Was ist der Unterschied zwischen Drehmoment und PS?

Verhältnis Leistung <-> Drehmoment

Im Allgemeinen ist der Zusammenhang zwischen Leistung und Drehmoment eine einfache Formel:

Power[kW] = Torque[Nm] * RPM * π / 30,000

dadurch kann man in Drehmoment-/Leistungsdiagrammen immer die eine Kurve aus der anderen berechnen (das macht auch der Leistungsprüfstand)

Warum werden also immer beide Kurven gezeichnet, wenn sie mehr oder weniger gleich sind?

Dieses Diagramm zeigt einige Kurven von fünf theoretischen Motoren:

Jeder Motor hat ein Drehmoment von 350 Nm bei 8000 U/min (und damit die gleiche Spitzenleistung bei dieser U/min), und jeder Motor hat ein Spitzendrehmoment von 450 Nm.

Ein normaler Fahrer nutzt auf der Straße den Bereich bis 3000 U / min, daher ist seine beste Wahl Motor Nr. 2, gefolgt von Nr. 1. Diese würden die beste Beschleunigung bei moderaten Drehzahlen ergeben.

Bei einem Rennen, bei dem der Motor mit sehr hoher Drehzahl läuft, wählen Sie besser #5.

Diese Auswertung kann mit beiden Kurven – Leistung und Drehmoment – ​​erfolgen, da sie mehr oder weniger die gleiche Größe aufweisen. ABER die Drehmomentkurven zeigen die Unterschiede viel deutlicher als die Leistungskurven!

Allerdings zeigen (können) die Leistungskurven einige interessante Details. Die Leistung von Nr. 4 nimmt zwischen 4000 und 5000 U / min ab. Ein weiterer Punkt ist, dass die maximale Leistung normalerweise nicht bei der maximalen Drehzahl liegt und Sie wissen möchten, bei welcher Drehzahl sie ist und wie sie sich um diese Drehzahl herum verhält.

Warum steigt die Leistung trotzdem, obwohl das Drehmoment irgendwann schon mit der Drehzahl abnimmt?

Stellen Sie sich vor, Sie haben ein Gewicht von 50 kg, das Sie anheben, indem Sie an einem Seil ziehen, das über eine Rolle an der Decke läuft. Die Kraft, die Sie aufwenden müssen, ist nur die Gravitationskraft des Gewichts, wenn Sie es mit konstanter Geschwindigkeit ziehen. Da 50 kg ziemlich schwer sind, werden Sie es sehr langsam heben. Wenn das Gewicht leichter ist, benötigen Sie weniger Kraft und können es schneller heben. Nehmen wir an, Sie heben 25 kg in 1/3 der Zeit. Das heißt, in der gleichen Zeit, in der Sie das schwere Gewicht von 50 kg heben, können Sie auch insgesamt 3 x 25 kg = 75 kg heben. Da Kraft Arbeit pro Zeit ist und Sie in der gleichen Zeit 75 kg statt 50 kg heben können, ist die Kraft um 50 % höher - obwohl Sie nur die Hälfte der Kraft aufwenden.

Bei einem Motor ist es ungefähr dasselbe: Bei hoher Drehzahl hat er möglicherweise weniger Drehmoment (Kraft) während einer Umdrehung, aber da er in der gleichen Zeit mehr Umdrehungen macht, kann er mehr Leistung liefern.

Was passiert im Getriebe/den Getrieben?

Wie gesagt, Leistung ist pro Zeit verrichtete Arbeit. Da die Leistung erhalten bleibt, entspricht die Leistung an der Motorwelle der Leistung an den Rädern. Aus der obigen Formel kann man berechnen, was passiert, wenn das Übersetzungsverhältnis von Motor zu Rad unterschiedlich ist (unter Vernachlässigung etwaiger Verluste):

Wheel_torque = Motor_torque * Motor_RPM / Wheel_RPM

In meinem nächsten Diagramm habe ich das Raddrehmoment gegen die Motordrehzahl für die sechs Gänge eines BMW M3 (365 Nm bei 4900 U / min; 252 kW bei 7900 U / min) aufgetragen:

Es ist aber auch möglich, Leistung und Drehmoment über die Drehzahl zu ziehen:

Ja, die 365 Nm des Motors werden im ersten Gang auf fast 6000 Nm (4400 lb ft) transformiert. Dies zeigt den massiven Einfluss von Übersetzungsverhältnissen sowie Radabmessungen. Auf der anderen Seite ist die Leistung bei einer bestimmten Drehzahl immer gleich.

