Pourquoi des moteurs plus petits sur les véhicules plus récents

J'ai cherché des voitures sur Internet et j'ai remarqué que les voitures plus récentes ont des moteurs plus petits.

Par exemple, j'ai trouvé un Ford Focus diesel 1.6, ou même un Mercedess A Klass 2015 diesel a un moteur 1.6, qui semble être à la fois bon.

Pourriez-vous expliquer pourquoi?

Les moteurs plus petits offrent une multitude d'avantages par rapport aux moteurs énormes. C'est principalement l'efficacité énergétique qui se traduit également en émissions. Moins vous brûlez de carburant, moins il y a de gaz qui sont expulsés du moteur. Non seulement cela, mais le poids est également quelque chose à considérer. L'espace dans le compartiment moteur pour plus d'accessoires est également quelque chose que les ingénieurs apprécient également.

Vous n'avez plus besoin d'énormes moteurs 8 cylindres dans les voitures ordinaires, car l'ingénierie est arrivée à un point où un 1,4 L peut pousser une énorme voiture. C'est une question de conception de moteur. Vous n'obtiendrez pas le couple que vous obtiendriez sur 6 ou 8 cylindres, mais pour un conducteur quotidien qui vous amène du point A au point B; C'est tout ce dont vous avez vraiment besoin. De plus, avec la mise en œuvre sans cesse croissante de l'induction forcée (turbos et compresseurs) qui devient normale, la puissance et le couple sont plus facilement atteints dans des moteurs beaucoup plus petits. J'ai vu un peu de 2,0 litres qui poussait le stock de 275 chevaux hors de l'usine, ce qui serait presque impossible si un turbo n'était pas utilisé.

Principalement si cela concerne la consommation de carburant et les émissions. En passant, cela ne me dérange pas non plus; Il est beaucoup plus facile pour les techniciens de travailler.

Comme le dit cloudnyn3, il s'agit avant tout d'améliorer la conception du moteur - un 1.4 moderne peut produire autant de puissance qu'un 2.0 d'il y a 20 ans, mais avec une consommation de carburant et des émissions bien meilleures - en plus, il est plus petit et plus léger, ce qui aide à nouveau - vous obtenez plus d'espace dans la voiture pour d'autres choses, et la meilleure économie de carburant signifie que vous pouvez installer un réservoir de carburant plus petit sans perdre d'autonomie, gagnant ainsi de l'espace.

Il y a eu une tendance avec le développement des moteurs à combustion interne (ICE) depuis leur création pour les rendre plus petits, plus légers, moins chers, plus puissants et plus efficaces depuis leur invention.

Les premiers ICE étaient extrêmement grands, mais produisaient très peu de puissance par rapport aux moteurs modernes. Les premières automobiles devaient être extrêmement grandes et suffisamment robustes juste pour abriter ces moteurs. Au début, les automobiles étaient également très chères et la personne moyenne n'aurait pas pu se les permettre.

En octobre 1913, Louis Coatalen, ingénieur en chef de la Sunbeam Motor Car Company, engagea une voiture propulsée par un V12 dans les courses de handicap courtes et longues de Brooklands. Le moteur a déplacé 9 L (550 cu in), avec un alésage et une course de 80 x 150 mm. Un carter en aluminium transportait deux blocs de trois cylindres de chaque côté, avec un angle inclus de 60 degrés. Les cylindres étaient en fer, avec des culasses intégrées avec des chambres de combustion en forme de L. Les soupapes d'admission et d'échappement étaient actionnées par un arbre à cames central dans le V. Le jeu des soupapes était réglé en rectifiant les pièces concernées, le moteur manquant de tout moyen de réglage facile. Cela indiquait l'objectif ultime de Coatalen d'utiliser le nouveau V12 comme moteur aérodynamique, où toute méthode de réglage qui pourrait mal tourner en vol devait être évitée. Comme initialement construit, le V12 était évalué à 200 ch (150 kW) à 2400 tr / min, pesant environ 750 livres (340 kg). Le moteur a propulsé la voiture (nommée `` Toodles V '' (pour le nom d'animal de compagnie de l'épouse de Coatalen, Olive)) à plusieurs records en 1913 et 1914.

https://en.wikipedia.org/wiki/V12_engine#Motor_car_engines

Le moteur `` Toodles V '' était beaucoup plus gros et plus lourd qu'un moteur moderne, mais malgré cela, il ne produisait autant de puissance qu'un moteur moderne comparativement minuscule. Les premiers ingénieurs n'avaient tout simplement pas la capacité de rendre les moteurs plus petits et plus légers à l'époque.

