Pourquoi les courbes de couple et de puissance des moteurs à essence se rencontrent-elles toujours à 5252 tr / min?

Je regarde une émission de télévision appelée Tech Garage et ils viennent d'affirmer que les courbes de couple et de puissance des moteurs se rencontrent toujours à 5252 tr / min. En supposant que cela soit vrai, pourquoi cela se produit-il? Est-ce quelque chose de 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 pour qu'il soit vrai?

C'est juste des mathématiques , 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 déplacées 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 se déplaçant de la même 1 lb se déplacerait ~ 6.283ft (la circonférence d'un cercle de rayon de 1 pied).

33.000 / 6.283 = 5252

Juste pour le plaisir, j'ai fait quelques calculs dans google, pour montrer qu'il s'agit d'un artefact du système d'unités utilisé pour mettre les nombres au couple et à la puissance.

Le nombre 5252 peut être calculé comme suit:

1 horsepower / 1 lbf foot radian in turns/minute
5 252.11312

Le nombre exact est 16 500 / π (33 000 / τ)

Donc, si les calculs étaient faits en unités métriques à la place (watts et et newton-mètres pour le couple), vous obtiendriez:

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 la puissance pour mesurer la puissance du moteur.

Là où les «courbes se rencontrent» est entièrement un artefact consistant à placer les deux quantités (mesurées en chevaux-vapeur et en livres-pieds) sur les mêmes échelles numériques sur l'axe d'un graphique. Si vous les représentez graphiquement les uns contre les autres plutôt que par rapport au régime, cela apparaîtrait à la place en ce qu'un certain point (correspondant à 5252 tr / min) apparaîtrait à un point où la puissance en chevaux-vapeur et le couple en livres-pieds sont les mêmes.

En ajoutant simplement à Marks une excellente réponse 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 la vitesse de votre voiture, 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 des voitures, le couple gagne les courses» est en fait complètement faux en théorie. Un moteur hypothétique qui produisait 1000 lb-pi de couple, mais ne revenait qu'à 10 tr / min entraînerait une voiture douloureusement lente.

Pour les voitures réelles, cependant, les gens discutent rarement des courbes de puissance ou de couple réelles. Ils ne parlent généralement que de la puissance maximale ou du couple maximal. Les voitures avec un couple élevé le produisent généralement dans l'extrémité inférieure, ce qui augmente également la puissance dans l'extrémité inférieure. Parce que la puissance est liée au régime, la puissance maximale atteint généralement des régimes élevés. Par conséquent, un moteur à «couple élevé» peut avoir le même pic de puissance qu'un moteur à «couple faible», 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 gens qui ne prennent en compte que les valeurs de pointe diront que cela est dû au couple, alors qu'en réalité, cela est dû à une large bande de puissance. N'oubliez pas - tout 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 mis à l'échelle x2 sur l'axe des tours par minute. Si le moteur A produisait des HP de pointe à 5 000 tr / min, le moteur B produirait des HP de pointe 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.

Imaginez maintenant le routage du moteur B via une transmission sans frottement 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 désormais 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 Marks grande explication des mathématiques)