Hästkrafter och vridmoment – alla fakta, frågor och svar du behöver för att förstå

Premium Kan du välja en trevlig, pigg motor bara genom att titta på vridmomentkurvan? Jo, faktiskt! Här borrar vi oss ner djupt i ämnet hästkrafter och vridmoment.

I artikeln går vi genom hur effekt mäts och varför den anges på olika sätt. Lär dig skilja på hk, kW och brittiska hp. Och visste du att en bromsbänk bara mäter vridmoment, hästkrafterna räknas ut med en formel efteråt – som du givetvis också får.

Hästkrafter och vridmoment – alla fakta, frågor och svar du behöver för att förstå
Motorer testas i en motorbromsbänk där man kan mäta alla relevanta världen, inklusive effekt.

Många hästkrafter i en motor är ju alltid trevligt. Men för att direkt göra det lite komplicerat så är 175 hk inte alltid "bättre" 150 hk. Motorn med lägre toppeffekt kan i praktiken upplevas som starkare och piggare – tack vare en bättre vridmomentkurva. Häng med så ska vi förklara!

Tittar vi tillbaka i historien var nästan alla motorer utan överladdning, ingen turbo och ingen kompressor. De drog i sig luften, därav namnet sugmotorer. 

En sugmotor har en linjär effektutveckling, ju mer man varvar desto mer vridmoment och hästkrafter får man. Speciellt högvarviga sugmotorer kan ge en härlig körupplevelse och idag hittar vi dem oftast i sportbilar och entusiastbilar, som exempelvis Porsche 911 GT3 (boxersexa, 4,0 liter) och Ford Mustang GT (V8, 5,0 liter).

Men på 70-talet visade först Porsche och sedan Saab att man kan få ännu mer effekt genom att överladda motorn med turboaggregat. Genom att låga avgaserna sätta fart på en "fläkt" går det på andra sidan av turbon att komprimera insugsluften. Ju mer luft en motor får i sig, desto mer bränsle kan man spruta in. Och det är i bränslet energin finns.

För Saabs del visade man att en turbomatad 2,0-liters fyrcylindrig motor kunde ge lika mycket eller mer effekt än en V6 sugmotor. På det viset sparade man vikt och kostnader.

Den första förfiningen som de tidiga turbomotorerna fick var en övertrycksventil, eller wastegate som det heter på engelska. Även om högt turbotryck gav hög effekt så kunde det bli för mycket av det goda, då spikade motorn. Övertrycksventilen sänkte trycket när det behövdes och genom att matcha storleken på turboaggregatet kunde man få en hög och bred vridmomentkurva.

Turbomatningen slog snabbt igenom bland dieselmotorerna, där fördelarna var uppenbara. Att turbomata relativt små bensinmotorer blev också populärt och idag är sugmotorer ett undantag.

Att reglera ner övertrycket från turbon innebär också att vridmomentkurvan får ett annorlunda utseende, jämfört med sugmotorer. Vi kan se skillnaden nedan där vridmoment och hästkrafter visas i diagram. Audis 4,2-liters sugmotor-V8 till vänster och till höger ersättaren, Audis nya 3,0-liters V6-turbomotor.

Även om diagrammen är ungefär lika stora så notera att varvtalet (i botten) har olika skalor, liksom vridmomentet (till höger). Skillnaderna är alltså större än de upplevs i grafiken.

 

Två Audi-motorer, till vänster 4,2-liters V8 sugmotor och till höger nya 3,0-liters V6 turbo. Båda motorerna är "sportiga", för RS 4, S4 och S5.

I diagrammen ovan ser man att turbomotorn till höger bygger upp sitt maximala vridmoment extremt fort, och sedan ligger vridet på samma nivå under mer än 3.000 rpm. Den här platta vridmomentkurvan (streckad linje) är ett resultat av att turbotrycket regleras ner.

