Thèmes:
- Couple moteur
- Puissance du moteur
- Mesurer le couple et la puissance
- Puissance et kiloWatt
Couple moteur :
Le couple moteur est la force avec laquelle le vilebrequin du moteur tourne. Le couple est créé à partir de la combinaison de la force de combustion sur le piston et de la distance du rayon de manivelle. La force exercée sur le piston dépend, entre autres, du degré de remplissage (quantité d'air) et de la quantité de carburant et varie car l'angle de la transmission de puissance au maneton change continuellement. Nous pouvons en calculer la pression moyenne du piston diagramme indicateur ou obtenez un diagramme pv.
Dans le dessin au trait suivant, nous voyons le piston poussé vers le bas par la force de combustion (p). Cette pression de combustion crée la force F, la force du piston. La force du piston est transmise au tourillon de vilebrequin (r) via la bielle (S). Cela crée ce que l'on appelle la force tangentielle (Ft).
Le couple est calculé à l'aide de la formule Ft xr (la force tangentielle multipliée par le rayon de manivelle) et est exprimé en Nm (Newton mètres).
Légende:
p = pression sur le piston.
F = la force exercée sur le piston
N = Force de guidage
S = Force sur la bielle
r = rayon de manivelle
Ft = Force tangentielle
En raison de la pression de combustion variable et de la torsion du mécanisme manivelle-bielle, la force tangentielle n'est pas non plus une quantité constante. On travaille donc avec une force tangentielle moyenne.
On peut déterminer la force tangentielle en décomposant la force du piston (voir l'image ci-dessous et la page «dissoudre la force du piston).
Le couple moteur dépend exclusivement de la force exercée sur le piston, car toutes les autres variables telles que le diamètre du piston et le rayon de manivelle sont des données moteur fixes. La force exercée sur le piston (Fz) est compensée par la pression de combustion (p) et dépend du degré de remplissage du moteur (avec un rapport de mélange stoechiométrique). C'est principalement l'étranglement dans le collecteur d'admission qui détermine le niveau de remplissage du moteur.
La plus grande limitation est provoquée par la position du papillon des gaz. La position du papillon a la plus grande influence sur le couple moteur : après tout, nous influençons les performances du moteur en modifiant la position du papillon. Dans une configuration de test, nous mesurons le couple maximum délivré lorsque le papillon des gaz est complètement ouvert.
Le couple n’est pas le même partout à différentes vitesses et à plein régime. En raison des vitesses de gaz changeantes et des angles d'ouverture des vannes fixes, le couple ne sera optimal qu'à une certaine vitesse.
Dans les images ci-dessous, nous voyons les diagrammes de puissance et de couple de deux types de moteurs diesel utilisés dans une BMW série 3 (E9x). Avec les deux moteurs, le couple est atteint à environ 1800 320 tr/min, mais il est nettement plus élevé avec la 316d qu'avec la 2.0d. Les deux moteurs ont une cylindrée de XNUMX litres. Le couple plus élevé est rendu possible, entre autres, par la suralimentation, les soupapes dans le collecteur d'admission et la cartographie du système de gestion du moteur, qui, en plus du couple, détermine la consommation et les émissions de gaz d'échappement.
Puissance du moteur:
En plus du couple moteur, les spécifications d'usine mentionnent également la puissance du moteur. La puissance du moteur est une multiplication du couple moteur par le régime moteur. La puissance correspond en fait au nombre de fois où le couple peut être délivré par seconde. La formule officielle est :
où P est la puissance en Nm/s ou Watt, M est le couple en Nm et ω (oméga) est la vitesse angulaire. La lettre T est également utilisée pour le couple à la place du M.
Puisque la vitesse angulaire (ω) est 2 * π * n, où n est le nombre de tours par seconde, nous pouvons changer la formule comme suit :
A titre d'exemple, nous prenons un moteur FSI à quatre cylindres atmosphérique de 2.0 litres avec quatre soupapes par cylindre du VAG (code moteur : AXW). Bien sûr, nous pouvons lire le couple et la puissance sur le graphique, mais dans cette section, nous calculons la puissance en fonction du couple.
Données:
- couple moteur : 200 Nm ;
- vitesse : 3500 tr/min = 58,33 tr/sec.
Recherché: la puissance délivrée à la vitesse donnée.
Le couple et la puissance délivrés à 3500 200 tr/min sont de 73,3 Nm et XNUMX kW.
Mesure du couple et de la puissance :
Le couple est directement responsable de la puissance de traction de la voiture. Le couple est multiplié par le rapport de transmission (i) de la boîte de vitesses et de la réduction finale, et divisé par le rayon chargé (rb) des roues motrices (voir la page calculer les rapports de démultiplication).
