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POURQUOI un moteur cale-t-il ? (transmission manuelle)
Question
Avant de considérer ma question comme une question à laquelle on a déjà répondu un million de fois, je souhaite apporter une précision. Je comprends que le moteur doit aller à un certain régime et lorsque vous essayez d'engager l'embrayage à la fois à partir d'un arrêt complet, le moteur n'a pas assez de puissance pour déplacer le véhicule à ce régime, puis le moteur cale. Ma question est, POURQUOI le moteur doit-il tourner à un régime minimum ? Pour clarifier, il y a deux scénarios spécifiques dont je veux discuter :
1.) Disons que vous allez du point au 1er. Vous embrayez trop vite ; le moteur essaie de déplacer le véhicule, forçant le régime à baisser trop bas, ce qui fait caler la voiture. Pourquoi les moteurs ne peuvent-ils pas être conçus si bas régime n'égale pas un moteur calé ? Est-ce parce que le moteur va surchauffer et cela sert de mesure de protection ?
2.) Disons que vous allez à 70 mph et que vous ralentissez ensuite à 20 mph tout en étant toujours en 5ème vitesse. Dans cette situation (je n'ai jamais fait cela mais je ne fais que deviner), le moteur va probablement caler parce que le moteur veut aller à un certain régime, mais en 5ème vitesse, le moteur doit aller plus lentement que son régime minimum et le moteur n'a pas assez de puissance pour accélérer la voiture. Est-ce correct ?
Merci pour votre aide les gars ! J'apprends juste à conduire un bâton, et je veux aussi comprendre comment tout fonctionne sous le capot :)
Réponse populaire
En résumé, il y a des compromis. Dans le cas du moteur, c'est le couple de sortie et la masse en rotation par rapport au régime du moteur ... lisez la suite.
D'abord, ce n'est pas la puissance qui est nécessaire, mais couple pour garder un moteur en marche. Au début des moteurs, chacun avait un cylindre et ne tournait pas très vite. Pour le faire fonctionner, il y avait un très grand volant d'inertie qui lui était attaché. Une fois que le moteur tournait, il continuait à tourner car il y a un petit énoncé de physique qui dit quelque chose comme "la masse en mouvement a tendance à rester en mouvement" et inversement, "la masse au repos a tendance à rester au repos". Le volant d'inertie fournit la masse dont je parle.
(REMARQUE : Il s'agit d'un moteur à vapeur monocylindre, mais le même principe s'applique.)
(Ce moteur à essence monocylindre a deux masses de volant d'inertie, une de chaque côté.)
Les moteurs d'aujourd'hui ne sont pas différents de ceux d'autrefois. Ils ont encore besoin de la masse pour continuer à courir. Sans une sorte de volant d'inertie, ils cesseront de fonctionner. Une transmission manuelle a un volant d'inertie régulier, qui est la masse de son moteur. Une transmission automatique a un convertisseur de couple, qui est la masse de son moteur. Sans cela, le moteur mourra car il n'y a pas assez de masse pour le maintenir entre les allumages des pistons. La masse du volant fournit le couple nécessaire pour le maintenir en marche.
Même dans cet esprit, pour maintenir un moteur en marche à des vitesses inférieures, il faut que le moteur produise plus de couple. Pensez à un grand navire de haute mer avec un moteur diesel. Le Wartsila-Sulzer RTA96-C est censé être le plus gros moteur diesel au monde. Il tourne à plein régime à 127 tr/min (c'est généralement 1/7e de la vitesse du moteur de votre voiture moyenne). Comment continue-t-il à fonctionner à cette vitesse ? Deux raisons : la masse et le couple. La masse totale du moteur est énorme... ils n'annoncent pas directement quelle est la masse rotative (vilebrequin, volants d'inertie, etc.) du moteur, mais si vous regardez la vidéo, vous verrez de quoi je parle. La deuxième partie est le couple. Ils annoncent que la puissance de sortie de leur moteur 14 cylindres à 127 tr/min est de 80 080 KW. Si vous exécutez cela à travers quelques calculs, 80 080 KW convertis en 107 389,03 chevaux, ce qui, au régime donné, est de 4 441 001,46 pieds-livres de couple. Votre voiture standard à 4 cylindres ne produit qu'environ 150 à 180 livres-pied de couple maximal, et c'est à un régime beaucoup plus élevé, disons entre 2 500 et 6 000. (REMARQUE : Certains moteurs à 4 cylindres peuvent produire bien plus que cela, disons environ 300 pieds-livres ou même plus. J'utilise simplement les chiffres comme ligne directrice générale.) Cela prend un quantité minimale de couple pour maintenir le moteur en marche. Je ne pense même pas que Jay Leno envisagerait de mettre un moteur Wartsila dans une voiture (même si je parie que cela ne l'empêche pas de penser au moteur, lol).
