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Pourquoi une courbe de couple et de puissance des moteurs à essence se rencontre-t-elle toujours à 5252 tr/min ?
Question
Je regarde une émission télévisée intitulée Tech Garage et ils viennent de prétendre que les courbes de couple et de puissance d'un moteur se rencontrent toujours à 5252 tr/min. En supposant que cela soit vrai, pourquoi cela se produit-il ? Est-ce quelque chose conçu dans les moteurs, ou est-ce simplement la façon dont la thermodynamique fonctionne ?
Si c'est le résultat de la conception, qu'en est-il du moteur qui est conçu pour que cela soit vrai ?
Réponse acceptée
C'est juste des maths, et c'est parce que la puissance est définie (en termes de couple) comme 550 ft·lbs par seconde.
Un seul HP équivaut à 33 000 livres déplacés de 1 pied en 1 minute (selon James Watt, c'est la moyenne de ce qu'un cheval réel peut faire). Un RPM d'un moteur déplaçant le même 1 lb parcourrait environ 6,283 pieds (la circonférence d'un cercle de rayon de 1 pied).
33 000 / 6,283 = 5252
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Juste pour le plaisir, j'ai fait quelques calculs sur google, pour montrer qu'il s'agit d'un artefact du système d'unités utilisé pour calculer le couple et la puissance.
Le nombre 5252 peut être calculé comme :
1 horsepower / 1 lbf foot radian in turns/minute
5 252.11312
Le nombre exact est 16 500/π (33 000/τ)
Donc, si le calcul était fait en métrique unités à la place (watts et newton-mètres pour le couple), vous obtiendrez :
1 W / 1 N m rad in turns/minute
9.54929659
Ce nombre se trouve être 30/π (ou 60/τ), en raison du nombre de secondes dans une minute. Si vous mesuriez la vitesse de rotation du moteur en radians/seconde, le nombre deviendrait 1. La même chose s'appliquerait au système non métrique, si des pieds-livres étaient utilisés au lieu de chevaux-vapeur pour mesurer la puissance du moteur.
L'endroit où les "courbes se rencontrent" est entièrement un artefact de placer les deux quantités (mesurées en chevaux-vapeur et livres-pieds) sur les mêmes échelles numériques sur l'axe d'un graphique. Si vous les avez représentés graphiquement les uns par rapport aux autres plutôt que par rapport au régime, cela apparaîtrait à la place en ce sens qu'un certain point (correspondant à 5252 tr/min) apparaîtrait à un point où la puissance en chevaux et le couple en livres-pieds sont les mêmes.< /p>
Je viens d'ajouter à la bonne réponse de Marks ci-dessus :
Bien que la puissance soit définie en termes de couple, la puissance est la mesure la plus utile de la puissance d'un moteur lorsqu'il s'agit d'essayer de déterminer à quelle vitesse votre voiture va être, en supposant que vous ayez une transmission appropriée. Une transmission modifie le couple de sortie, mais laisse la puissance inchangée (en négligeant les pertes par frottement, etc.). Par conséquent, le vieil adage "la puissance vend les voitures, le couple gagne les courses" est en fait complètement faux en théorie. Un moteur hypothétique qui produisait un couple de 1 000 pieds-livres, mais qui ne tournait qu'à 10 tr/min, donnerait une voiture extrêmement lente.
Pour les voitures réelles, cependant, les gens discutent rarement des courbes de puissance ou de couple réelles. Ils ne parlent généralement que de puissance maximale ou de couple maximal. Les voitures à couple élevé le produisent généralement dans la partie inférieure, ce qui augmente également la puissance dans la partie inférieure. Étant donné que la puissance est liée au régime, la puissance de pointe se produit généralement à des régimes élevés. Par conséquent, un moteur à « couple élevé » peut avoir la même HP de pointe qu'un moteur à « faible couple », mais le moteur à couple élevé aura plus de puissance dans la partie inférieure de la plage de régime. Pour cette raison, la voiture sera plus rapide - mais les personnes qui ne considèrent que les valeurs maximales diront que cela est dû au couple, alors qu'en réalité, cela est dû à une large plage de puissance. N'oubliez pas que n'importe quel moteur peut en théorie produire une quantité arbitrairement élevée de couple après avoir été acheminé via une transmission.
Pour un exemple hypothétique simple, considérons un moteur A avec une courbe de puissance typique, puis imaginez un moteur B avec la même courbe de puissance exacte, mais à l'échelle x2 sur l'axe RPM. Si le moteur A produisait un pic de HP à 5 000 tr/min, le moteur B produirait un pic de HP à 10 000 tr/min. Si le moteur A produisait 90 ch à 2 000 tr/min, le moteur B produirait 90 ch à 4 000 tr/min.
Maintenant, imaginez que le moteur B passe par une transmission sans friction avec un rapport de 2:1. Cela ralentira efficacement le moteur B, de sorte que les caractéristiques de la courbe de puissance modifiée par la transmission se produisent désormais aux mêmes vitesses de rotation que le moteur A. Le moteur B produit maintenant le même couple et la même puissance que le moteur A après la transmission, malgré le fait que le moteur B aurait clairement moins de couple avant la transmission. (Encore une fois, voir la grande explication des maths de Marks)