Energie fournie par un moteur

[alex0rcs]

Salut,

Dans le cadre d’un projet, j’aimerais pouvoir déterminer la consommation d’une voiture en fonction de différentes forces de trainée.
Il me faut donc une relation qui lie le volume de carburant utilisé sur une distance et cette force de trainée qui s'oppose à la traction.

Dans un premier temps je calcule le travail de cette force : W=F*D avec D la distance.
D’autre part je sais que l’énergie théorique fournie par la transformation d’un volume V de carburant est E=H*V, avec H le pouvoir calorifique du carburant (l’enthalpie de réaction de combustion), en J/L.
Je multiplie cette énergie par un coefficient de rendement du moteur (environ 30 à 40%) et j’ai une énergie réelle.

Mais en sortie du moteur, donc comment avoir maintenant l’énergie nécessaire pour «*tracter*» la voiture ?

Cette énergie s’oppose à la trainée, donc, et à la résistance au roulement au niveau des roues, que je pense pouvoir calculer (coefficient de roulement * poids/4 (pour 4 roues)).
J’aurais donc le volume de carburant a consommer pour une distance pour une force de trainée donnée.


Merci de votre aide et indications !
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[invite07941352]

Bonsoir,
Oui, rien vous empêche de faire cela dans ce sens . En général, on part d'une puissance disponible aux roues ( et non pas en sortie moteur ...) ,
et l'on tente de voir quelle vitesse on peut atteindre , compte tenu des forces résistantes .
La force résistante principale étant la résistance de l'air , Faéro , bien supérieure à la force de roulement , et variant avec le carré de la vitesse .

[alex0rcs]

Oui, mais je souhaite une relation entre volume de carburant et force de trainée (pour déterminer la consommation), il faut donc bien que je passe par le moteur…

Le force de résistance du à l’air (en projection horizontale, la force de trainée), je l’obtient à partir d’un modèle numérique et admettons que je la connaisse, ce n’est pas le problème ici.
En fait j’ai différentes configuration (fenêtres ouvertes/fermées) et celle ci varie, et j’aimerais avoir son influence sur la consommation.

D’où ma question, en plus simple : quelle relation lie la force de traction d’une voiture et le volume de carburant utilisé.

[Dynamix]

Salut
Un peu de lecture ICI concernant la traînée aérodynamique .

[A voir en vidéo sur Futura]

[alex0rcs]

Comme dit, le problème n’est pas la trainée !!
On admet que je connait sa valeur, moi je veux juste une expression de la traction développée par le moteur !

[Dynamix]

A vitesse constante la traction est égale à la traînée .

[invite07941352]

Re,
Le PCI de l'essence est d'environ 31400 kJ/L ;
Ma tondeuse à gazon consomme 1L/h ; Quelle devrait être sa puissance ?
31400 kJ/ h = 8720 J/s = 8720 W = 8.72 kW
Mais ma tondeuse ne fait que 1 kW environ...

[alex0rcs]

catmandou, justement, à partir du PCI j’ai l’énergie théorique en sortie moteur en fonction du volume d’essence, mais comment avoir l’énergie (ou la force) de traction, en gros au niveau des roues ? Y a t’il un coefficient générique à appliquer ? Je présume que ça dépend de toutes les liaisons et transformations de mouvement du moteur à la roue, du poids de la voiture, et de pas mal de facteurs…
Là est mon problème…


Dynamix, encore une fois, je sais très bien que la trainée s’oppose à la traction, c’est de là que part mon raisonnement. Ce que j’aimerais c’est une expression de la traction en fonction du volume d’essence donné au moteur.


Merci en tout cas de vos réponses !

[invite07941352]

Re,
Vous appliquez vos 40% de rendement thermodynamique au moteur : vous êtes au volant moteur .
Vous collez 15 % de pertes pour la boîte, le différentiel, les roulements , on peut discuter à l'infini de cette valeur .... Ce n'est pas le but .
Et vous avez la puissance aux roues .

[Dynamix]

Ce que j’aimerais c’est une expression de la traction en fonction du volume d’essence donné au moteur.

