pourquoi les moteurs ont-ils autant de puissance inutilisée?

8

J'ai regardé la puissance nominale d'un moteur utilisé dans un Humvee (5500 lb) et j'ai été surpris que ce ne soit que 190 chevaux, ce qui est dépassé par de nombreuses berlines 4 portes.

Donc, une question évidente est pourquoi mon Camry SE (3300 lb) ne brûle-t-il pas plus de gaz qu'un Humvee et je pense que c'est simplement parce que lors d'une utilisation régulière, il n'utilise pas près de 250 HP.

Quelqu'un sur les forums de la pile de physique m'a donné une estimation qu'il ne faut que ~ 35 HP pour qu'une voiture moyenne roule à 50 mph sur l'autoroute.

J'ai donc 2 questions:

  1. Quelqu'un peut-il spéculer à quoi ressemblent les graphiques couple / régime d'un moteur berline et d'un moteur Humvee et quels sont les points de fonctionnement typiques? Il semble que le moteur Humvee fonctionnerait beaucoup plus près de sa puissance de pointe tout en tournant plus lentement, mais à un couple beaucoup plus élevé?

  2. Si la puissance de crête n'est jamais utilisée pour les véhicules de tourisme, pourquoi ne pas utiliser un moteur plus petit et économiser de l'argent?

Yale Zhang
la source
Je ne sais pas comment cela prend en compte, mais les Humvees sont généralement des moteurs diesel, qui, je crois, ont un couple plus élevé et sont plus efficaces. J'en ai conduit / entretenu un lorsque j'étais dans l'armée. Ils étaient très robustes.
jmort253
2
En toute honnêteté, il s'agit d'un cas classique de comparaison de pommes avec des grenades à main. Imaginez opposer une Camry aux exigences de la mission d'un HMMVW et comparer ensuite les économies de carburant. Je suis presque sûr de pouvoir pénétrer le côté d'une Camry avec un pistolet BB ou une punaise.
Bob Cross
1
Soit dit en passant, il existe des véhicules qui fonctionnent presque à 100% la plupart du temps. Les avions à moteur à pistons, par exemple, naviguent avec seulement une petite quantité de puissance de réserve. De même, de nombreux diesels en état de marche, comme dans les bus, les locomotives et les navires océaniques, sont dimensionnés pour être aussi gros qu'ils doivent l'être, car personne ne se soucie s'ils accélèrent lentement.
AshleyZ

Réponses:

16

Le problème fondamental ici est que vous confondez plusieurs termes différents. Voir Wikipedia pour un calcul de la puissance du couple (tau) et du régime (f dans cette équation):

La puissance en chevaux est le couple multiplié par tr / min divisé par 5252 (en unités impériales)

Si vous supposiez une courbe de couple plate, vous pouvez voir que la puissance maximale continuerait d'augmenter avec le régime. En fait, si vous vouliez augmenter votre puissance marketing pour un nouveau véhicule, il vous suffirait de relever le limiteur de régime et d'empêcher le couple de chuter plus rapidement qu'un pied-livre / tr / min. Non seulement cela, vous pouvez également voir que les valeurs scalaires de puissance et de couple (c'est-à-dire sans leurs unités) seront toujours égales à 5252 tr / min.

1. Quelqu'un peut-il spéculer à quoi ressemblent les graphiques couple / régime d'un moteur berline et d'un moteur Humvee et quels sont les points de fonctionnement typiques? Il semble que le moteur Humvee fonctionnerait beaucoup plus près de sa puissance de pointe tout en tournant plus lentement, mais à un couple beaucoup plus élevé?

Comme indiqué précédemment, le diesel du HMMWV a un couple de pointe élevé à bas régime, mais le couple diminue rapidement, ce qui entraîne une puissance de pointe à un régime inférieur à celui de la Camry (190 ch à 3400 tr / min / 380 lbf · pi à 1700 tr / min cité sur la page Wikipedia). La Camry normalement aspirée a une courbe de couple beaucoup plus plate avec un pic de couple plus proche de 4700 tr / min et un pic de puissance à 6200 tr / min (en supposant que nous discutons d'une Camry SE assez récente avec le moteur 2GR-FE).

Si vous revenez à l'équation d'origine, cela signifie que la première dérivée de la courbe de couple de la Camry est nulle à 4700 tr / min et négative à 6200 tr / min (où le taux de diminution du couple dépasse finalement l'augmentation linéaire du régime).