Henry Ford a aidé à changer cela radicalement. Il a présenté un moteur 4 cylindres très léger et petit pour le modèle T. Son moteur ne produisait qu'environ 20 chevaux, mais c'était suffisant pour la personne moyenne. Il y avait encore de gros moteurs puissants pour les passionnés d'automobile, mais cela créa un marché pour une voiture abordable.

Au cours des prochaines décennies, la conception des moteurs s'est constamment améliorée, ce qui a conduit à l'ère de la muscle car. La course automobile est devenue beaucoup plus populaire et grand public, et les constructeurs automobiles se sont affrontés pour produire des moteurs plus puissants. Il y a un vieil adage qui dit quelque chose comme "Gagnez le dimanche, vendez le lundi". À cette époque, les fabricants avaient très peu de réglementations sur les types de voitures qu'ils pouvaient produire. Les voitures étaient essentiellement des pièges mortels, et les constructeurs le savaient et ont choisi de ne rien faire. Beaucoup d'entre eux n'avaient aucune caractéristique de sécurité de base comme les ceintures de sécurité. Il y avait également très peu de considération pour l'économie de carburant. Le gaz était bon marché et il n'existait pas de réglementation sur les émissions et l'efficacité énergétique comme il en existe aujourd'hui.

À partir de la fin des années 1960, le gouvernement a cherché à limiter les émissions des automobiles. Cela a conduit à la création de l'EPA en 1970. La pénurie d'essence en 1973 et l'augmentation subséquente du coût de l'essence ont également été des facteurs déterminants qui ont marqué la fin de l'ère de la voiture de sport à partir de l'année modèle 1974.

Pour la première fois, les fabricants ont été mandatés pour respecter les directives strictes établies par le gouvernement américain pour l'économie de carburant et les émissions. Le problème était que les fabricants ne savaient pas comment respecter les nouvelles réglementations strictes et n'avaient pas beaucoup de temps pour s'y conformer. Ces nouvelles règles d'émissions ont obligé les fabricants à ajouter des dispositifs de contrôle des émissions tels que des convertisseurs catalytiques, ce qui a réduit le flux de gaz d'échappement. La réglementation de l'EPA a également supprimé l'additif au plomb de l'essence en 1973, ce qui a obligé les moteurs à changer pour pouvoir traiter l'essence sans plomb.

Au milieu des années 1970, de nombreuses voitures étaient fabriquées avec de gros moteurs 8 cylindres qui ne produisaient qu'environ 100 chevaux. La Corvette de 1971 a été offerte avec un moteur de 425 chevaux, et en 1975, elle n'avait que 205 chevaux. Le modèle de base de 1975 était encore pire, avec seulement 165 chevaux, soit environ la même puissance qu'une mini-fourgonnette familiale. Cela a provoqué un grand tollé général et les constructeurs automobiles ont tenté en vain d'apporter des améliorations, mais les améliorations sont venues très lentement. Ce n'est qu'à la fin des années 1990 que les Corvettes avaient des performances similaires à celles de leurs prédécesseurs de muscle car.

À cette époque, des voitures japonaises petites et efficaces étaient introduites sur les marchés américains et ont été bien accueillies. Cela a finalement conduit à la perte de domination des constructeurs automobiles américains aux États-Unis. Les entreprises américaines ont été obligées de pénétrer le marché des voitures compactes parce qu'elles perdaient des ventes au profit des importations. Avant cela, très peu de voitures étrangères étaient vendues aux États-Unis. Beaucoup de ces ventes concernaient de petites voitures de sport européennes telles que Triumph, Alfa Romeo, MGB, Austin-Healey, Jaguar, Porsche, Mercedes-Benz, Lotus, etc.

