kant van de piek je zit, langzamer of sneller. Maar naarmate de motor sneller en sneller draait, zal het nog meer werk kunnen verzetten omdat het in een bepaald tijdsbestek meer lucht en brandstof tot ontbranding brengt. Dus zal het aantal beschikbare pk’s oplopen, terwijl het toerental toeneemt en het koppel langzaamaan vermindert doordat het over zijn piek heen is. Conclusie is dat, om het maximale aantal paardenkrachten te ontketenen, het koppel zo lang mogelijk moeten laten stijgen. Op die manier zal ook het aantal paardenkrachten blijven toenemen.
Tenslotte moet je niet vergeten dat het koppel de werkelijk draaiende kracht van je motor is en dat de paardenkrachten de hoeveelheid werk vertegenwoordigt die het koppel voor je wagen, bij een specifiek toerental kan verrichten. Koppel en paardenkrachten zijn dus onlosmakelijk met elkaar verbonden. Het een kan niet zonder het ander. Sterker nog: het versterkt elkaar…