Le couple moteur est mesuré en freinant le moteur avec le papillon complètement ouvert à différentes vitesses. En freinant le moteur, la vitesse sélectionnée reste constante. La force de freinage du moteur, multipliée par le rayon de l'objet à mesurer sur lequel la force agit, est alors le couple du moteur.
Un frein à courants de Foucault peut être utilisé pour la mesure de puissance. La mesure s'effectue directement sur le vilebrequin. Les électroaimants génèrent des courants de Foucault dans un disque métallique, la force de freinage étant déterminée en mesurant la flexion d'un élément de torsion. Lors de la mesure de la puissance d'un moteur sur un frein à courants de Foucault, la vitesse et le couple sont les grandeurs mesurées. La puissance est déterminée au moyen d'un calcul (voir paragraphe précédent).
La puissance d’un véhicule peut également être mesurée directement au niveau des roues. Il faut cependant prendre en compte des pertes allant jusqu'à 70 %. Ces pertes se produisent lors de la transmission. La puissance à l'essieu (la puissance mesurée sur les roues sur le banc d'essai de puissance) est également appelée puissance DIN. La puissance mesurée au volant est appelée puissance SAE. SAE signifie Société des ingénieurs automobiles. La valeur du SAE sera donc toujours supérieure à celle du DIN.
Les rouleaux métalliques du banc d'essai sont reliés à un mécanisme de freinage, souvent à courant de Foucault. La force avec laquelle les rouleaux sont freinés, ainsi que la vitesse des roues et du vilebrequin, le couple délivré sont mesurés et la puissance est calculée. La mesure est généralement effectuée sur le rapport le plus élevé ou sur le deuxième rapport le plus élevé, avec la pédale d'accélérateur complètement enfoncée. Une perte de 15 à 30 % n’est pas inhabituelle pour les véhicules à deux roues motrices. L'ordinateur du banc compense cette perte en mesurant la quantité d'énergie nécessaire au banc pour conduire le véhicule. Lors de cette mesure, le véhicule roule en roue libre avec l'embrayage enfoncé.
Les constructeurs ou les préparateurs essaient de maintenir la courbe de couple aussi plate que possible, afin que le couple moteur reste le même sur autant de tours que possible. En particulier, les moteurs suralimentés (turbo/compresseur) qui augmentent considérablement le couple peuvent ainsi être réglés le plus à niveau possible. Également en appliquant des techniques d'augmentation du niveau de remplissage, telles que moteurs multisoupapes, calage variable des soupapes ou collecteur d'admission variable la zone de couplage peut être maintenue aussi plate que possible.
Si nous devions mesurer le couple à différentes positions du papillon, nous obtiendrions une progression comme l’image suivante. Cependant, une telle mesure est rarement réalisée.
Puissance (ch) et kiloWatt (kW) :
Pour exprimer la capacité de travail d'un véhicule, les unités « puissance » et « kilowatt » sont utilisées. La puissance dépend du couple par seconde. La définition de la puissance vient de l’époque où le transport se faisait encore par chevaux et charrettes. Si une masse de 75 kilogrammes est soulevée sur une distance de 1 mètre en 1 seconde, une puissance de 1 cheval-vapeur est délivrée. Donc 1 cheval-vapeur équivaut à 75 kg * 1 mètre / 1 seconde.
Si nous regardons la puissance par unité Watt, alors 1 Watt est une multiplication de 1 Newton * 1 mètre par seconde. Nous abrégeons cela en [1 Nm/sec].
La puissance (ch) utilisée aux Pays-Bas est exactement la même que celle du Pferdestärkte allemand (PS) et du Chaval-Vapeur français (CH).
1 ch = 0,7355 kW
1 kW = 1,3596 ch
La puissance (ch) anglaise/américaine est plus grande.
1 ch = 0,7457 kW
1 kW = 1,3410 ch
Si nous convertissons la puissance en watts, nous devons multiplier la masse par l'accélération de la gravité : 1 HP = 75 kg/sec * 9,81 m/s^2 = 7355 W = 0,7355 kW.
Pour convertir la puissance d'un moteur de 150 ch, on multiplie le nombre de kg/sec. avec le nombre de chevaux. Cela donne : (150 * 75) * 9,81 = 110,4 kW.
Nous pouvons également convertir la puissance en watts en chevaux-vapeur. Nous procédons comme suit : 1 / 0,7355 (W) = 1,36 ch. Un moteur d'une puissance de 92 kW produit selon le calcul : (1 * 92) / 0,736 = 125 ch.
