Was ist der Unterschied zwischen PS und Nm beim Auto?
Bezogen auf die Beschleunigung.
Warum beschleunigen die Nm im niedrigerem Drehzahlbereich besser und bei höheren die PS besser?
Was bringt mehr Beschleunigung? PS oder Nm?
8 Antworten
Was bringt mehr Beschleunigung? PC oder Nm?
Das kann man nicht pauschal sagen, da die PS vom Drehmoment abgeleitet werden.
Warum beschleunigen die Nm im niedrigerem Drehzahlbereich besser und bei höheren die PS besser?
Auch das stimmt so nicht, auch wenn es so scheint. Ein drehmomentstarker Motor hat bereits im unteren Drehzahlbereich eine hohe "Anschubkraft". Ein Motor mit viel PS kann ein vergleichbar hohes Drehmoment auch bei hohen Drehzahlen liefern.
Es geht also immer nur um Drehmoment.
Um mal den klassischen Diesel - Benziner Vergleich anzuführen: Ein Diesel hat bereits bei geringer Drehzahl ein hohes Drehmoment, weshalb er so gut vom Fleck kommt.
Der Benziner kann jedoch über ein größeres Drehzahlband in der Summe ein höheres Drehmoment halten, weshalb diese bei langen Beschleunigungsvorgängen wie die klassischen 0-100 schneller als der Diesel sind.
Das ist ein Zusammenspiel.
Ein Auto mit 100 PS und 500 Nm ist nicht schneller als ein Auto mit 500 PS und 100Nm.
Grob würde ich mal sagen PS ist die Kraft vom Motor, Nm die Zeit bis die Kraft erreicht wird.
Also für die Beschleunigung braucht die Nm, für die Endgeschwindigkeit die PS.
Das Drehmoment ist nicht über den kompletten Drehzahlbereich unverändert. Es hängt also davon ab, bei welcher Drehzahl die beiden Fahrzeuge ihr jeweils optimales Drehmoment auch ausnutzen können.
Nee du, da muss ich leider passen... ;)
Bei gleicher PS müsste der Diesel eigentlich schneller sein, Dieselmotoren haben im unteren Drehzahlbereich mehr Leistung. Ab so 80/100 km/h würde der Benziner dann aufholen. Ausnahme wäre evtl. wenn der Benziner ein Turbomotor ist und der Diesel nicht.
Grob könnte man sagen der Diesel bringt dierekt seine Leistung und dann fällt die ab, der Benziner baut die Leistung erst auf, bei steigender Drehzahl.
Warum dann in deinem Beispiel der Diesel langsamer ist, keine Ahnung.Ich würde jetzt einfach mal vermuten das es mit der Drehzahl zusammen hängt. Würde man "eco" Schalten ab 2000 U/min wäre der Diesel vermutlich schneller, dreht man die Gänge hoch, dann hat der Benziner wieder den Vorteil.
http://www.autobild.de/artikel/audi-q5-benziner-gegen-diesel-vergleich-1561138.html
Genau mit diesem Beispiel widerlegst du das Gerücht, entscheidend für die Beschleunigung sei das Drehmoment und bestätigst andererseits, dass Leistung (und Gewicht) entscheidend sind. Vermutlich hat in deinem Beispiel der Diesel irgendwas zwischen 30 und 50 kg mehr Leergewicht.
Leider ist es ein überaus hartnäckiges und nicht auszurottendes Gerücht, dass für die Beschleunigung ein hohes Drehmoment entscheidend wäre. Dem ist aber nicht so, und das lässt sich auch physikalisch begründen. Das Drehmoment spielt allenfalls bei der Beschleunigung aus niederen Drehzahlen indirekt eine Rolle, aber auch da ist es direkt gesehen letztlich die zur Verfügung stehende Leistung.
Bei der folgenden Betrachtung berücksichtige ich nur die Physik und vernachlässige die praktischen Einflüsse, die die Beschleunigung verlangsamen. Das wären z.B. Schaltzeiten beim Gangwechsel, das Durchdrehen der Räder oder das Absaufen des Motors beim ungeschickten Umgang mit Kupplung und Gas.
Was ist eigentlich Beschleunigung?
Unter Beschleunigung versteht man den Geschwindigkeitszuwachs innerhalb einer bestimmten Zeit:
a = v / t
Warum braucht man dazu überhaupt einen Motor?
Ein Geschwindigkeitszuwachs bedeutet, dass man die kinetische Energie des Fahrzeuges erhöht:
ΔEkin = m/2 * (v2^2 - v1^2)
v1: Anfangsgeschwindigkeit
v2: Endgeschwindigkeit
Der Motor muss nun die Energie des Kraftstoffes in kinetische Energie des Fahrzeuges umwandeln.
