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Down sizing



  1. #1
    profmeca

    Down sizing


    ------

    Bonsoir à tous.
    Le down sizing (réduction de la cylindrée des moteurs à combustion interne) va vraisemblablement se généraliser dans l'industrie automobile.
    Cette nouvelle technique doit permettre d'utiliser un moteur d'automobile sous un taux de charge plus élevé qu'un moteur classique (20% en moyenne).
    En fait, il s'agit pour un même véhicule de diminuer la cylindrée moteur pour lui permettre de travailler proche de son maximum.
    Les effets attendus sont:
    -Réduction du CO2 émis (quantité de carburant injectée diminuée)
    -Réduction des autres polluants règlementés.
    -Réduction des poids (influence directe sur consommation carburant et pollution).
    -Réduction du prix de revient du véhicule à la construction.

    Quels sont vos avis sur la question?

    -----

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  3. #2
    trebor

    Re : Down sizing

    Bonjour,
    D'accord, il est inutile d'avoir un moteur de 3000 cm³ pour rouler à 130 km/h alors que les voitures particulières ne servent qu'à transporter 5 personnes + les bagages. Mais si le véhicule doit tirer une caravane ou une grosse remorque, il faudra leur permettre d'avoir un moteur plus puissant, car sinon en côte ils vont monter en première à 20 km/h quoique, en montagne, ils n'ont pas besoin d'aller plus vite, mais le moteur va surchauffer. C'est vrai qu'il y a un non sens d'utiliser un puissant 4X4 pour circuler à
    90 % en ville (c'est un phénomène de mode actuel) ou une voiture de sport, mais par exemple:
    Ferrari mettra t-il un moteur de 1400 cm³ ou moins, si oui, en vendront-ils encore autant ?
    Pour les camions, le besoin d'un moteur puissant et de grosse cylindrée devrait être en rapport avec le trajet et la charge transportée, s'il ne transporte que du carton ou du béton, le besoin est différent ainsi que rouler uniquement en Hollande ou dans les alpes. Les engins devraient être vendus pour un usage bien déterminé en tenant compte du trajet employé. Pour les motos, idem certaines ont la cylindrée supérieure à celui d'une voiture, allons nous voir des motos de maximum 100 cm³ ? Vont-elles encore se vendre aussi bien qu'actuellement ? Vous me direz qu'ils n'auront pas le choix.
    L'idée est bonne, mais quel changement à faire accepter dans les habitudes et les mentalités. Actuellement ma voiture de 12 ans est un 2000 cm³ Diesel sans turbo de 72 ch, le nouveau modèle est un 1400 cm³ turbo de 90 ch, pour le couple moteur, je ne connais pas les chiffres, il est probablement inférieur au 1400 cm³, et en côte il sera peut-être moins rapide ? surtout bien chargé.
    Amicalement et A+
    Ultracrépidarianisme

  4. #3
    profmeca

    Re : Down sizing

    Citation Envoyé par trebor
    Bonjour,
    D'accord, il est inutile d'avoir un moteur de 3000 cm³ pour rouler à 130 km/h alors que les voitures particulières ne servent qu'à transporter 5 personnes + les bagages. Mais si le véhicule doit tirer une caravane ou une grosse remorque, il faudra leur permettre d'avoir un moteur plus puissant, car sinon en côte ils vont monter en première à 20 km/h quoique, en montagne, ils n'ont pas besoin d'aller plus vite, mais le moteur va surchauffer. C'est vrai qu'il y a un non sens d'utiliser un puissant 4X4 pour circuler à
    90 % en ville (c'est un phénomène de mode actuel) ou une voiture de sport, mais par exemple:
    Ferrari mettra t-il un moteur de 1400 cm³ ou moins, si oui, en vendront-ils encore autant ?
    Pour les camions, le besoin d'un moteur puissant et de grosse cylindrée devrait être en rapport avec le trajet et la charge transportée, s'il ne transporte que du carton ou du béton, le besoin est différent ainsi que rouler uniquement en Hollande ou dans les alpes. Les engins devraient être vendus pour un usage bien déterminé en tenant compte du trajet employé. Pour les motos, idem certaines ont la cylindrée supérieure à celui d'une voiture, allons nous voir des motos de maximum 100 cm³ ? Vont-elles encore se vendre aussi bien qu'actuellement ? Vous me direz qu'ils n'auront pas le choix.
    L'idée est bonne, mais quel changement à faire accepter dans les habitudes et les mentalités. Actuellement ma voiture de 12 ans est un 2000 cm³ Diesel sans turbo de 72 ch, le nouveau modèle est un 1400 cm³ turbo de 90 ch, pour le couple moteur, je ne connais pas les chiffres, il est probablement inférieur au 1400 cm³, et en côte il sera peut-être moins rapide ? surtout bien chargé.
    Amicalement et A+
    Pour le couple et la puissance, il faut voir les courbes!
    En fait, sur les moteurs dernière génération, les constructeurs jouent sur la pression de suralimentation pour obtenir le remplissage optimal des cylindres sous toute charge et régime moteur.
    Même sur un moteur de petite cylindrée, le couple est très important et surtout quasiconstant à sa valeur maximale; ce qui permet une souplesse moteur et une consommation spécifique en carburant innégalée.
    Le temps de réponse est quasiment inexistant sur les nouveaux moteurs grâce à une très haute vitesse de compresseur devenue possible en réduisant les masses en mouvement donc la grosseurs des turbocompresseurs.
    Je pense que le downsizing est un bon moyen de réduire la consommation et la pollution; reste à voir la fiabilité dans le temps!