Le travail est égal à l' énergie .
Donc , avec tes formules :
F.D = H.V
La force recherchée est donc :
F = H.V/D
Je m' étonne qu' en l' état de ta réflexion tu ne l' ais pas trouvé tout seul .

[alex0rcs]

@Dynamix :

Si dans ta formule (F = H.V/D), F est la traction (disponible au niveau des roues), ça ne peut être juste.
H, le pouvoir calorifique du carburant, traduit la transformation d'énergie du carburant en énergie mécanique dans le cas idéal : X litres de carburant donne une énergie de H*X Joules.
Mais toute cette énergie n'est pas restituée, et c'est là le problème !
Moi j'aimerais la force effective de traction qui propulse la voiture, coefficients de pertes et rendements déduis.


@catmandou :

Justement, que vaut ce pourcentage de pertes ?
Peut-on raisonnablement l'estimer ? Faut-il décomposer chaque transmission de mouvement ou peut on appliquer un rendement général (15% ?) en plus de celui du moteur pour atteindre la force de traction ?

[alex0rcs]

J'ai trouvé ici un calcul du rendement global d'une voiture (page 20).
Ils font le rapport de l'énergie consommée et de l’énergie utile. L'énergie utile est la somme de celles pour vaincre le roulement et la trainée et celle pour déplacer la masse ("pour accélérer").
Le problème c'est que je prend différentes trainées (que je connais), je ne peux donc pas reprendre leur calcul.
Mais par contre, est-ce que je peux prendre leur résultat (rendement d'environ 20%) pour le multiplier a l'énergie crée par la transformation de carburant en énergie pour avoir une force de traction "moyenne" ?

[invite07941352]

Re ,
Il me semble vous avoir tout donné ; je précise et je change un peu :
Pour le moteur :
pertes échappement : 35 à 40 %
circuit refroidissement : 15 %
pertes mécaniques : 15 %
rayonnement : 5 %
Donc, il vous reste 25 à 30 % de l'énergie initiale du carburant sur le volant moteur .
Sur ce reste , vous appliquez maintenant une perte forfaitaire de 15 % pour boîte , différentiel, roulements ( à billes , à rouleaux ) ;
Vous avez maintenant votre énergie restante disponible aux roues .

[le_STI]

Comme catmandou, j'aurais dit d'utiliser un rendement de 15% pour les pertes dans la transmission.

[alex0rcs]

il vous reste 25 à 30 % de l'énergie initiale du carburant sur le volant moteur .
Sur ce reste , vous appliquez maintenant une perte forfaitaire de 15 % pour boîte , différentiel, roulements ( à billes , à rouleaux ) ;
Vous avez maintenant votre énergie restante disponible aux roues .

J'ai donc le rapport de l'énergie fournie par le carburant et de celle de traction qui vaut 0,30*0,15=0,045 ?
C'est très peu, non ?


Donc avec Ecarburant = H*V et Etraction = D*(Ftrainée+Froulement) et en négligeant Froulement (que je peux calculer si besoin), on a :
V=n*D*Ftrainée/H avec n le rendement.

J'ai une force de trainée d'environ 1080N. à 40m/s (un peu plus de 130km/h).
Je trouve un volume consommé pour 100 km de 0,13L., c'est peu !!


EDIT : n=Etraction/Ecarburant, pas l'inverse...
Donc V=(D*Ftrainée)/(H*n), mais du coup le volume est énorme...

[Dynamix]

J'ai donc le rapport de l'énergie fournie par le carburant et de celle de traction qui vaut 0,30*0,15=0,045 ?

Enlever 15% de 30% , c' est multiplier 0,3 par (1-0,15) , ce qui fait 25,5%

[alex0rcs]

Shame on me…

J’ai trouvé différentes sources qui estiment ce coefficient entre 15 et 25%, on est pas loin.

J’ai une consommation de 12L/100 avec 25%, c’est relativement correct. Voiture d’une tonne, à 40m.s-1.

