Bande de puissance - Power band
La plage de puissance d'un moteur à combustion interne ou d' un moteur électrique est la plage de vitesses de fonctionnement sous laquelle le moteur ou le moteur est capable de fonctionner le plus efficacement. Alors que les moteurs et les moteurs ont une large plage de régimes de fonctionnement, la plage de puissance est généralement une plage de régimes moteur beaucoup plus petite, seulement la moitié ou moins de la plage de régimes moteur totale (les moteurs électriques sont une exception - voir la section sur les moteurs électriques ci-dessous) .
Plus précisément, la bande de puissance est la plage de régime autour de la puissance de sortie de crête . La plage de puissance d'un moteur automobile à essence à combustion interne commence généralement à des régimes moteur de milieu de gamme (environ 4000 tr / min) où le couple maximal est produit, et se termine près de la ligne rouge après avoir atteint la puissance maximale entre 5000 et 6500 tr / min. Les moteurs diesel des voitures et des petits camions peuvent développer un couple maximal inférieur à 2 000 tr / min avec un pic de puissance inférieur à 5 000 tr / min.
Applications
Une transmission mécanique avec une sélection de différents rapports de démultiplication est conçue pour rendre une puissance satisfaisante disponible sur toute la plage de vitesses du véhicule. Le but de la sélection des rapports de démultiplication est de maintenir le moteur en fonctionnement dans sa plage de puissance. Plus la bande est étroite, plus il faut d'engrenages, plus rapprochés en proportion. En sélectionnant soigneusement les rapports, un moteur peut fonctionner dans sa plage de puissance, à toutes les vitesses du véhicule. Une telle utilisation empêche le moteur de travailler à basse vitesse ou de dépasser les vitesses de fonctionnement recommandées.
Une bande de puissance étroite est souvent compensée par un dispositif de répartition de puissance tel qu'un embrayage ou un convertisseur de couple pour atteindre efficacement une large plage de vitesses. Une transmission à variation continue peut également éviter les problèmes d'une bande de puissance étroite en maintenant le moteur en marche à une vitesse optimale.
Moteurs à combustion interne
Dans les moteurs à combustion typiques des véhicules, le couple est faible au ralenti, atteint une valeur maximale entre 1 500 et 6 500 tr / min, puis tombe plus ou moins brusquement vers la ligne rouge. En dessous du régime du couple maximal, la compression n'est pas idéale. Au-dessus de cette vitesse, plusieurs facteurs commencent à limiter le couple, tels que l'augmentation du frottement, le temps nécessaire pour fermer les soupapes et la combustion, et un débit d'admission insuffisant. En raison de l'augmentation des vibrations et de la chaleur, une limitation de régime externe peut également être installée. La puissance est le produit du couple multiplié par la vitesse de rotation (analogue à la force multipliée par la vitesse dans un système linéaire), de sorte que la puissance de crête est produite dans la plage de vitesse supérieure où il y a à la fois un couple élevé et un régime élevé.
Dans les moteurs turbocompressés et suralimentés avec un potentiel de couple abondant, un système de régulation de la pression d'admission limite souvent le couple à un chiffre presque constant sur toute la plage de régime du moteur pour réduire les contraintes sur le moteur et fournir une maniabilité constante sans diminuer la puissance de pointe.
Moteurs à essence
Les Powerbands peuvent dépasser les 14000 tr / min dans les motos et certaines voitures de course, telles que les voitures de Formule 1 . Ces vitesses élevées sont atteintes en utilisant des pistons légers et des bielles avec des courses courtes pour réduire l'inertie, et donc les contraintes sur les pièces. Les progrès de la technologie des vannes réduisent également le flotteur de la vanne à de telles vitesses. Au fur et à mesure qu'un moteur grossit (sa course en particulier), sa bande de puissance passe à des vitesses plus basses.