  5. #4
    Iguane

    Exclamation Re : Down sizing

    Avec une boîte manuelle à rapports distincts, un moteur de petite cylindrée fortement turbosuralimenté est beaucoup moins agréable qu’un atmosphérique de plus forte cylindrée. Les problèmes sont :
    - faible frein moteur,
    - faible couple à très bas régime
    - délai de réponse transitoire lors de changements de charge.

    Au total la consommation n’est pas forcément réduite. Par exemple la Corvette C6 avec son V8 atmosphérique de 6 litres consomme moins qu’une Porsche Turbo de 3,6 litres.

    Si on voulait vraiment diminuer la consommation, il a y un moyen très simple et réalisable immédiatement pour un coût nul : un rapport supérieur extrêmement long qui permettrait au moteur de tourner à bas régime et sous plus forte charge, par exemple 65 km/h par 1000 tr/min pour une voiture 2 litres turbo-diesel, soit 2000 tr/min à 130 km/h. Au lieu de monter des boîtes à 6 rapports stupidement étagées en progression arithmétique avec 14 ou 15% d’écart entre 5e et 6e et un trou de 80% entre 1e et 2e , on pourrait avoir un étagement en progression plus géométrique avec un écart de l’ordre de celui de la réserve de couple du moteur entre chaque rapport.

    Les deux seul problèmes serraient que :
    - moins bonnes reprises sur le dernier rapport - tellement prisées par les journalistes !
    - il faudrait que les conducteurs sachent conduire, notamment enclencher le rapport adapté et ne rétrograder qu’à bon escient.

    La solution idéale c’est une transmission à variation continue (CVT) ou infinie (IVT) a bon rendement et alors là oui, d’accord pour le downsizing. Sinon, des moteurs de cylindrée toujours plus faible pour propulser des véhicules toujours plus lourds, c’est pas terrible.
    Avec un petit turbo-diesel pour une voiture grosse et lourde, il faudrait au moins installer un frein d’échappement, comme sur les poids-lourds.

    Cordialement,
    Iguane

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    wizz

    Re : Down sizing

    Citation Envoyé par Iguane
    Avec une boîte manuelle à rapports distincts, un moteur de petite cylindrée fortement turbosuralimenté est beaucoup moins agréable qu’un atmosphérique de plus forte cylindrée. Les problèmes sont :
    - faible frein moteur,
    - faible couple à très bas régime
    - délai de réponse transitoire lors de changements de charge.

    Au total la consommation n’est pas forcément réduite. Par exemple la Corvette C6 avec son V8 atmosphérique de 6 litres consomme moins qu’une Porsche Turbo de 3,6 litres.

    Si on voulait vraiment diminuer la consommation, il a y un moyen très simple et réalisable immédiatement pour un coût nul : un rapport supérieur extrêmement long qui permettrait au moteur de tourner à bas régime et sous plus forte charge, par exemple 65 km/h par 1000 tr/min pour une voiture 2 litres turbo-diesel, soit 2000 tr/min à 130 km/h. Au lieu de monter des boîtes à 6 rapports stupidement étagées en progression arithmétique avec 14 ou 15% d’écart entre 5e et 6e et un trou de 80% entre 1e et 2e , on pourrait avoir un étagement en progression plus géométrique avec un écart de l’ordre de celui de la réserve de couple du moteur entre chaque rapport.

    Les deux seul problèmes serraient que :
    - moins bonnes reprises sur le dernier rapport - tellement prisées par les journalistes !
    - il faudrait que les conducteurs sachent conduire, notamment enclencher le rapport adapté et ne rétrograder qu’à bon escient.

    La solution idéale c’est une transmission à variation continue (CVT) ou infinie (IVT) a bon rendement et alors là oui, d’accord pour le downsizing. Sinon, des moteurs de cylindrée toujours plus faible pour propulser des véhicules toujours plus lourds, c’est pas terrible.
    Avec un petit turbo-diesel pour une voiture grosse et lourde, il faudrait au moins installer un frein d’échappement, comme sur les poids-lourds.