Tittar vi på sugmotorn till vänster bygger den gradvis upp sitt vridmoment till ett maximum vid cirka 3.500 rpm, vilket är relativt högt, sedan sjunker vridet gradvis. Maximal toppeffekt uppnås högt upp, vid 7.000 rpm. Genom att förskjuta vridmomenttoppen uppåt på sugmotorn når man en högre toppeffekt högt upp i varvtal.

Ju högre varvtal, desto fler förbränningscykler genomförs vilket ger högre toppeffekt. Det är därför många racingmotorer är extremt högvarviga, då får man helt enkelt ut mer effekt. 

Vad kanske inte alla tänker på är att antalet hästkrafter alltid står i en bestämd relation till vridmomentet. I en bromsbänk mäts bara vridmoment vid vissa varvtalsintervall, det antal hästkrafter som motorn ger får man fram genom en matematisk formel: hk = Nm gånger rpm delat med 7.022. 

Turbomotorns flacka vridmomentkurva avspeglas även i toppeffekten, som uppnås strax över 5.000 rpm och sedan ligger på samma nivå till cirka 6.400 rpm. Turbomotorn har hög effekt inom ett betydligt mindre och lägre varvtalsregister, det upplevs i praktiken som kraftfullt.

Turbomotorns diagram till höger har ett lite förskönat utseende, vilket är möjligt i en motorbromsbänk där motorn får jobba mot ett motstånd. På landsväg tar det inte "emot" lika hårt, såvida man inte kör i en uppförsbacke. Ju mer motstånd en turbomotor har, desto hårdare (snabbare) byggs turbotrycket upp.

I praktiken har alltså turbomotorn en vinkel som påminner mer om sugmotorn i början av vridmomentkurvan.

 

Eftersom turbotrycket regleras ner blir effektkurvorna "platta". Men hade turbotrycket tillåtits att fortsätta öka då hade kurvorna haft mera "normalt" utseende, enligt den röda streckade markeringen. Men allt för högt turbotryck får motorn att spika, förtända, och det skulle skada motorn. Därför måste turbotrycket regleras ned.

Vad är då viktigast – hästkrafter eller vridmoment? Den frågan brukar dyka upp med jämna mellanrum och det finns gott om åsikter.

De flesta bilister upplever förmodligen vridmomentet som det "viktigaste". Under vardagskörning används bara lägre varvtal och har motorn ett högt vridmoment där upplevs den som stark. Speciellt i kombination med automatlåda där motorn har rätt utväxling för snabbast acceleration.

En modern, liten bensinturbo med maxeffekten 150 hk kan därför upplevas som starkare än sugmotorn med toppeffekten 175 hk. Anledningen är en bredare vridmomentkurva hos turbomotorn med mycket effekt på låga varvtal. 

Därmed inte sagt att hög toppeffekt är oviktigt. Ligger man på en 90-väg och behöver köra om en långtradare så är varje hästkraft viktig för att komma om snabbt och säkert. Då kan den subjektiva skillnaden mellan en turbomotor med 120 hk och en större turbomotor med 170 hk upplevas som väldigt stor.

Å andra sidan kan man säga att allt inte enbart handlar om maxeffekt. Kör man på en racingbana eller i rallyskogen används max varvtal och max effekt under en relativt liten del av körningen, majoriteten av körningen är acceleration från ett lägre varvtal upp mot toppeffekten. Moderna turbomotorer har mycket effekt i mellanregistret och accelererar snabbt upp mot toppeffekten, det upplevs i praktiken som en lättkörd och kraftfull motor.

Men ska man vara riktigt petig är frågan om skillnader mellan hästkrafter eller vridmoment inte relevant. Hästkrafter är ett resultat av vridmoment, vid varje givet varvtal. Ger en motor mycket vridmoment så har den också många hästkrafter.