Beachten Sie, dass Sie beim Schalten in den zweiten Gang bei oder um 4900 U/min (maximales Drehmoment) das Raddrehmoment um etwa 50 % reduzieren. (Und wenn Sie später in den 3. Gang schalten, verlieren Sie wieder etwa 50 %).

Das heißt, in einem Rennen wird so spät wie möglich geschaltet, auch wenn auch schon die Leistung nachlässt, da das Schalten einen starken Leistungs-/Drehmomentverlust bedeutet. (Der rote Bereich in meinem Diagramm markiert nur den Drehzahlbereich von 4900 bis max im ersten Gang, um dies zu verdeutlichen). Bei einem Beschleunigungswettbewerb, bei dem Sie bei Null starten, hilft jedoch ein hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl, da es wichtig ist, so schnell wie möglich auf hohe Geschwindigkeit zu gelangen, und es nicht so wichtig ist, wenn Sie beim letzten Mal noch etwas beschleunigen Meter.

Natürlich gibt es in Wirklichkeit Luftwiderstand und so, der mit der Geschwindigkeit zunimmt, und der einzige Weg, ihn zu überwinden, ist noch mehr Kraft. Die Leistung definiert also natürlich die Höchstgeschwindigkeit, aber dieses Beispiel zeigt, dass die Leistung bereits im Bereich von 50 km/h eine Rolle spielt, was nicht wirklich schnell ist.

Vergleichen Sie also verschiedene Autos nach Leistung oder Drehmoment?

Sie haben den massiven Einfluss der Drehzahlverhältnisse aufgrund des Getriebes gesehen, und auch der Radumfang spielt eine Rolle. Es ist also unmöglich, zwei Autos zu vergleichen, indem man sich nur ihre Motordrehmomentkurve ansieht. Dies funktioniert nur für ein Auto mit mehreren Motoroptionen, aber demselben Getriebe. Die Leistung ist etwas (!) besser. Beachten Sie, dass der BMW M3 im 3. Gang mehr oder weniger konstante Höchstleistung über 125 km/h liefert, wenn Sie spät schalten.

Kraftstoffverbrauch

Das Drehmoment ist auch ein Maß für die Arbeit, die der Motor während einer einzigen Umdrehung leistet. Etwas präziser:

Work_per_rev[J]= torque[Nm] * 2π

Wenn man bedenkt, dass der Motor pro Umdrehung immer gleich viel Kraftstoff verbrennt (nicht ganz realistisch, aber ok), also die gleiche chemische Energie (Arbeit) freisetzt, ist das Verhältnis von chemischer / mechanischer Arbeit bei maximalem Drehmoment am besten . Die Maschine läuft also am effizientesten, wenn das Drehmoment hoch ist.

Aber denken Sie daran, dass die beste Kraftstoffeffizienz nicht gleich der besten Laufleistung ist! Im Fall des BMW M3: Fahren mit 2000 U/min statt 4000 U/min bedeutet eine Reduzierung des Drehmoments von 340 Nm auf 290 Nm, was nur einem Verlust von 15 % entspricht, aber dem Kraftstoffverbrauch um 50 %.
Aus diesem Grund wird empfohlen, für eine optimale Kilometerleistung mit sehr niedriger Drehzahl zu fahren, obwohl die Kraftstoffeffizienz dort nicht die beste ist. Allerdings: Hohes Drehmoment bei niedrigerer Drehzahl bedeutet sicher bessere Laufleistung.

Fazit

Im Allgemeinen sind Leistung und Drehmoment zwei Maße für dasselbe: Die Stärke des Motors. Wenn Sie eine Kurve haben, können Sie die andere berechnen.

Die Leistung bestimmt die Rennfähigkeit und Höchstgeschwindigkeit des Autos, aber auch die Beschleunigungsfähigkeit, sobald der Motor eine höhere Drehzahl erreicht hat

Das Drehmoment zeigt viel deutlicher, welches Beschleunigungsvermögen der Motor bei niedrigen Drehzahlen hat, aber das Drehmoment am Rad hängt von Übersetzungsverhältnissen und Radabmessungen ab, daher ist es nicht so einfach zu vergleichen. Ein normaler Fahrer möchte ein hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl haben.