2.Si la puissance de crête n'est jamais utilisée pour les véhicules de tourisme, pourquoi ne pas utiliser un moteur plus petit et économiser de l'argent?

Ils font. Vous n'avez tout simplement pas acheté celui-là.

La conception de moteurs civils et d'automobiles est motivée par certains points marketing. Dans ce cas, la Camry a de larges courbes de couple et de puissance, il n'est donc pas nécessaire de changer fréquemment (plus de deux changements à 60 mph affectent ce numéro de commercialisation critique de 0 à 60). Les transports militaires ont des paramètres de mission entièrement différents, y compris des facteurs tels que la facilité d'entretien, les systèmes d'armes, ne pas exploser, etc.

Si l'économie est votre facteur clé, vous pouvez choisir un moteur plus petit. Chaque fabricant propose maintenant une variété de cylindrées et de technologies de moteur. La Camry SE actuelle propose un quatre cylindres en ligne plus petit, un hybride à quatre cylindres et un V6 plus grand.

Quoi qu'il en soit, il est presque impossible pour un moteur à essence de battre les miles par gallon d'un turbo diesel.

Bob Cross
la source
9

Votre question comporte quelques points sans rapport:

  • comme l'a dit jmosrt253, un moteur Humvee est un gros moteur diesel - ce qui signifie que son couple est bas dans la plage de régime
  • Les moteurs Humvee, comme de nombreux gros moteurs diesel, ne sont pas très réglés. Ils sont construits pour être robustes et survivre dans des conditions extrêmes
  • jusqu'à un certain point, la puissance n'est pas pertinente pour les vitesses. Il est pertinent pour l'accélération. Presque toutes les voitures de nos jours peuvent faire 50 mph, mais voulez-vous que la voiture puisse y arriver en 3 secondes ou 12 secondes. (Comme les vitesses augmentent, vous avez besoin de chevaux pour compenser la traînée, c'est pourquoi seules les voitures les plus puissantes atteignent 200 mph)
  • la puissance de pointe est utilisée pour les véhicules de tourisme lorsque vous en avez besoin, mais lorsque vous n'en avez pas besoin, vous retirez le pied de l'accélérateur et économisez instantanément de l'argent en envoyant moins de carburant au moteur. Certains moteurs modernes cessent également de fournir du carburant à la moitié des cylindres en croisière

Le véritable moteur de la taille du moteur a toujours été le coût du carburant, donc aux États-Unis, où le carburant est bon marché, la consommation de carburant n'était pas un problème - d'où les gros moteurs inefficaces. Comparez cela avec le Royaume-Uni, l'Europe et le Japon, où le carburant est très cher et où vous trouvez des fabricants qui fabriquent de petits moteurs hautement réglés et très efficaces.

Je n'ai pas pu trouver de graphique puissance / tr / min pour le Humvee, mais il existe un certain nombre en ligne pour les voitures ordinaires.

Pour répondre à votre question "Pourquoi ma Camry ne consomme-t-elle pas plus de carburant qu'un Humvee":

Le moteur Camry est un moteur beaucoup plus efficace - vous obtenez une puissance beaucoup plus élevée avec beaucoup moins de carburant.

Rory Alsop
la source
Par exemple, ma voiture a un petit moteur japonais de 2,5 litres, mais elle est très réglée et obtient près de 400 chevaux - ce qui se traduit par un temps d'accélération à 60 mph de 4,2 secondes. Mais la vitesse de pointe est inférieure à 200 mph car ce n'est pas une voiture aérodynamique - elle a la forme d'une brique.
Rory Alsop
6

Pourquoi avoir une puissance moteur supplémentaire? Eh bien, si 35 HP sont nécessaires pour faire 50 MPH et c'est tout ce que vous avez, cela prendra beaucoup de temps pour accélérer jusqu'à ce point - peut-être plusieurs minutes.

De plus, les gens aiment la puissance supplémentaire pour la sportivité de la voiture - une accélération rapide quand vous le souhaitez, et ne pas avoir à appuyer beaucoup sur l'accélérateur pour monter des collines, etc. Vous constaterez que la Camry utilisera en fait un très important quantité de HP disponible. Je dirais au moins 50% à certains moments (par exemple, accélérer sur une colline avec une voiture pleine), et selon le conducteur, plus proche de 100% n'est pas inconnu (par exemple, dépasser).

