Quelle est la différence entre le couple et la puissance?

Une question très fondamentale - quelle est la différence entre le couple et la puissance? C'est partout sur Google, mais je suis vraiment confus et je ne peux pas obtenir de réponses satisfaisantes. Je vais vous dire ma confusion:

Le couple est une indication de l'accélération, non? Donc, pour trouver le ramassage d'une voiture à partir d'une courbe de couple de 0 à 60 mph, il faut utiliser. Alors pourquoi une courbe de puissance est-elle utilisée pour cela? Que signifie la puissance?

Si je dis de changer de vitesse (disons de 1-2) pour le meilleur kilométrage, passer à 10 km / h, tandis que pour extraire la puissance maximale, passer à 22 km / h. Lequel un utilisateur devrait-il utiliser et pourquoi?

Je ne sais vraiment pas où utiliser une courbe de couple et où une courbe de puissance? Quelle est leur signification? Quelle est leur contribution à une voiture pour un utilisateur?

Relation puissance <-> couple

En général, la relation entre la puissance et le couple est une formule simple:

Power[kW] = Torque[Nm] * RPM * π / 30,000

ce qui signifie que vous pouvez toujours calculer une courbe à partir de l'autre dans les diagrammes couple / puissance (c'est aussi ce que fait le dynamomètre)

Alors, pourquoi les deux courbes sont-elles toujours tracées, si elles sont plus ou moins identiques?

Ce diagramme montre quelques courbes de cinq moteurs théoriques:

Chaque moteur a un couple de 350 Nm à 8 000 tr / min (et donc la même puissance de crête à ce régime), et chaque moteur a un couple de crête de 450 Nm.

Un conducteur normal utilise la plage jusqu'à 3000 tr / min dans la rue, donc son meilleur choix est le moteur n ° 2 suivi du n ° 1. Ceux-ci donneraient la meilleure accélération à un régime modéré.

Dans une course où le moteur tourne à très haut régime, vous feriez mieux de choisir # 5.

Cette évaluation peut se faire avec les deux courbes - puissance et couple, car elles montrent plus ou moins la même quantité. MAIS les courbes de couple montrent les différences beaucoup plus clairement que les courbes de puissance!

Cependant, les courbes de puissance (peuvent) montrent des détails intéressants. La puissance de # 4 diminue entre 4000 et 5000 tr / min. Un autre point est que, généralement, la puissance maximale n'est pas au régime maximal, et vous voulez savoir à quel régime elle est et comment elle se comporte autour de ce régime.

Pourquoi la puissance augmente-t-elle alors que le couple diminue déjà avec le régime à un moment donné?

Imaginez que vous avez un poids de 50 kg que vous soulevez en tirant une corde qui passe sur une poulie au plafond. La force que vous devez faire n'est que la force gravitationnelle du poids lorsque vous le tirez à vitesse constante. Étant donné que 50 kg est assez lourd, vous le soulevez très lentement. Si le poids est plus léger, vous avez besoin de moins de force et pouvez le soulever plus rapidement. Disons que vous soulevez 25 kg en 1/3 du temps. Cela signifie que, dans le même temps, vous soulevez le poids lourd de 50 kg, vous pouvez également soulever un total de 3x25 kg = 75 kg. Étant donné que la puissance est un travail effectué à la fois et que vous pouvez soulever 75 kg au lieu de 50 kg en même temps, la puissance est 50% plus élevée - même si vous ne mettez que la moitié de la force.

C'est à peu près la même chose pour un moteur: à haut régime, il peut avoir moins de couple (force) pendant un régime, mais comme il fait plus de tours en même temps, il peut fournir plus de puissance.

Que se passe-t-il dans la ou les boîtes de vitesses?

Comme nous l'avons dit, le pouvoir est un travail effectué à chaque fois. Étant donné que la puissance est conservée, la puissance à l'arbre du moteur est égale à la puissance aux roues. À partir de la formule ci-dessus, on peut calculer ce qui se passe lorsque le rapport moteur / rapport de roue est différent (en négligeant les pertes):

Wheel_torque = Motor_torque * Motor_RPM / Wheel_RPM

Dans mon diagramme suivant, j'ai tracé le couple de roue en fonction du régime moteur pour les six vitesses d'une BMW M3 (365 Nm à 4900 tr / min; 252 kW à 7900 tr / min):

Mais il est également possible de tirer la puissance et le couple en fonction de la vitesse:

Oui, le 365Nm du moteur est transformé en presque 6000Nm (4400lb ft) en première vitesse. Cela montre l'impact massif des rapports d'engrenage ainsi que des dimensions des roues. De l'autre côté, la puissance est toujours la même à un régime donné.