Det viktiga i sammanhanget är att se till hela effektkurvan, inte bara toppeffekt och maximalt vridmoment. Det är därför effektdiagram är bra för att på förhand få en uppfattning om hur kraftfull motorn upplevs. Effektdiagram kan framstå som lite nördiga, men de berättar en hel del.

Ska man skaffa ny bil är det förstås provkörningen och känslan som är avgörande, många bilar kan se bra ut i teorin men inte alls upplevas som så roliga som man trodde.

Och samma sak på andra hållet, många av dagens mindre turbomotorer på 1,2–1,6 liter kan vara riktigt kul att köra.

Ett förenklat sätt att se hur kraftfull motorn är får man genom att skapa en area under kurvan. Ju större area, desto kraftfullare motor. Turbomotorn skapar nästan en rektangulär "kloss" och mycket mer kraftfullt än så går det inte att få. Lägg märke till att skalan för vridmoment ligger till höger och är lite olika mellan motorerna, skillnaden är alltså större än den upplevs grafiskt.

Här ser vi effektkurvan på en typisk, modern turbomotor. I det här fallet Audis 4,0-liters V8 i det utförande den har i RS 7 Sportback.

Formeln för att räkna ut antalet hästkrafter, när vi vet vridmoment och varvtal, ser ut så här.

Och om vi tittar på Audis V8-turbo så ser vi att toppeffekten 560 hk inträffar vid 5.700 rpm. Maxvridet upprätthålls ända upp till 5.500 så vi kan därför gissa att antalet hästkrafter vid denna punkt är strax under 560 hk. Vi stoppar in uppgifterna och plockar fram miniräknaren. Jodå, effekten vid 5.500 rpm blir strax under 550 hk.

Enheter för effekt och vridmoment:

hk – hästkraft. 735,5 watt.

Nm – vridmoment, mätt i newtonmeter.

kW – kilowatt, det moderna sättet att mäta effekt som på sikt ersätter hästkrafter.

hp – horsepower, det brittiska sättet att mäta effekt. Hp och hk är inte exakt samma sak, men ganska nära. 745,7 watt.

hp SAE gross – en äldre mätmetod i USA där motorn kördes utan avgassystem, luftfilter, generator – vilket inte motsvarar verkligheten utan mest skapade "skrythästar".

hp SAE net – en mera realistisk mätmetod som infördes på 70-talet. Med avgassystem, luftfilter och generator. Skillnaden mellan SAE gross och SAE net varierar, men brukar vara minst tio procent.

rpm – revolutions per minute, eller varv per minut (varv/min), eller varvtal.

PS – Pferdestärke, tyska ordet för hästkrafter. 735,5 watt.

DIN-hk – en standardiserad, tysk mätmetod (Deutsches Institut für Normung). DIN-hästar är samma som hk eller PS.

Drivhjulshästar – effektmätning på drivhjulen, vilket innebär att man har vissa förluster i transmissionen.

Vevaxeleffekt – ett sätt att markera att effekten är mätt på vevaxeln, utan transmissionsförluster. Men vevaxeleffekt är det normala sättet att ange effekt, så det är egentligen en onödig uppgift.

 

När motorer testas i en bromsbänk är ett syfte att mäta effekt, givetvis, men främst testar man inställningar, temperaturer och även slitage. De slutgiltiga testerna sker i bilen, där mappningen finjusteras och man håller noga kontroll på temperaturerna i motorrummet.

Toppeffekten är inte alltid vad man tror

Vi bör alltid vara kritiska och inte minst när det gäller effektuppgifter. Den angivna siffran är ibland fel eller manipulerad, av olika skäl.

Fram till början på 70-talet användes SAE gross som mätmetod i USA. Motorerna kördes helt utan hinder som avgassystem och luftfilter. Det skapade "skrythästar" för marknadsföringen. När sedan avgasrening började införas i början av 70-talet, tillsammans med den mera rättvisande SAE net kunde skillnaden bli dramatisk. Typexemplet är Cadillac Eldorado som med sin 500 cui V8 (8,1 liter) angav toppeffekten 400 hk SAE gross 1970. Nästa år använde man SAE net, och då hade toppeffekten sjunkit till 235 hk!