Und bitte beachten Sie, dass ich hier einige Annahmen und Vereinfachungen getroffen habe.

Über meine Daten

Ich habe die Motorkurven von BMWs Presseseite . Und diese (leider deutsche) Seite nimmt Reifendimension, einen Drehzahlsatz und ein BMW-Modell für Übersetzungsverhältnisse (oder benutzerdefinierte Übersetzungen) und berechnet die Geschwindigkeit bei den Drehzahlen in den Gängen. In meinem Fall beträgt der Umfang des Rads ~ 2 m und die Geschwindigkeit 7,5; 12,9; 19.3; 25,6; 30,1 und 35,1 km/h in den Gängen 1-6. Dies ermöglicht die Berechnung der Raddrehzahl für eine gegebene Motordrehzahl in einem gegebenen Gang.

PS ist die Leistung, die der Motor erzeugen kann (wie viel Arbeit in einer bestimmten Zeit verrichtet wird), während das Drehmoment die Menge an Drehkraft ist, die er leisten kann (wie viel Arbeit verrichtet wird). Die beiden sind ziemlich kompliziert miteinander verbunden, sodass Sie das eine nicht ohne das andere haben können.

Sie müssen sich ein paar physikalische Gleichungen überlegen:

Kraft = Masse x Beschleunigung

Leistung = geleistete Arbeit (Drehmoment) / Zeit

Um das eine aus dem anderen zu berechnen, können Sie eine Substitution mit einigen Rotationsbewegungsgleichungen verwenden:

PS = (2 x pi x Drehmoment x U/min)/33000 = (Drehmoment*U/min)/5252

Im Allgemeinen ist ein Motor am effizientesten, wenn er mit maximalem Drehmoment läuft (daher laufen Industriediesel sehr langsam), und das Drehmoment hat einen größeren Einfluss darauf, wie schnell das Auto beschleunigt, insbesondere bei niedrigeren Geschwindigkeiten. HP ist bei höheren Geschwindigkeiten von größerem Nutzen, da es Ihnen einen Hinweis darauf gibt, wie viel Fähigkeit das Auto hat, um eine höhere Geschwindigkeit zu erreichen und aufrechtzuerhalten.

Vergleichen Sie als Beispiel den Motor in einem Schiff, der bei sehr niedrigen Drehzahlen (nur wenige hundert) ein enormes Drehmoment erzeugt (um ein sehr schweres Ding langsam zu bewegen), mit dem in einem Rennmotorrad, das viel erzeugt Leistung (um ein leichtes Ding sehr schnell zu bewegen) bei hoher Drehzahl (10-12.000)

Drehmoment ist Arbeit, PS ist Arbeitsgeschwindigkeit

Im Zusammenhang mit Motoren:

• Das Drehmoment gibt an, wie viel Last ein Motor in einer bestimmten Zeit über eine bestimmte Strecke tragen kann.

• Die Leistung gibt an, wie schnell der Motor diese Last über diese Distanz bewegen kann.

Einige andere Dinge, die helfen können, den Unterschied zwischen den beiden zu erklären:

• Drehmoment beschleunigt ein Fahrzeug aus dem Stillstand

  ▲ Torque = ▲ Acceleration
  

  Das Wort Stillstand ist hier sehr wichtig, weil nur dann die Luftwiderstandskräfte die Geradeausbeschleunigung eines Fahrzeugs nicht begrenzen. Deshalb wirkt sich das Drehmoment auch bei niedrigeren Drehzahlen dominant aus – die Schleppkräfte sind relativ gering.

• Drehmoment funktioniert; es zieht lasten

  Angenommen, Sie haben zwei identische Fahrzeuge in einem Tauziehen-Wettbewerb mit zwei verschiedenen Motoren, die die gleiche maximale PS-Leistung entwickeln, aber bei unterschiedlichen Motordrehzahlen. Das Fahrzeug mit der niedrigeren Motordrehzahl hat mehr Drehmoment an den Rädern als das andere. Dies wird auch der Motor sein, der den Tauziehen-Wettbewerb gewinnt .