La masse du volant d'inertie ne peut pas tout faire. Une fois que le vilebrequin atteint un seuil bas régime, le moteur s'arrête de tourner. Lorsqu'un moteur descend en dessous de ce seuil et essaie de continuer à fonctionner, une grande pression est exercée sur les composants internes du moteur. Pensez à l'objet immobile (pistons et tiges) rencontrant la force irrésistible (le mélange air/carburant qui explose). Une fois que le moteur ralentit suffisamment, sa masse (ainsi que la masse de la voiture) atteint le point où elle veut se reposer (l'autre extrémité de l'accord de masse en mouvement). Quelque chose doit céder et cela se fait généralement au détriment du piston/de la tige. Lorsque vous ralentissez un véhicule par rapport à la vitesse tout en gardant la transmission en 5ème vitesse, vous ferez ce qu'on appelle tirer le moteur. Vous commencerez à sentir le moteur secouer fortement jusqu'à ce qu'il s'arrête de fonctionner. C'est de cette sensation de secousse que je parlais lorsque j'ai dit que votre moteur commencerait à subir un stress extrême. Si cela est fait assez longtemps, le moteur peut subir suffisamment de stress pour provoquer une panne catastrophique. Même fait pour une courte période de temps, des dommages peuvent survenir.
Donc, en fin de compte, un moteur nécessite tellement de couple pour le maintenir en marche. Au fur et à mesure que le moteur ralentit, cette exigence de couple augmente pour le maintenir. À un moment donné, un petit moteur n'a tout simplement pas la masse nécessaire et ne peut pas non plus produire le couple nécessaire pour le maintenir en marche.
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Le moteur est optimisé pour être efficace à haut régime ou à bas régime (conception de moteur de course ou de bétonnière respectivement) mais il ne peut pas être efficace à toutes les vitesses possibles, il appartient donc au conducteur de choisir le meilleur rapport et vitesse correspondant aux capacités du moteur dont il dispose, c'est-à-dire qu'il continue à tourner à un régime approprié pour la vitesse/le couple requis de ce type de moteur.
Il y a quelques problèmes à essayer de faire tourner un moteur à combustion interne lentement.
Dans un moteur à combustion interne à quatre temps, le cylindre passe par quatre temps.
Suck- Squeeze-Bang-Blow
Ce n'est que sur la course "Bang" que le cylindre produit un couple. Pendant les autres courses, en particulier la course de compression et les transitions entre les courses, le cylindre consomme du couple. Si nous avons quatre cylindres ou moins, nous devons donc compter sur l'inertie pour faire tourner le moteur. En dessous d'une certaine vitesse, cela ne fonctionnera pas et le moteur s'arrêtera.
Si nous avons plus de quatre cylindres, nous évitons ce problème. Il y a toujours au moins un cylindre dans la course "Bang" mais nous avons un autre problème.
Pour que le moteur fournisse une force globale, les cylindres dans la course "bang" doivent fournir plus de force que les cylindres dans la course de compression n'en consomment. Une grande partie de cette force est générée par la dilatation thermique des gaz, mais la dilatation thermique est un processus temporaire. Au fur et à mesure que les gaz dans les cylindres "bang" se refroidissent, ils ne seront plus en mesure de fournir suffisamment de force pour surmonter la force des cylindres "squeeze" et la friction dans le moteur.
Les moteurs à vapeur sont une autre affaire . La combustion et la génération de vapeur sont des processus continus indépendants de la vitesse de rotation. Ainsi, à condition que le moteur ait suffisamment de cylindres, il peut produire un couple à vitesse nulle dans n'importe quelle position.