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Comment ces moteurs similaires diffèrent-ils autant en termes de puissance de sortie ?
Question
J'ai une question qui me tracasse depuis longtemps. Je vais prendre une BMW E46 (Série 3) comme exemple pour que ce soit plus facile à poser.
En comparant les moteurs M3 et E46 330 : S54B32 et M54B30, il s'agit de six moteurs essence en ligne où le moteur M3 a une cylindrée un peu plus importante de 3,2 L au lieu des 3,0 L normaux. Cependant, la différence de puissance de sortie est énorme, M54 étant ~230HP et S54 ~340HP.
Ma question principale est qu'est-ce qui fait la différence ici ? Quelles sont les autres façons de faire une si grande différence? Ces deux moteurs sont n/a, les deux utilisent VANOS, donc je n'ai vraiment pas d'autres idées. Est-ce que M3 a des injecteurs de carburant et une pompe plus efficaces et un meilleur logiciel pour qu'il brûle plus de carburant et utilise plus d'air pour faire cette différence ? Des arbres à cames plus agressifs ? Système d'échappement plus efficace? Tout cela combiné ?
Réponse populaire
La plus grande différence est que le moteur M3 utilise un bloc moteur en fonte par rapport au bloc alu-sil du 330. En cas d'utilisation dure (très dure), les blocs en alliage peuvent se tordre et se déformer physiquement alors que le bloc en fonte est " plus dur" résiste donc plus efficacement aux forces internes. C'est pourquoi les moteurs Alfa Romeo à double étincelle peuvent utiliser de l'huile lorsqu'ils sont poussés à fond.
Le M3 présente un taux de compression de 11,5:1 par rapport au 10,2:1 du 330. Cela signifie que les pistons sont "écraser" davantage le mélange carburant/air.
Le M3 a des poussoirs solides dans son engrenage d'arbre à cames, ce qui signifie qu'il peut monter plus haut (8 000 tr/min contre 7,5 000 tr/min de la 330 avec ses poussoirs hydrauliques) .
Les profils d'arbre à cames sur le M3 sont plus agressifs, il garde donc ses soupapes ouvertes plus longtemps avec plus de chevauchement.
Le M3 utilise des corps de papillon indépendants, ce qui signifie que chaque cylindre est alimenté par son propre papillon et trompette par rapport au système de chambre de tranquillisation utilisé sur le 330. C'est un peu comme l'ancienne mise à niveau du carburateur Twin DCOE Weber d'autrefois.
Le M3 a une carte beaucoup plus axée sur les performances sur son ECU de gestion du carburant. Cela signifie qu'il n'est pas conçu pour un usage routier général comme le 330, mais sacrifie plutôt une certaine économie de carburant au profit d'une puissance de sortie plus élevée.
Le système d'échappement monté sur le M3 est beaucoup plus fluide que celui-là. des 330, ce qui signifie qu'il peut expulser un plus grand volume de gaz d'échappement au prix d'un système moins silencieux.
Vous trouverez généralement, pour les variantes de performance de la plupart des modèles, une différence significative entre le " les versions "cuisine" et les versions sportives. C'est aussi vrai pour la Mini VS Mini Cooper S et la Golf VS Golf GTI que l'Aston Martin DB9 VS la DBS et la Lotus Elise VS Lotus Exige.
La cylindrée n'est qu'une petite partie de l'histoire quand elle vient aux performances et au réglage du moteur.
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Je pense donc que vous avez la plupart des raisons dans votre question.
Mais j'en énumérerai quelques autres que je pense possible :
- Taux de compression plus élevé
- Différents collecteurs d'admission
- Soupapes probablement plus grandes
- Pistons, soupapes, tiges, etc. plus légers, peut-être même volant et manivelle (rouge plus élevé ligne)
- Ressorts de soupape plus rigides et différents poussoirs (ligne rouge plus haute)
Toutes les choses sauf les pièces plus légères donneront une puissance plus élevée, cela peut également augmenter le rouge en ligne, et combinée avec des parties plus claires, la ligne rouge est en fait beaucoup augmentée. En fait, la puissance maximale du moteur M54 est de 5 900 tr/min alors qu'elle est de 7 900 tr/min dans le moteur S54. En regardant la courbe couple / puissance du S54, il semble que la puissance à 5900 tr/min soit d'environ 275 ch. Donc, ces tours supplémentaires donnent beaucoup !
Je ne suis pas ingénieur automobile, mais les différences sont principalement :
- un régime plus élevé
- un taux de compression plus élevé
- probablement un meilleur cylindre conception de la tête (vannes, orifices, etc.)
Toutes ces choses créent plus de puissance pour la même raison : elles entraînent le déplacement de plus d'air dans un espace de temps donné.
Les autres détails - conception d'admission, poussoirs, VANOS, injecteurs, cartes ECU, etc. n'existent que pour prendre en charge ces fonctionnalités.
Certaines choses ont tendance à limiter le régime, mais je pense que les plus importantes sont le calage des soupapes et la résonance d'admission.
La synchronisation des soupapes, comme vous l'avez mentionné, est contrôlée par VANOS, mais ce n'est pas la même chose dans le M3. Les modèles de base utilisent un seul VANOS (came d'admission uniquement), mais les voitures M utilisent un double VANOS (les deux cames). (Je crois que M VANOS fonctionne à une pression plus élevée afin qu'il puisse réagir plus rapidement, bien que ce soit vraiment une caractéristique de réactivité plutôt que de puissance de pointe.)
Le collecteur d'admission aura toujours tendance à résonner à une fréquence particulière (qui se traduit par un régime moteur particulier, c'est-à-dire le régime), ce qui affecte le rendement volumétrique du moteur. Considérez-le comme des ondes interférant les unes avec les autres ; lorsqu'ils sont parfaitement en phase, ils ont alors tendance à se renforcer l'un l'autre (donc plus d'air entre). Lorsque les vagues sont déphasées, elles se diminuent les unes les autres et moins d'air entre. La plupart des voitures sont conçues avec des canaux d'admission assez longs, optimisés pour un couple de régime bas à moyen, car la plupart des voitures ont des profils de came optimisés pour cela. plage de régime. Certaines voitures ont en fait une géométrie d'admission variable pour compléter leur calage variable des soupapes. Le M3 n'a pas du tout de canaux d'admission - à la place, chaque cylindre a son propre corps de papillon, il est donc optimisé pour un régime très élevé.
De même, les poussoirs sont le type le plus ancien, non hydraulique pour soutenir l'objectif de régime élevé - les poussoirs hydrauliques sont lourds et ont donc trop d'inertie.
Enfin, les orifices de soupape sont généralement un goulot d'étranglement pour les performances du moteur, car tout l'air doit passer par un trou assez petit. Les voitures ordinaires n'obtiennent pas des têtes parfaitement optimisées, car ce serait trop cher et ne ferait probablement que déplacer le goulot d'étranglement vers l'admission ou la came. Mais les voitures de performance ont tendance à avoir des culasses très soigneusement optimisées, car cela en vaut la peine, lorsque tout le reste est en place pour obtenir un débit d'air élevé.
Une fois que vous avez votre objectif de puissance, cela vous indique la quantité d'air dont vous avez besoin pour vous déplacer. Ensuite, vous pouvez décider d'atteindre cet objectif via un déplacement, un régime plus élevé ou une induction forcée, ou une combinaison de ceux-ci. Une fois que vous avez décidé cela, le reste des détails - le matériau du bloc, la masse des pièces alternatives, le calage des soupapes, la conception de l'admission, etc. découlent de cela.