• Die Spitzenleistung bestimmt die Höchstgeschwindigkeit

  Power = Resistive Forces x Vehicle Speed
  

  Pferdestärke ist nur eine Maßeinheit für Leistung oder Arbeitsgeschwindigkeit, also:

  ▲ Horsepower = ▲ Top Speed
  

Drehmoment ist die Kraft, die Ihr Motor bei einer bestimmten Drehzahl ausübt. In zwei Autos mit gleicher Übersetzung und im gleichen Gang beschleunigt ein Auto mit doppelt so viel Drehmoment genau doppelt so schnell.

PS wird aus Drehmoment und Drehzahl berechnet. Ein bestimmtes Drehmoment bei niedriger Drehzahl entspricht weniger PS als das gleiche Drehmoment bei höherer Drehzahl.

Pferdestärken sind wichtig, weil die Kraft, die die Hinterräder erreicht, um das Fahrzeug zu beschleunigen, eine Kombination aus Drehmoment und Übersetzung ist . Generell gilt: Je höher ein Auto dreht, desto straffer kann es geschaltet werden. Je straffer Sie ein Auto schalten, desto schneller beschleunigt es bei einem bestimmten Drehmoment. Da Pferdestärken eine Kombination aus Drehmoment und Drehzahl darstellen, ist dies eigentlich ein ziemlich guter Hinweis darauf, wie die meisten Autos mit gut gewählten Übersetzungsverhältnissen beschleunigen werden.

Um ein extremes Beispiel zu nehmen, nehmen wir an, wir haben einen extrem hochdrehenden Motor (wie einen Formel-1-Motor). Es macht 250 ft lbs Drehmoment, aber es behält dieses Drehmoment bis zu einer Spitzenleistung von 20.000 U / min bei, was fast 800 PS ergibt. Auf der anderen Seite haben wir einen Motor mit viel Hubraum, aber einer relativ niedrigen Redline. Nehmen wir an, dass dieses hypothetische, drehmomentstarke Auto ein Spitzendrehmoment von 600 ft lbs und eine Drehzahl von 6.000 U / min hat, was etwas mehr als 600 PS ergibt. Beachten Sie, dass das Auto mit mehr PS deutlich weniger Drehmoment erzeugt. Nehmen wir an, dass im ersten Gang das Auto mit hoher Drehzahl dreimal so eng geschaltet ist wie das Auto mit Drehmoment – ​​das Auto mit hoher Drehzahl erreicht 60 mph und 18000 U/min, während das drehmomentstarke Auto 6000 U/min bei 60 mph erreicht. Dadurch setzt das hochdrehende Auto in diesem Gang tatsächlich mehr Raddrehmoment ab, sodass es schneller beschleunigt. Und da es noch weitere 2000 U / min Motordrehzahl übrig hat, wenn dem drehmomentstarken Auto die Drehzahl ausgeht, beschleunigt es im ersten Gang weiter über 60 Meilen pro Stunde, während das andere Auto schaltet. Und das gleiche Drama wird sich auch in den höheren Gängen wiederholen – das Auto mit höheren PS beschleunigt im Allgemeinen schneller, weil es es sich leisten kann, in niedrigeren Gängen zu bleiben, die es sich leisten können, enger übersetzt zu werden.

Getriebe – deshalb ist PS wichtig. Ein enges Getriebe bedeutet, dass ein Auto höher drehen muss, um eine bestimmte Straßengeschwindigkeit zu erreichen. Lange Übersetzung bedeutet, dass das Auto nicht so hoch drehen muss, um eine bestimmte Geschwindigkeit zu erreichen. Der Kompromiss ist Beschleunigung. Daher ist der erste Gang in den meisten Autos sehr eng und endet in vielen kleinen Autos vor 30 Meilen pro Stunde. Auf der anderen Seite soll der Overdrive-Gang eine sehr schlechte Beschleunigung bieten, aber es ermöglicht dem Auto, bei Autobahngeschwindigkeiten fast die Leerlaufdrehzahl beizubehalten, wodurch Benzin gespart wird. Außerdem können ansonsten identische Autos unterschiedliche Achsübersetzungen haben, was sich auf ihre Gesamtbeschleunigung und Höchstgeschwindigkeit auswirkt. Ein Auto mit einer Hinterradübersetzung von 3,00 beschleunigt also langsamer auf eine höhere Höchstgeschwindigkeit als dasselbe Auto mit einer Hinterradübersetzung von 4,10.