Der Zusammenhang zwischen Energie und Zeit ist die Leistung P:
ΔEkin = P * t
Da uns die Zeit interessiert, lösen wir danach auf:
t = ΔEkin / P = m/2 * (v2^2 - v1^2) / P = m/2P * (v2^2 - v1^2)
Und nun können wir in der Formel
t = m/2P * (v2^2 - v1^2)
klar erkennen, wovon die Beschleunigungszeit abhängt:
von der Masse m des Fahrzeuges
von der momentan abgegebenen Leistung P des Motors
von der gewünschten Geschwindigkeitsdifferenz
Nun übertragen wir das auf zwei typische praktische Fälle. Zum einen die Maximalbeschleunigung von 0 auf 100 km/h sowie die Elastizität im höchsten Gang beim Beschleunigen von 80 auf 120 km/h.
1) Maximalbeschleunigung 0 auf 100:
Da man aus dem Stand beschleunigt, ist v1 = 0 und die obige Formel vereinfacht sich zu:
t = m/2P * (v2^2)
Da ja die kürzeste Zeit tmin von 0 auf 100 gefragt ist, ergibt sich:
tmin = m/2Pmax * (100 mk/h)^2
tmin ist also proportional zu m/Pmax, denn 1/2 * (100 mk/h)^2 ist eine Konstante.
m/Pmax ist das sogenannte Leistungsgewicht.
Merksatz: die Beschleunigung ist direkt abhängig vom Leistungsgewicht.
Konsequenzen:
- Ein leichter Sportwagen mit 1000 kg und 200 PS beschleunigt genauso gut, wie eine schwere Limousine mit 2000 kg und 400 PS.
- 10% Gewichtsersparnis bringen genausoviel in der Beschleunigung, wie 10% Leistungssteigerung.
- LKWs kommen, obwohl sie viel mehr Leistung haben als PKWs, deshalb nicht vom Fleck, weil sie nicht etwa genügend Leistung haben, sondern weil sie so schwer sind.
Nun betrachten wir Pmax und m nochmal im Einzelnen:
Die maximale oder Nennleistung eines Motors berechnet sich zu:
Pmax = P_nenn = n_nenn * M_nenn (Drehzahl * Drehmoment)
n_nenn ist die Nenndrehzahl, die ebenfalls in den Technischen Daten angegeben wird.
M_nenn ist das Drehmoment, das der Motor bei Nenndrehzahl abgibt.
Für die Beschleunigung ist es nun egal, ob man einen hochdrehenden Benziner mit weniger Drehmoment oder einen langsam drehenderen Diesel mit höherem Nenndrehmoment hat. Entscheidend ist das Produkt aus beiden. Bei dem gleichen P_nenn beschleunigen sie bei gleichem Gewicht auch gleich schnell, denn bei der Ermittlung der maximalen Beschleunigung wird der Motor grundsätzlich ausgedreht, um auch die maximale Leistung ausnutzen zu können.
Nun noch was zur Masse m. Um das Leistungsgewicht m/P zu ermitteln, darf man genaugenommen nicht einfach nur das in den Prospekten angegebene Leergewicht nehmen. Das erhöht sich nämlich in der Praxis um die Masse der Insassen, also mindestens des Fahrers sowie um die Masse der Zusatzausstattungen, die das Fahrzeug hat und eventuell auch um das Gewicht eines vollen Tanks. Um aber zwei Fahrzeuge grob zu vergleichen, kann man auch das Leergewicht erstmal nehmen, denn diesen Wert hat man.
Nun ist es allerdings so, dass bei derselben Leistung Dieselfahrzeuge immer ein höheres Leergewicht haben als Benziner. Das liegt daran, dass ein Dieselmotor mit gleicher Leistung immer etwas schwerer ist als ein Benziner. Hat man also den selben Fahrzeugtyp mit gleicher Ausstattung, gleichem Fahrer und gleicher Leistung, ist der Benziner meistens etwas schneller in der Beschleunigung, weil er einen leichteren Motor hat.
2) Elastizität von 80 auf 120 im höchsten Gang.
Jetzt geht es nicht mehr darum, mit maximaler Drehzahl die Nennleistung aus dem Motor zu holen, sondern darum, aus niedrigerer Drehzahl hochzubeschleunigen.
Die Formeln und Betrachtungen von oben gelten nach wie vor, die Physik hat sich ja nicht geändert. Sie müssen lediglich an diesen Fall angepasst werden.
Würde man, um zum Überholen von 80 auf 120 zu beschleunigen, runterschalten und den Motor wieder mit maximaler Leistung bei Nenndrehzahl beschleunigen, gilt genau dasselbe wie oben in Fall 1. Entscheidend ist dann nur die Nennleistung sowie das Gewicht das Fahrzeuges. Das jeweilige Drehmoment spielt dann wieder keinerlei Rolle und der Benziner hätte durch sein geringeres Gewicht leichte Vorteile gegenüber dem Diesel.