Notez que lorsque vous passez en deuxième vitesse à environ 4900 tr / min (couple max), vous réduisez le couple de roue d'environ 50%. (Et lorsque vous passez en 3e plus tard, vous perdez à nouveau environ 50%).

Cela signifie que dans une course, vous passerez le plus tard possible, même si la puissance chute déjà, car le changement de vitesse signifie une forte perte de puissance / couple. (La zone rouge dans mon tracé marque juste la plage de régime de 4900 au maximum en première vitesse pour que cela soit clair). Cependant, dans un concours d'accélération où vous partez de zéro, un couple élevé à bas régime aidera, car il est important d'atteindre la vitesse la plus rapide possible, et peu importe si vous accélérez encore un peu le dernier mètres.

Bien sûr, en réalité, il y a de la traînée et donc qui augmente avec la vitesse, et la seule façon de la surmonter est encore plus de puissance. Ainsi, la puissance définit bien sûr la vitesse de pointe, mais cet exemple montre que la puissance joue déjà un rôle dans la plage de 50 km / h / 30 mph, ce qui n'est pas vraiment rapide.

Alors, comparez différentes voitures par puissance ou couple?

Vous avez vu l'impact massif des rapports RPM en raison de la transmission, et la circonférence des roues joue également un rôle. Il est donc impossible de comparer deux voitures en regardant simplement leur courbe de couple moteur. Cela ne fonctionne que pour une voiture avec plusieurs options de moteur, mais la même transmission. La puissance est un peu (!) Meilleure. Notez que la BMW M3 délivre une puissance maximale plus ou moins constante au-dessus de 125 km / h en 3e vitesse, lorsque vous passez tard.

L'économie de carburant

Le couple est également une mesure du travail effectué par le moteur pendant un seul tour. Plus précisément:

Work_per_rev[J]= torque[Nm] * 2π

Si l'on considère que le moteur brûle toujours la même quantité de carburant par tour (pas totalement réaliste, mais OK), c'est-à-dire que la même énergie chimique (travail) est libérée, le rapport travail chimique / mécanique est meilleur lorsque le couple est à son maximum . Ainsi, la machine fonctionne plus efficacement lorsque le couple est élevé.

Mais gardez à l'esprit que le meilleur rendement énergétique n'est pas égal au meilleur kilométrage! Dans le cas de la BMW M3: Rouler à 2000 tr / min au lieu de 4000 tr / min signifie réduire le couple de 340 Nm à 290 Nm, ce qui représente une perte de seulement 15%, mais la consommation de carburant est réduite de 50%.
C'est pourquoi il est recommandé de rouler à très bas régime pour un meilleur kilométrage, bien que l'efficacité énergétique ne soit pas la meilleure. Cependant: un couple élevé à un régime plus bas signifie à coup sûr un meilleur kilométrage.

Conclusion

En général, la puissance et le couple sont deux mesures de la même chose: la force du moteur. Si vous avez une courbe, vous pouvez calculer l'autre.

La puissance détermine la capacité de course et la vitesse maximale de la voiture, mais aussi la capacité d'accélération une fois que le moteur a atteint un régime supérieur.

Le couple montre beaucoup plus clairement la capacité d'accélération du moteur à bas régime, mais le couple à la roue dépend des rapports de transmission et de la dimension de la roue, ce n'est donc pas si facile à comparer. Un conducteur normal aimerait avoir un couple élevé à bas régime.

Et veuillez noter que j'ai fait plusieurs hypothèses et simplifications ici.

À propos de mes données

J'ai obtenu les courbes du moteur sur le site de presse BMW . Et ce site (malheureusement allemand) prend la dimension des pneus, un ensemble de RPM et un modèle BMW pour les rapports de vitesse (ou rapports personnalisés), et calcule la vitesse aux RPM dans les engrenages. Dans mon cas, la circonférence de la roue est d'environ 2 m et la vitesse est de 7,5; 12,9; 19,3; 25,6; 30,1 et 35,1 km / h dans les rapports 1 à 6. Cela permet de calculer le régime des roues pour un régime moteur donné dans un rapport donné.

La puissance est la quantité de puissance que le moteur peut produire (la quantité de travail effectuée en un temps donné), tandis que le couple est la quantité de force de rotation qu'il peut produire (la quantité de travail effectuée). Les deux sont intimement liés, vous ne pouvez donc pas en avoir un sans l'autre.