In den einfachsten Worten möglich:

Drehmoment = Pfund/Fuß. Eine konkrete, reale Messung der vom Motor erzeugten Verdrehkraft .

Pferdestärke = Eine willkürlich zusammengesetzte Arbeitseinheit . Eine Einheit Pferdestärke basiert auf der Annahme , dass ein Pferd mit einer Kraft von knapp über 180 Pfund ziehen kann.

Der Fehler, den die meisten Menschen machen, wenn sie sich an dieser Debatte beteiligen, besteht darin, PS und Drehmoment unabhängig voneinander zu betrachten. Fast alle argumentieren, als ob es sich um getrennte, voneinander unabhängige Werte handelt. Das sind sie nicht.

PS = (Drehmoment x U/min) / 5252

Diese Gleichung ist die zweitwichtigste Sache auf dieser Seite und der Grund dafür, dass jeder, der Ihnen sagt, dass PS und Drehmoment gleichermaßen und getrennt betrachtet werden sollten, erheblich von der Basis abweicht. Tatsache ist, dass Pferdestärken das Produkt aus Drehmoment und einem anderen Wert sind – Drehzahlen (geteilt durch 5252). Es ist nicht unabhängig, getrennt oder anders.

Tatsächlich gibt es keine einzige Maschine, die die Pferdestärken eines Autos misst. Es ist eine künstliche Zahl. Wenn die Leistung eines Autos getestet wird, wird sein Drehmoment mit einem Dynamometer gemessen. Das Maß für die Leistung eines Motors ist das Drehmoment. PS ist eine zusätzliche Zahl, die durch Multiplizieren des Drehmoments mit den Drehzahlen erreicht wird.

Die Beziehung zwischen Leistung, Drehmoment und Beschleunigung

Typische Analogie: Potentielle Energie:Drehmoment::Kinetische Energie:Pferdestärke

Drehmoment kann ohne Bewegung existieren. Es ist eine Fähigkeit, Arbeit zu verrichten.
Pferdestärken können nur in Bewegung existieren. Es ist die Arbeitsgeschwindigkeit.

Motorleistung = Drehmoment * Drehzahl;

Um einen Motor zu referenzieren, der mit konstanter Last läuft, wird die Leistungsreferenz verwendet, um die maximale Leistung zu extrahieren.
. Um einen Motor zu bezeichnen, der mit variablen Lasten läuft (z. B. Gangwechsel), ist Drehmoment besser geeignet.

Kurven:
Drehmomentkurve: Vom Motor erzeugtes Drehmoment gegenüber der Motordrehzahl bei verschiedenen Motorlasten.
Leistungskurve: Vom Motor erzeugte Leistung im Vergleich zur Motordrehzahl bei verschiedenen Motorlasten. Dies wird durch Multiplizieren der Drehmomentkurve mit der Drehzahl erhalten. Dies wird also eine verschobene + verlängerte Version der Drehmomentkurve sein. Siehe Beispiel für eine Leistungsdrehmomentkurve
. Die Kraftstoffverbrauchskurve wird zum besseren Verständnis mit den obigen Kurven überlagert.

Sie werden zwischen Leistungskurve / Drehmomentkurve und Kraftstoffverbrauchskurve verwechselt.

Bei einer gegebenen Leistungskurve können wir eine Drehmomentkurve erhalten und umgekehrt.
Die Kraftstoffverbrauchskurve muss explizit als überlappendes Diagramm bereitgestellt werden.

Jetzt muss klar sein, wann man was verwendet.
Um die beste Laufleistung zu erhalten, folgen Sie der Laufleistungskurve.
Um die maximale Leistung zu erhalten, siehe Leistungskurve.

Die Drehmomentkurve wird im Allgemeinen als Referenz für Getriebesteuerungssysteme verwendet, um zu wissen, welcher Gang am besten zu schalten ist.

Immer noch nicht klar? Sehen Sie sich ein Beispiel aus der Praxis an

Hinweis: Die Kurven sind nur bei bestimmten Lastbedingungen angegeben. Das tatsächliche Verhalten des Motors hängt also von der aktuellen Motorlast sowie von verschiedenen Einschränkungen ab, die aufgrund von Gesetzen/Emissionsnormen/Schadensschutz auferlegt werden.