Försäkringsbolag gillar som regel inte bilmodeller med hög toppeffekt, de anses mer benägna att köras fort och skadas i olyckor. Därför har biltillverkarna ibland skruvat ner den officiella toppeffekten – som i praktiken varit högre.

En del operatörer av rullande landsväg brukar räkna bort en förlust på 25 procent i transmissionen. På det viset framstår motorn som mera kraftfull, men det är nog mest för att trösta bilägaren som egentligen har en betydligt svagare bil.

Hur stora transmissionsförlusterna är varierar mycket mellan olika bilmodeller och drivlinor. Men 25 procent förlust är mycket, även 15 procent är en hög siffra. Med dagens krav på bränslesnålhet skulle biltillverkarna vara väldigt missnöjda med så stora energiförluster.

Motortrimmare anger ibland glädjesiffror för effekthöjning, en typ av marknadsföring. Det gäller även för chiptrim. Seriösa företag har bra koll på effektmätning och kan ge korrekta siffror.

Vid all effektmätning finns det yttre faktorer som påverkar mätningen. Det kan handla om barometriskt lufttryck, temperatur, luftfuktighet och kylning (för dålig kylning sänker effekten). På en rullande landsväg blir det även variationer i hur däcken glider på rullarna, speciellt vid höga effektuttag. De siffror som operatören får fram ska alltid justeras efter de yttre omständigheterna.

 

När ångmaskinerna gjorde sitt intåg uppstod ett behov av att kunna jämföra det arbete de kunde utföra. James Watt skapade hästkraften. Under en kort stund kan dock en häst utveckla betydligt mer än en hästkraft.

Grunderna för hk och Nm

För några av oss som har en viss distans till skolans fysiktimmar kan följande minnesregler därför upprepas regelbundet:

Effekt får man genom att mäta energi per tidsenhet.

Energi får man genom att ta effekten gånger tidsenheten.

Arbete definieras som kraft gånger vägen (sträckan).

Begreppet "hästkraft" är uråldrigt och definierades av James Watt cirka 1783 då han skulle jämföra hästar och ångmaskiner. Enligt det metriska systemet är en hästkraft 75 kilopondmeter per sekund, det vill säga ett lyft på en meter av 75 kilo utfört på en sekund.

Men skotten James Watt skulle förstås krångla till det med engelska termer och definierade sin "horsepower" som 33.000 footpoundforce per minut. Metriska hk och engelska hp är ganska lika men när vi omvandlar till den modernare enheten watt ser vi att det finns en liten skillnad: hk = 735,5 watt, hp = 745,7 watt.

Här har vi alltså förklaringen till att engelska och amerikanska tidningar inte skriver motoreffekt med samma siffror som vi i det metriska systemet. När BMW anger motoreffekten i sin V10:a till 507 hk skriver brittiska tidningar att den ger 500 hk. Man kan ju på goda grunder anta att BMW är fullt medvetna om detta och anger toppeffekten så att amerikanerna kan skryta om sin M6:a med "500 horsepower". Om BMW angett motorn till 500 hk hade det "bara" blivit 493 hp, som inte låter riktigt lika bra för marknadsförarna.

Nu för tiden har bilindustrin nästan helt gått över till att ange motoreffekt i kilowatt, kW. Av praktiska skäl avrundas ofta effektsiffran i kW, vilket gör att den omräknat till hk blir ojämn. Om ni undrat över varför exempelvis Golf GTI har 211 hk och inte 210 så beror det på att turbofyran ger 155 kW, alltså 210,7 hk (avrundat 211 hk).

 

Håll dig uppdaterad med nyhetsbrevet!
Jag tycker vridmomentkurvan är viktigare än toppeffekten!
71
15