Que vous achetiez une nouvelle voiture ou que vous construisiez une hot rod dans votre garage, deux facteurs entrent en ligne de compte pour déterminer les performances du moteur: la puissance et le couple. Si vous êtes comme la plupart des mécaniciens de bricolage ou des passionnés de l'automobile, vous avez probablement une bonne compréhension de la relation entre la puissance et le couple, mais vous aurez peut-être du mal à comprendre comment ces chiffres sont atteints. Croyez-le ou non, ce n'est vraiment pas si complexe.
Avant d'être trop techniques, décomposons quelques faits et définitions simples qui permettent de comprendre pourquoi la puissance et le couple sont des facteurs importants à considérer. Nous devons commencer par définir les trois éléments de mesure de la performance d'un moteur à combustion: la vitesse, le couple et la puissance.
Partie 1 sur 4: Comprendre comment la vitesse du moteur, le couple et la puissance ont une incidence sur les performances globales
Dans un récent article du magazine Hot Rod, l'un des plus grands mystères de la performance du moteur a finalement été trouvé en revenant aux bases de la façon dont la puissance est effectivement factorisée. La plupart des gens supposent que les dynomètres (moteurs dynos) sont conçus pour mesurer la puissance d'un moteur.
En réalité, les dynomètres ne mesurent pas la puissance, ils mesurent le couple. Ce couple est multiplié par le régime auquel il est mesuré, puis divisé par 5 252 pour produire une valeur de puissance.
Pendant plus de 50 ans, les dynomètres utilisés pour mesurer le couple et le régime moteur n'ont tout simplement pas pu gérer la puissance intense produite par ces moteurs. En fait, un cylindre sur ce déplacement de 500 pouces cubes, la combustion de nitrométhane Hemis produit une estimation de 800 livres de poussée à travers un seul tuyau d'échappement.
Tous les moteurs, qu'ils soient électriques ou à combustion, fonctionnent à des vitesses différentes. Dans la plupart des cas, plus un moteur effectue rapidement son cycle de puissance, plus il produit de puissance. En ce qui concerne un moteur à combustion, les trois éléments qui influent sur les performances globales de ce moteur sont la vitesse, le couple et la puissance.
La vitesse est définie comme la vitesse à laquelle le moteur effectue son travail. Lorsque nous appliquons la vitesse du moteur à un nombre ou à une unité de mesure, nous mesurons la vitesse du moteur en tours par minute ou par minute. Le «travail» que le moteur effectue est une force appliquée sur une distance mesurée. Le couple est défini comme un type particulier de travail qui produit une rotation. Cela se produit lorsqu'une force agit sur un rayon (ou, pour un moteur à combustion, sur le volant) et est typiquement mesurée en livres-pied.
La puissance est la vitesse à laquelle le travail est accompli. Dans l'ancien temps, si les objets devaient être déplacés, les humains utilisaient généralement un cheval pour le déplacer. On a estimé qu'un cheval pouvait déplacer environ 33 000 pieds-livres par minute. C'est de là que vient le terme "cheval-vapeur". Différent de la vitesse et du couple, la puissance peut être mesurée en plusieurs unités comprenant: 1 HP = 746 Watts, 1 HP = 2.545 BTU et 1 HP = 1.055 joules.
Ces trois éléments travaillent ensemble pour produire la puissance du moteur. Comme le couple reste constant, la vitesse et la puissance restent proportionnelles. Cependant, à mesure que la vitesse du moteur augmente, la puissance augmente également afin de maintenir un couple constant. Cependant, lorsque beaucoup de gens sont confus, c'est dans la façon dont le couple et la puissance ont un impact sur la vitesse du moteur. Tout simplement, à mesure que le couple et la puissance augmentent, la vitesse du moteur augmente également. L'inverse est également vrai: lorsque le couple et la puissance diminuent, la vitesse du moteur diminue également.
Partie 2 sur 4: Comment les moteurs sont construits pour maximiser le couple
Le moteur à combustion moderne peut être modifié pour améliorer la puissance ou le couple en manipulant la taille ou la longueur de la bielle et en augmentant l'alésage ou le diamètre du cylindre. Ceci est souvent appelé le rapport alésage / course.
Le couple est mesuré en Newton mètres. En termes simples, cela signifie que le couple est mesuré dans un mouvement circulaire de 360 degrés. Notre exemple prend deux moteurs identiques qui ont le même alésage dimensionné (ou le diamètre du cylindre de combustion). Cependant, l'un des deux moteurs a une "course" plus longue (ou la profondeur du cylindre produite par une bielle plus longue). Le moteur avec la course la plus longue a un mouvement plus droit tandis qu'il tourne à travers la chambre de combustion et a plus d'effet de levier pour accomplir la même tâche.