Au fil du temps, des technologies telles que l'injection électronique de carburant et la charge turbo ont conduit à des améliorations significatives de l'efficacité et de la puissance. De nombreux moteurs modernes peuvent fournir une grande quantité de chevaux, mais toujours boire du carburant. Ces nouveaux designs sont si efficaces qu'il n'est plus nécessaire d'avoir un gros moteur dans la plupart des voitures.

Les constructeurs automobiles sont toujours sous pression pour produire des véhicules encore plus économes en carburant. Il existe également des réglementations qui limitent la consommation moyenne de carburant sur l'ensemble de leur flotte. Ils sont essentiellement obligés de produire des voitures entièrement électriques ou hybrides pour ramener le MPG moyen à la norme. Il y a encore des voitures avec de gros V8 et V10, mais la raison pour laquelle il y en a moins est produite, c'est en raison de réglementations strictes.

Cela revient à l'efficacité.

Il n'y a pas si longtemps, les voitures étaient plus grandes et plus lourdes en général. L'EPA et d'autres organisations gouvernementales dans les pays qui produisent des voitures ont exigé une meilleure efficacité énergétique. Cela a poussé la R&D dans deux domaines:

• Faire en sorte que les véhicules pèsent moins, donc le moteur a besoin de moins d'énergie pour déplacer la voiture.
• Faire en sorte que les moteurs produisent plus de puissance avec moins de carburant utilisé.

Le premier élément est hors sujet pour cette question, mais les véhicules sont devenus plus légers pour plusieurs raisons. La physique de base est que, quel que soit le groupe motopropulseur, un véhicule d'une certaine masse nécessite un minimum d'énergie pour se déplacer. Plus cette masse est basse, moins elle a besoin d'énergie (lire: carburant).

Les moteurs sont devenus beaucoup plus puissants et économes en carburant ces dernières années. Mettons quelques chiffres concrets à ce sujet avec quelques exemples. Je vais choisir un camion que je connais et que j'ai déjà étudié.

Une Chevy Silverado de troisième génération (2014+) est livrée avec deux options de moteur principal:

• 4,3 L V6 - 285 ch
• V8 de 5,3 L à 355 ch

Si vous remontez quelques années à la Silverado de deuxième génération (2007-2013), il y a quelques options de plus au fil des ans, mais voici quelques-uns des moteurs les plus largement produits:

• 4.3L V6 - 195HP
• 4,8 L V8 - 295-302HP
• V8 de 5,3 L à 315 ch

Il s'agit d'une seule génération / itération de véhicule, et la puissance est très différente. Le nouveau V6 produit presque autant de HP que le précédent V8, avec 10 CV de moins. Il produit 90 ch de plus que le V6 précédent avec le même déplacement .

GM a installé son moteur LFX dans plusieurs véhicules au cours des années de modèle 2015 et 2016. Sa puissance varie en fonction du véhicule dans lequel il se trouve (il y a plus dans un moteur qu'un bloc métallique, il y a beaucoup de pièces qui impactent la puissance). En général, ils varient entre 301 et 323 HP. Ce V6 de 3,6 L a plus de puissance que le V8 de génération précédente indiqué ci-dessus! En fait, le moteur LFX de 3,6 L a 15 à 35 ch de plus que le moteur 4,3 L de génération actuelle du Silverado (mais moins de couple).

Sans faire cette réponse trop longtemps, vous trouverez des résultats très similaires si vous regardez d'autres fabricants et moteurs (I4 v V6). Dans l'ensemble, il y a une énorme quantité de pression pour améliorer l'efficacité du moteur.

Les moteurs modernes ont essentiellement deux cylindres supplémentaires par rapport aux moteurs produits il y a seulement dix ans. Un déplacement plus petit signifie généralement une plus grande efficacité énergétique, et les conceptions modernes produisent également plus de puissance.