Pour info, mon étude portait sur la surconsommation due à une conduite vitres ouvertes.
J’ai donc fait un modèle numérique approximatif qui me donnait les forces de trainée engendrés dans les deux cas.
Conclusion : Si vous roulez 100km fenêtres ouvertes à 130km/h, vous auriez pu en faire un peu plus d’un de plus en ayant roulé fenêtres fermés : consommation de 12,29L/100km dans un cas et 12,15L/100km dans l’autre.

Ca tiens bien sur de mon modèle numérique et des différents approximations faites.

[invite07941352]

Re,

"Tout le monde " dit surconsommation de 1 % vitres ouvertes , sur Internet ;
En cherchant bien, on devrait trouver des autos qui consomment moins vitres ouvertes que fermées ... Ce n'est que mon avis .

[alex0rcs]

Consommer moins vitres ouvertes que fermées ?
Comment ?

Avez-vous des sources pour vos 1% de surconsommation ?

[le_STI]

Tu fais une petite erreur.

Avec une perte de 15%, tu récupères 75% de l'énergie fournie.
Le rapport total sera donc de 0.30*0.75=0.225.

Concernant le document dont tu as donné le lien plus haut, si tu parlais de la formule en page 16 (la page 20 contient un petit dessin), ça m'a tout l'air d'être une formule empirique permettant de calculer la puissance utile lors d'un parcours normalisé. Il faut ensuite avoir accès au relevé de la consommation sur ledit parcours pour pouvoir définir le rendement de la voiture.
Le détail des calculs se retrouve apparemment dans ce document, mais je ne l'ai parcouru qu'en diagonale: http://www.hkw-aero.fr/pdf/energie_utile_voiture.pdf

EDIT: Oups je répondais au message #15, je n'avais pas vu la deuxième page

[Dynamix]

Avec une perte de 15%, tu récupères 75% de l'énergie fournie.
Le rapport total sera donc de 0.30*0.75=0.225.

Pense à changer les piles de ta calculatrice

[alex0rcs]

Tu fais une petite erreur.

Avec une perte de 15%, tu récupères 75% de l'énergie fournie.
Le rapport total sera donc de 0.30*0.75=0.225.

Concernant le document dont tu as donné le lien plus haut, si tu parlais de la formule en page 16 (la page 20 contient un petit dessin), ça m'a tout l'air d'être une formule empirique permettant de calculer la puissance utile lors d'un parcours normalisé. Il faut ensuite avoir accès au relevé de la consommation sur ledit parcours pour pouvoir définir le rendement de la voiture.
Le détail des calculs se retrouve apparemment dans ce document, mais je ne l'ai parcouru qu'en diagonale: http://www.hkw-aero.fr/pdf/energie_utile_voiture.pdf

EDIT: Oups je répondais au message #15, je n'avais pas vu la deuxième page

Pas de problème, merci de ta réponse.
Effectivement, vu leurs valeurs numériques je pense que ce sont des résultats empiriques.


Tout calculs (re)faits, j’ai une consommation de 13,38L/100km fenêtres fermées et 13,46 fenêtres ouvertes.
Donc on peut faire un demi km de plus avec le même plein si on roule fenêtres fermées sur 100km.
Cela vous semble-il plausible ?

[Dynamix]

Tout calculs (re)faits, j’ai une consommation de 13,38L/100km fenêtres fermées et 13,46 fenêtres ouvertes.
Cela vous semble-il plausible ?

Comment tu trouves ça ?
Cx ?
S ?
Résistance au roulement ?
Rendement total de la motorisation ?

[le_STI]

Pense à changer les piles de ta calculatrice

Je crois que ça vient pas de la calculatrice

[alex0rcs]

Comment tu trouves ça ?
Cx ?
S ?
Résistance au roulement ?
Rendement total de la motorisation ?

V=(D*(Ftrainée+Rt))/(∆H*η) avec Rt=μ*(P-Fportance) μ le coefficient de roulement et η le rendement global du véhicule.

Les forces de trainé et portance sont obtenues à partir de mon modèle numérique.