Le couple est mesuré en livres-pieds ou combien de "force de torsion" est appliquée pour accomplir une tâche. Par exemple, imaginez que vous essayez de desserrer un boulon rouillé. Supposons que vous ayez deux clés à pipe différentes, l'une de 2 'de long, l'autre de 1' de long. En supposant que vous appliquez la même quantité de force (dans ce cas, 50 livres de pression), vous appliquez en fait 100 pieds-livres de couple pour la clé à deux pieds (50 x 2) et seulement 50 lb. de couple (1 x 50) avec la clé à un pied. Quelle clé vous aidera à desserrer le boulon plus facilement? La réponse est facile - celle avec plus de couple.
Les ingénieurs développent un moteur pour produire un rapport couple / puissance plus élevé pour les véhicules qui ont besoin de la «puissance» supplémentaire pour accélérer ou grimper. En règle générale, vous constatez des valeurs de couple plus élevées pour les poids lourds utilisés pour les applications de remorquage ou les moteurs haute performance où l'accélération est critique (comme l'exemple NHRA Top Fuel Engine noté ci-dessus).
C'est pourquoi les constructeurs automobiles mettent souvent en évidence le potentiel de couple élevé des moteurs dans les publicités de camions. Le couple du moteur peut également être amplifié en modifiant le calage de l'allumage, en ajustant l'air aux mélanges de carburant et même en le manipulant pour augmenter le couple de sortie dans certains scénarios.
Partie 3 sur 4: Comprendre les autres variables ayant une incidence sur le couple nominal global d'un moteur
Quand il s'agit de mesurer le couple, il y a trois variables uniques dans le moteur à combustion que vous devez considérer:
La force créée à un régime spécifique: C'est la puissance maximale du moteur produite à un régime désiré. Quand un moteur accélère, il y a une courbe de RPM ou de puissance. Lorsque le régime du moteur augmente, la puissance augmente également, jusqu'à atteindre un niveau maximum.
La distance: C'est la longueur de la course de la bielle: plus la course est longue, plus le couple est créé comme expliqué ci-dessus.
La constante du couple: C'est un nombre mathématique qui est assigné à tous les moteurs, 5252 ou au régime constant où la puissance et le couple sont équilibrés. Le nombre 5252 a été dérivé de l'observation qu'une puissance équivalait à 150 livres qui couvraient 220 pieds en une minute. Pour exprimer cela en livres de couple, une formule mathématique a été introduite par James Watt, qui a inventé la première machine à vapeur.
La formule est la suivante:
En supposant que la force de 150 livres est appliquée à un pied de rayon (ou un cercle qui se trouve à l'intérieur du cylindre d'un moteur à combustion, par exemple), vous devez convertir cela en pieds-livres de couple.
220 pieds en une minute doivent être extrapolés en révolutions par minute. Pour ce faire, vous prendriez deux fois Pi (ou 3.141593) ce qui équivaut à 6.283186 pieds. Prendre 220 pieds et diviser par 6.28 et nous obtenons un RPM de 35.014 pour chaque révolution.
Prenez les 150 pieds et multipliez les fois 35.014 et vous obtenez 5252.1 - qui est notre constante qui est factorisée dans la mesure des pieds-livres de couple.
Partie 4 sur 4: Comment calculer le couple d'un véhicule
La formule pour déterminer le couple est le couple = la puissance du moteur x 5252, qui est ensuite divisée par les RPM.
Le problème avec le couple, cependant, est qu'il est mesuré à deux endroits différents: directement du moteur et des roues motrices. Les autres composants mécaniques susceptibles d'augmenter ou de réduire le couple nominal des roues comprennent: la taille du volant moteur, les rapports de transmission, les rapports d'engrenage de l'essieu moteur et la circonférence du pneu / de la roue.
Afin de déterminer le couple à la roue, tous ces éléments doivent être pris en compte dans l'équation, ce qui est préférable à un programme informatisé inclus dans un dyno de performance. Sur ce type d'équipement, la voiture est placée sur une crémaillère et les pneus d'entraînement sont placés à côté d'une série de rouleaux. Le moteur est branché sur une lecture d'ordinateur qui surveille le régime moteur, la courbe de carburant et les rapports de démultiplication. Ces chiffres sont factorisés avec la vitesse de la roue, l'accélération et le régime de changement de vitesse lorsque le véhicule est conduit sur le dyno pendant la durée désirée.
Le calcul du couple du moteur est beaucoup plus facile à déterminer. En suivant la formule ci-dessus, il est clair de voir comment le couple du moteur est proportionnel à la puissance et au régime des moteurs comme expliqué dans la première section. En utilisant cette formule, vous pouvez déterminer les valeurs de couple et de puissance à chaque point de la courbe RPM. Vous devez avoir les puissances en chevaux du moteur qui sont produites par le fabricant du moteur afin de calculer le couple.
Calculateur de coupleCertaines personnes utilisent une calculatrice en ligne, proposée par MeasureSpeed.com, qui vous demande de saisir les puissances maximales du moteur (fournies par le fabricant ou complétées lors d'un tirage de moteur professionnel) et le régime souhaité.
Si vous remarquez que votre moteur a du mal à accélérer et qu'il n'a pas la puissance que vous croyez nécessaire, demandez à l'un des mécaniciens certifiés de Vermin-Club d'effectuer une inspection pour déterminer la source du problème.