Les voitures plus récentes ont des moteurs plus petits, car ce nouveau moteur I4 peut produire autant d'énergie que le V6 de la dernière génération de voitures, et utiliser moins de carburant. Cela satisfait l'EPA, ainsi que les conducteurs qui dépensent moins en carburant tout en ayant encore beaucoup de puissance en cas de besoin.

^{(Remarque: j'ai omis certaines des options de moteur ci-dessus qui ne sont pas très courantes et n'ajoutent pas vraiment grand-chose à la discussion. Oui, je sais que GM propose un V8 de 6,2 L, mais très peu de Silverados l'ont et cela n'aide pas répondre à la question)}

Parce qu'un moteur à combustion interne à pistons est une source de puissance non continue qui ne produit de l'énergie que lorsque le carburant dans le cylindre se met à "bang", il existe deux façons de base pour obtenir plus de puissance d'un moteur: 1) le faire tourner plus rapidement, donnant plus de frange par unité de temps, ou 2) continuez à tourner plus lentement, mais ajoutez plus de cylindres pour obtenir plus de frange par unité de temps.

(Oui, vous pouvez ajouter des suralimenteurs ou des turbocompresseurs ou un autre système pour emballer plus de carburant et d'air dans le cylindre, et vous pouvez emballer plusieurs ensembles de points dans le distributeur et faire tourner le distributeur plus lentement - mais ignorons ces choses en ce moment, juste Pour le bien de l'argument :-).

Back In The Day (tm), la plupart des moteurs à essence utilisaient le système d'allumage à points et rotor, où un interrupteur mécanique à ressort (les «points») était ouvert et fermé par une came sur l'arbre du distributeur, générant une étincelle qui était acheminé vers le cylindre approprié par le rotor et les fils entre le distributeur et les bougies d'allumage. L'interrupteur mécanique a généré une étincelle en interrompant le flux de courant électrique à travers la bobine lorsque l'interrupteur s'est ouvert; le courant traversant la bobine a provoqué la formation d'un champ magnétique et l'interruption du flux de courant a provoqué l'effondrement du champ magnétique, ce qui a provoqué un courant induit dans la tige de fer au milieu de la bobine qui était connectée au pôle central du distributeur.

Parce que les points sont un interrupteur mécanique à ressort, ils ont une limite sur la vitesse à laquelle ils peuvent réagir. En général (et je suis trèsgénéral ici) les moteurs utilisant un système d'allumage avec des points ne fonctionneraient pas de manière fiable à des vitesses supérieures à 2500 tr / min parce que les points "flotteraient" en position ouverte - et parce que les points ne se fermaient pas, aucun courant ne pouvait traverser la bobine pour mettre en place le champ magnétique qui s'effondrerait lorsque les points s'ouvriraient pour générer l'étincelle d'allumage. Oui, vous pouviez utiliser un ressort plus fort sur les pointes, mais cela causait des problèmes indésirables comme une usure excessive du distributeur. Donc, avec une limite supérieure absolue (ish) sur le régime, la seule façon d'obtenir plus de puissance d'un moteur était d'ajouter plus de cylindres pour que vous obteniez plus de frange du moteur à chaque rotation. Un moteur à quatre cylindres vous donne deux coups par rotation; six cylindres, trois franges; huit cylindres, quatre franges. D'énormes moteurs d'avion avec jusqu'à 22 cylindres donnaient encore plus de coups par rotation. Donc, plus de cylindres, plus de puissance.

Entrez dans le monde de l'allumage électronique, qui est maintenant standard sur presque tous les moteurs à essence du monde. Ce système supprime l'interrupteur mécanique, le remplaçant par un dispositif entièrement électronique sans aucun temps de «réinitialisation», ce qui permet aux moteurs de fonctionner beaucoup plus rapidement. Il est courant aujourd'hui de faire fonctionner des moteurs à quatre cylindres au-dessus de 3000 tr / min à des vitesses sur route - le petit quatre-banger de ma Ford Fiesta tourne à environ 3200 tr / min à 65 mi / h. Dans le même temps, les constructeurs ont apporté des améliorations progressives dans la conception du moteur, ce qui contribue à augmenter la puissance par unité de cylindrée. Mais l'OMI, le plus gros contributeur à l'augmentation de la puissance des petits moteurs a été l'allumage électronique, qui permet à un petit moteur de fonctionner à des régimes plus élevés.

