PS und Drehmoment sind die beiden Zahlen, die Sie auf dem Datenblatt jedes Autos sehen, doch die meisten Fahrer können den Unterschied zwischen ihnen nicht erklären. Es handelt sich nicht um konkurrierende Messungen – sie beschreiben dasselbe physikalische Phänomen aus zwei verschiedenen Blickwinkeln. Wenn Sie verstehen, wie sie mit der Motordrehzahl zusammenhängen, können Sie Datenblätter kritisch lesen, Motoren intelligent vergleichen und verstehen, warum ein Diesel-Lkw und ein Sportwagen zwar die gleiche Leistung haben, sich aber beim Fahren völlig unterschiedlich anfühlen.
Was Drehmoment und PS tatsächlich messen
Drehmoment ist Rotationskraft – die Drehkraft, die ein Motor auf seine Kurbelwelle ausübt. Stellen Sie sich vor, wie stark der Motor zu einem bestimmten Zeitpunkt drückt. Sie wird in Fuß-Pfund (ft·lb) im imperialen System oder in Newtonmetern (Nm) im metrischen System gemessen. Wenn Sie sich einen 1-Fuß-Schraubenschlüssel mit einer Kraft von 100 lbs an der Spitze vorstellen, erzeugt das ein Drehmoment von 100 ft·lb. In einem Automotor ist das Drehmoment das, was das Fahrzeug physisch vorwärts bewegt – es ist die Kraft, die Trägheit und Schwerkraft überwindet.
Pferdestärke ist überhaupt keine Kraft – es ist eine Geschwindigkeit, mit der Arbeit geleistet wird. Konkret handelt es sich um das Drehmoment multipliziert mit der Drehzahl (U/min), dividiert durch die Konstante 5.252. Das bedeutet, dass Pferdestärken nicht unabhängig von der Drehzahl existieren können. Ein Motor mit 400 ft·lb bei 2.000 U/min leistet nur 152 PS, aber derselbe 400 ft·lb bei 6.000 U/min leistet 457 PS. Der Motor hat sein Spitzendrehmoment nicht verändert, aber bei höheren Drehzahlen liefert er dieses Drehmoment häufiger pro Sekunde – was sich direkt in mehr Arbeit pro Zeiteinheit und damit in mehr Leistung niederschlägt.
Der 5.252 Crossover-Punkt erklärt
Die Konstante 5.252 in der HP-Formel ergibt sich aus der Definition der mechanischen Pferdestärke: 33.000 Fuß-Pfund pro Minute Arbeit, geteilt durch 2π Bogenmaß pro Umdrehung. Bei genau 5.252 U/min ergibt sich aus der Mathematik eine interessante Gleichung: Bei jedem Motor sind der numerische Wert des Drehmoments in ft·lb und die PS-Leistung identisch. Unter 5.252 U/min ist das Drehmoment (in ft·lb) numerisch immer größer als die PS. Oberhalb von 5.252 U/min übersteigt die Pferdestärke das Drehmoment numerisch.
Dieser Kreuzungspunkt ist auf jedem Prüfstandsdiagramm sichtbar, in dem beide Kurven eingezeichnet sind – die PS- und Drehmomentlinien kreuzen sich bei genau 5.252 U/min. Dies ist eine mathematische Gewissheit und kein Zufall einer bestimmten Motorkonstruktion. Das ist auch der Grund, warum Dieselmotoren, die fast nie über 4.000 U/min drehen, immer Drehmomentwerte aufweisen, die ihre PS-Werte in den Schatten stellen: Ein Diesel, der 600 ft·lb bei 1.800 U/min produziert, leistet zu diesem Zeitpunkt nur 206 PS. Die Formel ist für jeden Verbrennungsmotor, jeden Elektromotor und jede andere rotierende Maschine gleich.
Warum sich Diesel- und Benzinmotoren unterschiedlich anfühlen
Diesel- und Benzinmotoren können die gleiche Spitzenleistung haben, fühlen sich aber beim Fahren völlig unterschiedlich an, und der Grund dafür sind ihre Drehmomentkurven. Ein Dieselmotor erzeugt sein maximales Drehmoment bei sehr niedrigen Drehzahlen – häufig zwischen 1.500 und 2.500 U/min – und hält dieses Drehmoment über einen weiten Bereich relativ flach. Dies bedeutet, dass dem Motor jedes Mal, wenn Sie aus dem Stand oder bei Autobahngeschwindigkeit auf das Gaspedal treten, sofort eine beträchtliche Drehkraft zur Verfügung steht. Das ist es, was Diesel-Lastkraftwagen ihren mühelosen Schleppcharakter verleiht und der Grund dafür ist, dass sich ein beladener Diesel-Pickup beim Ziehen eines Anhängers nicht merklich langsamer anfühlt.
Ein Hochleistungs-Benzinmotor, insbesondere ein Saugmotor wie der 4,0-Liter-Sechszylinder-Boxermotor im Porsche 911 GT3, baut das Drehmoment mit steigender Drehzahl progressiv auf. Unterhalb von 4.000 U/min kann es sich normal anfühlen; Ab 7.000 U/min verwandelt es sich in etwas wirklich Spektakuläres. Der Motor belohnt Fahrer, die bereit sind, richtig Gas zu geben. Benzinmotoren mit Turbolader nehmen einen Mittelweg ein und nutzen den Ladedruck, um das Drehmoment eines Dieselmotors bei niedrigen Drehzahlen zu simulieren, bieten aber dennoch die höhere Drehzahlgrenze eines Benzinmotors.
Wie Getriebe das Drehmoment vervielfachen
Das Drehmoment, das ein Motor an der Kurbelwelle erzeugt, ist nicht dasselbe Drehmoment, das die Räder erreicht. Getriebe vervielfachen das Motordrehmoment durch Übersetzungsverhältnisse, weshalb sich Autos auch mit bescheidener Motorleistung aus dem Stand bewegen können. Eine typische Übersetzung des ersten Gangs von 3,8:1 in Kombination mit einer Endantriebsübersetzung von 3,73:1 bedeutet, dass das Motordrehmoment mit 14,2 multipliziert wird, bevor es die Räder erreicht – abzüglich Reibungsverlusten im Antriebsstrang von etwa 12–18 %. Ein Motor mit 300 ft·lb könnte theoretisch im ersten Gang über 3.500 ft·lb an die Räder liefern.
Wenn das Auto beschleunigt und in höhere Gänge schaltet, nimmt die Vervielfachung ab, während die Radgeschwindigkeit zunimmt. Im höchsten Gang kann das Übersetzungsverhältnis weniger als 1:1 betragen (Overdrive), was bedeutet, dass das Motordrehmoment an den Rädern tatsächlich reduziert wird – die Radgeschwindigkeit ist jedoch so hoch, dass die Leistung konstant bleibt. Dieser Kompromiss ist der grundlegende Zweck eines Getriebes: den Motor in seinem produktiven Drehzahlbereich zu halten und gleichzeitig die Radgeschwindigkeit über den gesamten Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs an die Straßengeschwindigkeit anzupassen.