Vous devrez penser à quelques équations physiques:

Force = Masse x Accélération

Puissance = travail terminé (couple) / temps

Pour calculer l'un à partir de l'autre, vous pouvez utiliser une substitution avec des équations de mouvement rotatif:

HP = (2 x pi x couple x tr / min) / 33000 = (couple * tr / min) / 5252

En général, un moteur sera plus efficace lorsqu'il tourne à un couple maximal (d'où la raison pour laquelle les moteurs diesel industriels fonctionnent très lentement), et le couple a plus d'effet sur la vitesse à laquelle la voiture accélère, en particulier à des vitesses inférieures. HP est plus utile à des vitesses plus élevées, où il vous donne une indication de la capacité de la voiture à atteindre et à maintenir une vitesse plus élevée.

À titre d'exemple, comparez le moteur d'un navire, qui générera d'énormes quantités de couple (pour déplacer lentement une chose très lourde) à très bas régime (seulement quelques centaines), avec celui d'une moto de course, qui générera beaucoup de puissance (pour déplacer une chose légère très rapidement) à un régime élevé (10-12 mille)

Le couple est le travail, la puissance est le rythme de travail

Dans le cadre des moteurs:

• Couple indique bien la charge d' un moteur peut transporter une certaine distance dans un certain laps de temps.

• La puissance indique la vitesse à laquelle le moteur peut déplacer cette charge sur cette distance.

Quelques autres choses qui peuvent aider à expliquer la différence entre les deux:

• Le couple est ce qui accélère un véhicule à l'arrêt

  ▲ Torque = ▲ Acceleration
  

  Le mot arrêt est très important ici, car c'est la seule fois où les forces de traînée aérodynamiques ne limiteront pas l'accélération en ligne droite d'un véhicule. C'est aussi pourquoi le couple a un effet dominant à basse vitesse - les forces de traînée sont relativement faibles.

• Le couple fonctionne; il tire des charges

  Supposons que vous ayez deux véhicules identiques dans une compétition de tir à la corde avec deux moteurs différents qui développent la même puissance maximale, mais à des régimes différents. Le véhicule avec le régime moteur inférieur aura plus de couple aux roues que l'autre. Ce sera également le moteur qui remportera le concours de tir à la corde.

• La puissance maximale régira la vitesse maximale

  Power = Resistive Forces x Vehicle Speed
  

  La puissance en chevaux n'est qu'une unité de mesure de la puissance ou du taux de travail, donc:

  ▲ Horsepower = ▲ Top Speed
  

Le couple est la quantité de force exercée par votre moteur à un régime particulier. Dans deux voitures à engrenage égal et dans le même rapport, une voiture produisant deux fois plus de couple accélérera exactement deux fois plus vite.

La puissance est calculée à partir du couple et du régime. Un couple donné à bas régime équivaut à moins de puissance que le même couple à régime plus élevé.

La puissance est importante car la force qui atteint les roues arrière pour accélérer le véhicule est une combinaison de couple et de transmission . De manière générale, plus une voiture tourne haut, plus elle peut être serrée. Plus la vitesse est serrée, plus elle accélère pour un couple donné. Étant donné que la puissance représente une combinaison de couple et de régime, c'est en fait une assez bonne indication de l'accélération de la plupart des voitures avec des rapports de transmission bien choisis.

Pour prendre un exemple extrême, disons que nous avons un moteur à régime extrêmement élevé (comme un moteur de formule 1). Il produit 250 lb-pi de couple, mais il maintient ce couple jusqu'à une puissance maximale de 20 000 tr / min, soit près de 800 ch. En revanche, nous avons un moteur avec beaucoup de cylindrée mais une ligne rouge relativement basse. Disons que cette hypothétique voiture coupleuse fait un couple maximal de 600 lb-pi et tourne à 6 000 tr / min, ce qui fait un peu plus de 600 ch. Notez que la voiture avec plus de puissance produit beaucoup moins de couple. En première vitesse, disons que la voiture à régime élevé est trois fois plus serrée que la voiture coupleuse - la voiture à régime élevé sera à 60 mph et à 18000 tr / min tandis que la voiture coupleuse sera à 6000 tr / min à 60 mph. Cela fait que la voiture à régime élevé réduit en fait plus de couple de roue dans cet équipement, donc elle accélérera plus rapidement. Et puisqu'il lui reste encore 2000 tr / min de régime moteur lorsque la voiture coupleuse manque de régime, il continuera d'accélérer au-delà de 60 mph en première vitesse pendant que l'autre voiture passe. Et le même drame se répétera également dans les rapports supérieurs - la voiture HP supérieure accélérera généralement plus vite car elle peut se permettre de rester dans les rapports inférieurs qui peuvent se permettre d'être plus serrés.