Der entscheidende Unterschied entsteht dann, wenn man nicht runterschaltet, sondern im höchsten Gang bleibt, sodass man den Motor nicht ausdreht, sondern weit unter der Nenndrehzahl beschleunigt. Dann ist die momentan abgegebene Leistung auf jeden Fall deutlich niedriger als die Nennleistung.
Die momentan abgegebene Leistung Pm ist dann wieder:
Pm = n * M
Gehen wir nun davon aus, dass beide Fahrzeuge von der Masse her gleich sind und dass sie bei 80 km/h im höchsten Gang dieselbe Drehzahl haben, sagen wir mal 2000 min^-1.
In diesem Fall ergibt sich dann bei gleicher Drehzahl, dass die Leistung umso höher ist, je höher das Drehmoment bei 2000 min^-1 ist.
Jetzt spielt der Diesel seinen Vorteil aus, dass er in der Regel bei niedrigerer Drehzahl schon ein höheres Drehmoment entwickelt, als ein vergleichbarer Benziner. Dadurch steht bei derselben niedrigen Drehzahl gemäß Pm = n * M mehr Leistung zur Verfügung, um die kinetische Energie des Fahrzeuges zu erhöhen. In diesem speziellen Fall kann man durchaus sagen, ein höheres Drehmoment führt zu einer höheren Elastizität, also zu einer besseren Beschleunigung aus niederer Drehzahl heraus. Was man allerdings, wie oben gezeigt, keinesfalls machen darf, ist diesen Sonderfall zu verallgemeinern und zu sagen, „die Beschleunigung ist vom Drehmoment abhängig“.
Eines vorab: Die maximal mögliche Beschleunigung ist (bei optimaler Getriebeauslegung und vergleichbaren übrigen Fahrwiderständen) AUSSCHLIESSLICH von der Leistung und dem Fahrzeuggewicht abhängig. Je mehr Leistung auf je weniger Gewicht trifft, desto besser beschleunigt die Fuhre.
Das Drehmoment ist hingegen ein dimensionsloser Faktor. Dimensionslos bedeutet, dass man mit einer alleinigen Angabe des (Motor)drehmoments keine Aussage darüber treffen kann, welche Leistungsfähigkeit einen beim jeweiligen Aggregat erwartet. Diese ist erst möglich, wenn man die jeweilige Leistung berechnet, die Formel lautet: P = (M x n) : 9550. P ist die Leistung (in Kilowatt), M bezeichnet das Drehmoment (in Newtonmeter), n die Drehzahl (in Umdrehungen pro Minute). Daraus folgt: Je mehr Drehmoment ein Motor untenherum hat, desto mehr Leistung hat er NUR DORT auch. Auf die Spitzenleistung hat dies nicht zwingend einen Einfluss, weil der Faktor "Drehzahl" ebenfalls berücksichtigt werden muss.
Zuletzt kommt hinzu: Das Drehmoment ist variierbar, anders als die Leistung. Hier kommt das Getriebe ins Spiel. Dieses variiert nämlich nicht nur die Motordrehzahlen, sondern im gleichen Maße auch das Motordrehmoment.
Fazit: Das Motordrehmoment hat bezüglich der Fahrleistungen keinerlei Aussagekraft, lediglich die Charakteristik des Motors kann damit abgeschätzt werden.
Während die PS-Zahl eines Fahrzeuges bestimmend für dessen Endgeschwindigkeit ist, so ist das Drehmoment eine für die Beschleunigung des Fahrzeuges charakteristische Größe.
Ist dieses Drehmoment groß, so kann pro Umdrehung mehr Kraft auf die Straße übertragen werden.
Die Kurbelwelle kann man sich hier analog zu einer Wippe (bekannt aus dem Physikunterricht) mit einem Drehpunkt in der Mitte und einem Kraftangriffspunkt an der Oberfläche vorstellen.
Zu beachten ist noch, dass das Drehmoment, welches der Motor eines Fahrzeuges liefert, nicht konstant ist, sondern bei zu hoher oder zu geringer Drehzahl abnimmt.
Jeder Motor hat einen Drehzahlbereich, in dem er sein optimales Drehmoment hat.
Die Leistung steht in direkter Relation zum Drehmoment.
Kannst du mir dann eventuell noch folgendes Beispiel erklären?
Warum beschleunigt das gleich Auto (1500KG)
Als Benziner mit 200PS - 260Nm in 7,5s auf 100
Als Diesel mit 160PS -380Nm in 9,5s auf 100
Warum ist der Unterschied so groß wenn der Diesel doch so viel mehr Nm hat?