YMMV :-)

Différentes réponses touchent différentes parties de la réponse globale. La réponse fondamentale que vous recherchez est la densité de puissance: combien de chevaux-vapeur (kW, peu importe) par pouce cube (ou litre) de déplacement.

Combien de puissance faut-il pour pousser ce véhicule de manière souhaitable? Une fraction importante du poids d'un véhicule est le moteur, donc un moteur plus petit et plus léger signifie moins de poids à pousser. Et moins de masse = moins de gaz. C'est pourquoi la gamme actuelle de Ford F-150 utilise un corps en aluminium, au lieu d'un acier. Il est plus léger et nécessite moins de puissance pour le déplacer.

Comme le souligne @Bob Jarvis, l'allumage électronique, contrairement à l'ancien système points / bobine / distributeur, offre la possibilité de réaliser des régimes élevés tout en conservant le calage de l'allumage. En effet, il fournit un timing plus précis sur toute la gamme. Et une synchronisation plus précise se traduit par une densité de puissance plus élevée.

L'injection de carburant permet un mélange beaucoup plus précis de carburant. Avec cela, et un timing plus précis, vous pouvez utiliser des taux de compression plus élevés (8: 1 pour l'Omni 1981 à carburateur que j'ai conduit à l'adolescence, 9,5: 1 pour le Dakota 1998 à injection de carburant plus récemment; en utilisant le même bon marché, sans plomb de l'essence). Des taux de compression plus élevés permettent une densité de puissance plus élevée, ainsi qu'une efficacité thermique plus élevée.

L'injection directe d'essence peut encore augmenter le taux de compression que vous pouvez utiliser. L'essence est injectée directement dans le cylindre, refroidissant juste l'air dans le cylindre. Injectez l'orifice dans le collecteur d'admission, refroidissant les soupapes d'admission et le collecteur dans le processus. L'air plus frais peut supporter plus de compression avant de commencer à provoquer un auto-allumage (cliquetis).

Les turbos et les compresseurs vous permettent de presser un plus grand volume d'air (et de carburant) dans une cylindrée donnée, permettant à votre moteur de fonctionner comme s'il avait beaucoup plus de cylindrée. Il brûlera plus de carburant en le faisant. Cela fournit une alimentation "à la demande". Il peut pousser votre densité de puissance "à la demande" très haut; suffisamment haut pour que plus de cylindres ou de cylindrée ne soient pas nécessaires pour atteindre un niveau de puissance souhaitable. Vous ne voulez pas courir tout le temps sur ce réglage de l'accélérateur, mais il est là quand vous en avez besoin.

Le calage variable des soupapes vous permet de faire le cycle Atkinson / Miller au lieu du cycle Otto ordinaire. Cela n'aide pas tant votre densité de puissance que cela divise davantage votre densité de puissance "de base" de votre densité de puissance "à la demande". Si vous n'exigez pas la puissance aussi souvent, cela augmentera encore votre économie de carburant. Mais il peut revenir au cycle Otto complet, vous ramenant à votre réglage de puissance "à la demande" maximum en cas de besoin.

Le résultat final est que toutes ces petites astuces peuvent extraire plus de puissance de chaque pouce cube (litre) de déplacement. Et vous offre une plus grande gamme de réglages de puissance, les réglages de puissance inférieurs fournissant une consommation de carburant (et des émissions considérablement plus faibles) par mile (ou km, si vous préférez) considérablement inférieure.