Pourquoi la Camry est-elle plus efficace? Les gens semblent manquer l'un des points clés - le Humvee est plus lourd d'une tonne métrique (donc beaucoup plus de friction de roulement) et a l'aérodynamique d'une brique. Pour y mettre des chiffres, Wikipedia cite le coefficient de traînée d'un Hummer H2 à 0,57 et d'une Toyota Camry 2007 à 0,27. C'est donc plus du double du coefficient de traînée, et cela exclut la plus grande surface en coupe transversale sur Humvees. Et si vous avez un tireur en haut, ce serait encore pire!

Donc, si vous mettez le moteur Humvee dans la Camry, vous verriez une diminution massive de la consommation de carburant par rapport au Humvee d'origine.

andrewb
la source
0

Excusez-moi d'avoir répondu à ma propre question, mais la réponse m'est si claire maintenant, du moins pour les moteurs non électriques. Ils ont tellement de puissance inutilisée car au ralenti, vous n'obtenez qu'une fraction de la puissance annoncée. Pour le moteur Camry de 2,4 L au ralenti (1000 tr / min), il ne produit que 30 ch et n'atteint que 140 ch à 5000 tr / min (environ 30 mi / h en fonction des vidéos du tableau de bord des tests d'accélération).

Le V8 diesel atteint ses 200 chevaux à seulement 2500 tr / min, ce qui explique pourquoi il n'utilise pas un moteur surdimensionné comme sur les véhicules à essence pour compenser la faible puissance à bas régime.

Pour voir la puissance dont vous avez besoin si votre moteur avait une courbe de puissance parfaitement plate, j'ai examiné un test d'accélération pour une Toyota Camry LE 2,4 L 2008 de 158 ch , qui passe de 0 à 60 mph en 8,5 s. Pour un moteur à puissance constante parfaite, vitesse = sqrt (2 * puissance * temps / masse), vous n'auriez donc besoin que d'un moteur de 86 HP pour obtenir la même accélération.

Mais maintenant, cela soulève une nouvelle question. Si les moteurs électriques ont une si bonne bande de puissance, alors encore une fois, pourquoi tant de HP? De plus, pourquoi le couple est-il plat autour de 0 tr / min au lieu d'aller à l'infini comme sur un moteur parfait. Est-ce que cela a à voir avec la saturation des aimants?

Voici les graphiques couple vs RPM pour

  1. 2.4L Camry 2009

2.4L Camry 2009

  1. V8 6,5 L diesel (Hummer H1)

entrez la description de l'image ici

  1. Moteur de traction Tesla Model S (trouvé quelque part sur cleantechnica.com)

entrez la description de l'image ici

Mise à jour: Comme DucatiKiller l'a souligné, je n'ai pas pris en compte le poids ou la taille du moteur, ce qui pourrait expliquer pourquoi certains types de moteurs ont une puissance aussi élevée car si le poids / la taille fixe d'un moteur (par exemple une essence 1/2 HP modèle d'avion moteur) est petit ou le coût marginal pour augmenter les HP est petit, alors il ne coûte pas beaucoup plus pour faire un moteur surpuissant.

Voici des estimations des rapports puissance / poids des différents moteurs:

  1. 2.4L Camry 2009

    158 CV / 121kg = 1,3 CV / kg

  2. Detroit Diesel 6,5 L diesel

    200 CV / 750 lbs = 0,59 CV / kg

  3. Moteur de traction Tesla Model S

    400 CV / 70 lbs = 12 CV / kg

    avec des piles ou bien ce ne serait pas juste:

    400 HP / (70 lbs + 540 kg) = 0,70 HP / kg

Yale Zhang
la source
@DucatiKiller Le titre de cet article est assez général, et l'essence contre le diesel n'était qu'un exemple, donc je ne vois pas pourquoi mentionner l'électricité est si important. Apparemment, vous n'aimez pas mon dénigrement des moteurs à essence ou mon approche de bookmaker. Pas besoin de m'attaquer personnellement. J'ai mis à jour ma réponse avec les considérations de poids.
Yale Zhang
Je m'excuse. Mon intention n'était pas une attaque et je me souviens d'avoir écrit ceci et de ne pas avoir l'impression de vous attaquer. Après avoir relu mon commentaire, je peux voir comment vous pourriez vous sentir de cette façon. Encore une fois, des excuses pour vous avoir fait vous sentir importun ou attaqué ou mal à l'aise. Je vais supprimer mes commentaires précédents. J'apprécie vraiment vos messages, vous êtes clairement intelligent et bien versé dans le sujet auquel vous répondez. Encore une fois, des excuses pour une mauvaise garniture que j'ai pu créer. Meilleurs vœux à vous et bonne année!
DucatiKiller