Dans des applications plus courantes, un moteur à essence moderne, bien conçu et bien conçu , à injection de carburant , commandé par ordinateur , à plusieurs soupapes et éventuellement à calage variable des soupapes , utilisant un bon carburant peut atteindre une flexibilité remarquable dans les applications automobiles, avec un couple suffisant même à bas régime. régimes du moteur et une puissance de sortie relativement plate de 1 500 à 6 500 tr / min, permettant une croisière facile et un comportement tolérant à basse vitesse. Cependant, atteindre une puissance maximale pour une forte accélération ou une vitesse de route élevée nécessite toujours un régime élevé. Bien que la plage de puissance littérale couvre la majeure partie de la plage de régime de fonctionnement, en particulier en première vitesse (car il n'y a pas de rapport inférieur vers lequel passer et pas de «point plat» dans lequel le moteur ne produit aucune puissance), la bande effective change dans chaque rapport, devenant la plage limitée à l'extrémité supérieure soit par le limiteur, soit par un point situé approximativement entre la puissance de pointe et la ligne rouge où la puissance diminue, et à l'extrémité inférieure le régime de ralenti du moteur.
Moteurs diesel
Un diesel routier typique («haute vitesse») a une bande plus étroite, générant un couple maximal à un régime plus bas (souvent de 1 500 à 2 000 tr / min), mais aussi avec une baisse plus nette en dessous de cette valeur et atteignant une puissance de pointe autour de 3500 à 4500 RPM, perdant à nouveau rapidement de la force au-dessus de cette vitesse. Les moteurs diesel turbocompressés avec turbo lag (bande de puissance rétrécie et exagérée intrinsèque à la plupart des moteurs turbocompressés) peuvent afficher cette caractéristique de manière encore plus marquée. Par conséquent, le choix de l'engrenage par le fabricant (ou l'acheteur / le modificateur) et l'utilisation appropriée des rapports disponibles sont encore plus cruciaux pour tirer le meilleur parti de la puissance disponible et éviter de "s'enliser" dans des endroits plats.
Les moteurs diesel plus gros des locomotives et certaines motomarines utilisent un entraînement diesel-électrique. Cela élimine les complexités d'un engrenage extrêmement bas, comme décrit ci-dessous.
Les plus gros diesels («à basse vitesse») - les gros générateurs sur terre et les diesels marins en mer - peuvent tourner à seulement des centaines de tr / min ou même moins, avec des vitesses de ralenti de 20 à 30 tr / min. Ces moteurs sont généralement des moteurs diesel à deux temps .
Moteurs électriques
Les moteurs électriques sont uniques à bien des égards, en particulier en ce qui concerne la bande de puissance. Les caractéristiques exactes varient considérablement selon le type de moteur électrique. Le couple maximal d'un moteur universel (aspirateur, petites machines, perceuses, démarreurs) se produit à un taux de rotation nul (lorsqu'il est calé) et diminue pour un régime plus élevé. Pour les moteurs à induction connectés à une source CA à fréquence fixe (le plus courant dans les grandes applications), le couple maximal est généralement juste en dessous du régime synchrone, descend à zéro pour ce régime et devient négatif au-dessus (générateur à induction); à bas régime, le couple est généralement légèrement inférieur. Les moteurs synchrones ne peuvent être utilisés qu'à une vitesse synchrone de la source CA. Dans les applications modernes, des moteurs synchrones et à induction avec contrôle électronique de la fréquence sont utilisés, par exemple des moteurs électriques CC sans balais . Dans ce cas, à moins que des limitations externes ne soient appliquées, le couple maximal est atteint à bas régime.
Par exemple, le moteur à courant alternatif du Tesla Roadster (2008) produit un couple maximal presque constant de 0 à environ 6000 tr / min, tandis que la puissance maximale se produit à environ 10000 tr / min, longtemps après que le couple commence à chuter. La ligne rouge du Roadster est de 14000 tr / min. D'autres moteurs électriques peuvent en fait produire un couple maximal sur toute leur plage de fonctionnement, bien que leur vitesse de fonctionnement maximale puisse être limitée pour une meilleure fiabilité.
Turbines à gaz
Les turbines à gaz fonctionnent à un régime extrêmement élevé en comparaison, et présentent des bandes de puissance étroites, ainsi qu'une faible capacité d'accélération et une mauvaise réponse de l'accélérateur.