Moteurs de voiture, vitesse et consommation de carburant

[DarK MaLaK]

Bonjour, je pense que ce topic doit avoir sa place en physique. Je me pose depuis longtemps une question, à force de voir des campagnes de sécurité routière.

Je ne connais pas bien le fonctionnement d'un moteur, mais il est souvent préconisé de rouler plus lentement pour consommer moins de carburant. Or, en roulant plus lentement, on arrive plus tard à destination. Et donc ma question est la suivante : dans quelle mesure la consommation de carburant va-t-elle être diminuée, sachant qu'en roulant à une vitesse v inférieure à une vitesse v', le temps pour arriver est augmenté ? Y a-t-il une limite facile à calculer qui nous donne la vitesse v (par rapport à v') minimale pour laquelle la consommation de carburant va diminuer plutôt qu'augmenter ? Les réactions chimiques de combustion et le nombre de tours par minute du moteur y sont-ils pour quelque chose ?

Merci.

[invitea3eb043e]

Si on y regarde de très loin, l'énergie dissipée est égale au produit de la force résistante par la distance parcourue. La force résistante sera, toujours en gros, le frottement, notamment dans le moteur + la résistance de l'air proportionnelle à v².
Avec ce raisonnement, plus on va lentement, moins on consomme.
Cela s'observe, mais il y a des limites, notamment si on roule trop lentement parce que les frottements du moteur vont devenir prépondérants, si on roule en 1ère par exemple.
De plus, le rendement du moteur n'est pas constant, il est optimisé pour un certain régime et un certain couple ; si on s'en écarte, la consommation augmente mais pas de façon dramatique.

[calculair]

Bonjour

Comme le di Jean Paul il y a une vitesse optimale.

Tres vite il est evident que les forces necessaires pour rouler vite sont tres grandes et le travail demandé au moteur est important.

A l'autre extrmite des vitesse quand tu faits du surplace ta vitesse est quasi nulle, mais tu vas consommer du carburant. .

Entre les 2 il y a un optimum, qui depend auss de l'optimisation du moteur et du vehicule

[DarK MaLaK]

Merci à vous deux pour votre aide. Mais je ne vois pas d'où vient exactement la formule de l'énergie dissipée. Et peut-on y introduire le temps pour obtenir une formule générale qui résoudrait mon problème mathématiquement (c'est-à-dire le calcul de l'énergie dissipée pour une même distance mais à deux vitesses et donc durées différentes) ? Là, je parle d'une formule qui supposerait que le moteur marche dans son régime et son couple optimaux, si j'ai bien compris ce que vous avez dit.

Et donc, plus la vitesse augmente plus l'énergie dissipée augmente mais de manière plus ou moins quadratique : par conséquent, une augmentation de vitesse légère peut entraîner une dissipation d'énergie un peu plus conséquente ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitea3eb043e]

Là, je parle d'une formule qui supposerait que le moteur marche dans son régime et son couple optimaux, si j'ai bien compris ce que vous avez dit.

Problème, c'est que ça ne marche pas ainsi ! Le produit couple x régime, c'est la puissance délivrée par le moteur tandis que le produit force motrice x vitesse, c'est la puissance consommée et ces 2 grandeurs sont très sensiblement égales, la boîte de vitesses ayant un bon rendement.
Donc on ne peut pas conserver régime et puissance optimaux et changer de vitesse, il faut faire des compromis et ça, c'est du travail de professionnel qui ne se ramène pas à une petite formule dans un coin.

[invite63615044]

Je ne sais pas si j'ai bien saisi le sens de votre question ; si c'est le cas, elle ne se pose pas.

Vous vous demandez sans doute si en roulant plus vite, on arrive plus tôt donc comme le moteur aura fonctionné moins longtemps on aura moins consommés.

Mais les consommations sont données en L/100 km : ainsi, pour un trajet donné, vous consommerez en général toujours plus en roulant vite qu'en roulant lentement (dans des limites raisonnables), quel que soit le temps que vous mettez !

Exemple : votre voiture consomme 5 L/100 km à 90 km/h et 8 L/100 km à 130 km/h. Pour un trajet de 100 km, vous aurez consommé 5 L si vous avez roulé à 90, et 8 L à 130, même si vous êtes arrivé plus tôt, c'est tout.

Pardon si je me trompe sur le sens de votre question.

[Tifoc]

Bonjour,

Vous avez compris que la consommation telle qu'exprimée habituellement en L/100km n'a pas beaucoup de sens... Vous consommerez toujours moins à 90km/h qu'à 130, moins à 50 qu'à 90, moins à 10 qu'à 50 (en supposant quand même que vous êtes à chaque fois sur le bon rapport de boîte, parce qu'à 10 en 3eme, ça va faire aussi mal qu'à 50 en 1ere !). Et en dessous de 10km/h je n'en parle pas, parce que dans ce cas faites du vélo et votre consommation d'énergie fossile sera nulle (mais votre consommation d'énergie "alimentaire" augmentera - certains diront : donc la fossile aussi ! ).
En fait, on ne peut comparer deux consommations qu'à distances parcourues égales en des temps égaux. Et là, en première approche purement physique, pour deux véhicules identiques, les consommations seront égales, quelle que soit la conduite adoptée . Mais en pratique ce n'est évidemment pas vrai.

Les grandeurs énergétiques mises en jeu sont les suivantes :
Puissance aérodynamique : fonction du cube de la vitesse et de l'aérodynamique du véhicule (le fameux S.Cx).
Puissance développée par la résistance au roulement des pneumatiques : fonction (approximative) de la vitesse jusqu'à 25m/s (90km/h), du carré de la vitesse au delà.

Donc, à un véhicule donné et à une vitesse donnée, correspondent une puissance motrice (calculée à l'essieu, c'est la somme des deux précédentes; calculée au moteur, il faut faire intervenir le rendement de la transmission). La consommation du moteur, appelée Csp comme consommation spécifique, s'exprime en g/(kW.h), soit en gramme (de carburant) par kilowatt (puissance consommée) et par heure. Pour info elle est de l'ordre de 200 à 350 g/(kW.h) sur les véhicules de tourisme actuels.
Cette Csp varie avec le régime moteur (elle est en fait l'image de son rendement). Elle est minimale dans une plage de 500tr/min autour de 2000tr/min sur un diesel, de 3000tr/min sur une essence (valeurs évidemment très approximatives, et toujours pour des véhicules grand public).
En résumé, pour parcourir une distance donnée dans un temps donné, vous limiterez votre consommation en faisant fonctionner votre moteur dans cette plage. Ce ne sera pas le cas si vous poussez vos rapport (style 3eme à 90). Mais ça ne va pas le faire non plus si vous passez la 5eme à 50 !!!

Quant à déterminer une vitesse "idéale"

En espérant vous avoir un peu éclairé...