Gearing - c'est pourquoi la puissance est importante. Un engrenage serré signifie qu'une voiture doit tourner plus haut pour atteindre une vitesse de route donnée. Un rapport long signifie que la voiture n'a pas besoin de tourner aussi haut pour atteindre une certaine vitesse. Le compromis est l'accélération. Ainsi, la première vitesse dans la plupart des voitures est très serrée, se terminant avant 30 mi / h dans de nombreuses petites voitures. D'un autre côté, le rapport de surmultiplication est censé offrir une très mauvaise accélération mais il permet à la voiture de maintenir un régime presque au ralenti à des vitesses autoroutières, économisant ainsi de l'essence. En outre, sinon, des voitures identiques peuvent avoir différents rapports de conduite finale, ce qui affectera leur accélération globale et leur vitesse de pointe. Ainsi, une voiture avec un rapport arrière de 3,00 accélérera plus lentement à une vitesse de pointe plus élevée que la même voiture avec un rapport arrière de 4,10.

Dans les termes les plus simples possibles:

Couple = Lbs / Ft. Une mesure concrète et réelle de la force de torsion produite par le moteur.

Puissance = Unité de travail arbitraire et constituée . Une unité de puissance repose sur l' hypothèse qu'un cheval peut tirer avec une force d'un peu plus de 180 livres.

L'erreur que la plupart des gens commettent dans ce débat est de considérer la puissance et le couple de manière indépendante. Presque tout le monde se dispute comme s'il s'agissait de valeurs distinctes et sans rapport. Ils ne le sont pas.

Puissance = (couple x tr / min) / 5252

Cette équation est la deuxième chose la plus importante sur cette page, et c'est la raison pour laquelle quiconque vous dit que la puissance et le couple doivent être considérés de manière égale et séparée est considérablement hors-base. Le fait est que la puissance est le produit du couple et d'une autre valeur - RPM (divisé par 5252). Ce n'est pas indépendant, séparé ou différent.

En fait, il n'existe pas une seule machine qui mesure la puissance d'une voiture. C'est un numéro créé par l'homme. Lorsque les performances d'une voiture sont testées, son couple est mesuré à l'aide d'un dynamomètre. La mesure des performances d'un moteur est le couple. La puissance en chevaux est un nombre supplémentaire qui est atteint en multipliant le couple par les tr / min.

La relation entre la puissance, le couple et l'accélération

Analogie typique: Énergie potentielle: Couple :: Énergie cinétique: Puissance cheval

Le couple peut exister sans mouvement, c'est une capacité à travailler.
La puissance ne peut exister qu'en mouvement. C'est le taux de travail.

Puissance du moteur = Couple * Vitesse;

Pour référencer un moteur fonctionnant à charge constante, la référence de puissance est utilisée pour extraire la puissance maximale.
. Pour référencer un moteur fonctionnant à des charges variables (changement de vitesse, par exemple), le couple est plus approprié.

Courbes:
Courbe de couple: couple produit par le moteur par rapport au régime moteur, à différentes charges sur le moteur.
Courbe de puissance: puissance produite par le moteur par rapport au régime moteur, à différentes charges sur le moteur. Ceci sera obtenu en multipliant la courbe de couple par la vitesse, ce sera donc une version décalée + allongée sur la courbe de couple. Reportez-vous à l' exemple de courbe de couple de puissance.
La courbe d'économie de carburant se chevauchera sur les courbes ci-dessus pour une meilleure compréhension.

Vous vous confondez entre courbe de puissance / courbe de couple et courbe d'économie de carburant.

Étant donné une courbe de puissance, nous pouvons obtenir une courbe de couple et vice-versa.
La courbe d'économie de carburant doit être fournie explicitement sous forme de graphique se chevauchant.

Maintenant, il faut savoir quand utiliser quoi.
Pour obtenir le meilleur kilométrage, suivez la courbe de kilométrage.
Pour obtenir la puissance maximale, reportez-vous à la courbe de puissance.

La courbe de couple sera généralement utilisée comme référence pour les systèmes de commande de transmission, pour savoir quel est le prochain meilleur rapport à changer.

Toujours pas clair? Consultez un exemple concret

Remarque: Les courbes sont spécifiées uniquement dans certaines conditions de charge. Le comportement réel du moteur dépend donc de la charge actuelle sur le moteur ainsi que de diverses limitations imposées en raison des normes législatives / d'émission / de protection contre les dommages.