La gamme de moteurs Ecoboost de Ford utilise tout ce qui précède. Ils remplacent rapidement les V8 par des V6 et remplacent les V6 par des I4. @Gusdor mentionne un moteur de 1 litre dans sa Fiesta; à peu près sûr que c'est un moteur Ecoboost à 3 cylindres. Que les moteurs résultants soient ou non aussi fiables à long terme est une question ouverte. Les turbos, en particulier sur les moteurs à essence à haut régime, avaient tendance à ne pas être aussi fiables dans le passé. Ces moteurs sont suffisamment nouveaux pour qu'il n'y ait pas encore beaucoup de données à long terme sur eux. Il est possible qu'ils aient surmonté les problèmes. Trop tôt pour le dire.

Il y a quelques années, la seule chose qui faisait la rave était les voitures musclées. Accélération rapide, moteurs bruyants et puissance étaient de mise. Cependant, au fil des ans, l'EPA et d'autres agences diverses ont fait pression pour réduire les émissions (sauver l'environnement). Par conséquent, les constructeurs automobiles ont commencé à construire des voitures dans le but d'avoir un minimum de monoxyde de carbone, d'oxydes d'azote et d'hydrocarbures. Évidemment, plus le moteur est petit, moins il y a d'émissions.

De plus, la mode des muscle cars a, dans une large mesure, fait place au mode des véhicules de luxe, qui peuvent être conçus avec des moteurs plus petits mais plus de fonctionnalités. Ainsi, les clients sont satisfaits, les fabricants sont satisfaits, l'EPA est ~ heureux et, comme l'a dit cloudnyn3, les mécaniciens sont également heureux.

Il se peut en fait que cette tendance s'inverse. Les petits moteurs doivent fonctionner à plein régime (WOT) pour produire toutes les quantités utiles de puissance, et l'enrichissement WOT réduira le rendement énergétique, ce qui n'est pas mesuré par les cycles de conduite irréalistes actuels. Des techniques telles que l'injection directe d'essence signifient la production de particules et un filtre à particules coûte cher (mais le cancer du poumon coûte plus cher aux personnes touchées). Un turbocompresseur est un composant fragile et peut représenter une charge globale pendant toute la durée de vie d'une voiture, y compris ses dernières années. De même, l'amélioration des cycles de fonctionnement du moteur (cycle Atkinson) signifie que l'efficacité volumétrique peut en fait diminuer, même si l'efficacité énergétique augmentera. Le cycle d'Atkinson était à l'origine utilisé dans les hybrides,

Par exemple, considérons mon Opel Vectra 1989. Moteur C20NE de 115 ch de 115 ch. Considérons maintenant l'équivalent moderne: une Toyota Prius. Moteur 1,8 litre 2ZR-FXE avec une puissance de 98 ch, bien que la poussée électrique produise des quantités supplémentaires de puissance, donc dans l'ensemble, ces voitures sont à peu près tout aussi puissantes et accélèrent à peu près aussi rapidement. De 2,0 litres à 1,8 litres, ce n'est pas vraiment un changement.

Oui, il y avait une tendance à la réduction des effectifs et à la turbocompression, mais la tendance semble s'inverser. Par exemple, Toyota Yaris qui avait un moteur à aspiration naturelle de 1,33 litre passe à un moteur de 1,5 litre dans sa configuration non hybride sur le marché européen; l'hybride a toujours utilisé un moteur de 1,5 litre (légèrement différent du non-hybride de 1,5 litre). Je comprends également qu'un moteur de 1,5 litre était offert sur le marché nord-américain tout le temps.

Donc, ne faites pas de conclusion finale avant que les voitures électriques ne remplacent éventuellement les voitures à carburant liquide. Il se peut que les dernières voitures à carburant liquide fonctionnant sur des dinosaures morts (*) utilisent des moteurs à cycle Atkinson sans turbocompresseur, ce qui signifie que la taille du moteur est à peu près la même que celle des voitures anciennes.

Moi? Je suis passé de 2,0 litres (Opel Vectra 1989) à 1,33 litre (Toyota Yaris 2011) à 2,5 litres (Toyota RAV4 hybride 2016), même si en même temps j'ai légèrement progressé compte tenu de la taille, du prix, du poids et des performances de la voiture.

(*): Oui, je sais que le pétrole ne vient pas des dinosaures morts ...