    Cordialement,
    Iguane
    Je rajoute quelques compléments d'info.

    Pour les moteurs essence, on régule la puissance par l'ouverture du papillon. Lorsque le papillon est peu ouvert, les pistons doivent aspirer un "vide partiel" qui absorbe la puissance. Ce qui arrive souvent avec des gros moteurs qui tournent lentement.

    Un gros moteur qui tourne lentement aspire l'air moins rapidement. Donc la vitesse de l'air à travers la soupape est moins vite. Or un moteur a besoin de bien mélanger le carburant, c'est à dire créer des turbulences. Ce qui n'arrive pas dans ce cas.

    Rallonger le dernier rapport de la boite de vitesse. Cela suppose rallonger aussi les rapports intermédiaires qui seront alors plus espacés. Pour avoir une accélération suffisante, le conducteur doit rester plus longtemps sur le rapport inférieur puisque le rapport supérieur est trop long. Pas très bon pour la consommation. Idem pour les routes montagneuses. Il doit rester sur le rapport inférieur quitte à mouliner. Ceux qui ont connu des boites auto à 3 rapports ou des anciennes boites manuelle à 4 rapports le savent. Et pour les malheureux qui ont connu la corsa city 4CV, la boite est tellement longue qu'ils doivent constamment rouler en 4e en surrégime et la consommation qui suit.

    Le dimmensionnement du dernier rapport dépend aussi du type d'utilisation. 130km/h à 2000rpm signifie 90km/h à 1400rpm. Ce qui signifie que la 6e est inutilisable hors de l'autoroute. Et comme le conducteur moyen n'est pas un VRP... Cela induit aussi un espacement plus long entre les rapports intermédiaires...

    Le rapport de la boite détermine la vitesse du véhicule.
    Il détermine aussi la vitesse du moteur à cette meme vitesse du véhicule.
    Cette vitesse du véhicule détermine la force de résistance à l'avancement, proportionnelle à la puissance n de la vitesse.
    Il y a donc une équation à faire. Si le rapport est long, la vitesse maximale ne peut etre atteint sur la 6e. On doit alors rouler sur la 5e qui est trop courte. Si le dernier rapport est très long, le véhicule ralentit puis "cale". (pour ceux qui ont connu la corsa city 4CV).

    En ce qui concerne les boites à variation continue. Il y a constamment un glissement donc surconsommation et surtout une usure prématurée des pièces mécaniques.

    Ce n'est pas aussi facile de dimensionner une boite!

  8. #6
    Iguane

    Re : Down sizing

    « Pour les moteurs essence, on régule la puissance par l'ouverture du papillon. Lorsque le papillon est peu ouvert, les pistons doivent aspirer un "vide partiel" qui absorbe la puissance. Ce qui arrive souvent avec des gros moteurs qui tournent lentement. »

    La 1ère partie de ton paragraphe est juste, la 2e est fausse. Les pertes par pompage croissent effectivement avec la diminution de charge, ce qui fait qu’en général en augmentant la charge, donc en faisant tourner le moteur plus lentement sous une charge plus élevée pour obtenir la même puissance, on diminue les pertes par pompage. Les pertes par friction sont également diminuées. Etudies un diagramme d’iso consommation comme il y en a là :
    http://www.histomobile.com/histomob/tech/1/135.htm

    En cliquant dessus tu les agrandis :
    http://www.histomobile.com/histomob/...niqu/135-1.jpg
    Sur celui là tu vois que la consommation spécifique (Csp ou Cse) minimum en g/kW.h (zones vertes) est obtenue sous forte charge et bas régime, entre 1300 et 2700 tr/min.

    Sur l’autre tu as les hyperboles d’équipuissance avec l’explication :
    http://www.histomobile.com/histomob/...niqu/135-2.jpg
    « Le diagramme d'isoconsommation du Mercedes M271 à compresseur montre les "hyperboles d'équipuissance". Celle en rouge correspond à 30 kW, soit la puissance nécessaire pour maintenir la voiture à 130 km/h sur chaussée plane. Le moteur est capable de développer cette puissance dès 1500 tr/min et jusqu'à son régime maxi. C'est à 2000 tr/mn qu'il le fera avec le meilleur rendement, soit une csp de 252 g/kW/h. A 4000 tr/min il consommera 320 g/kW/h et même quelque 430 g/kW/h à 6000 tr/min. »

    C’est un moteur à compresseur mécanique, ce qui fait que sa Csp minimum est située entre 8 et 12 bars de PME (pression moyenne effective), assez en dessous de sa PME maxi, contrairement au cas des moteurs essence atmosphérique dont la Csp mini est généralement située près de la pleine charge - l’effet serait donc encore plus marqué.

    « Un gros moteur qui tourne lentement aspire l'air moins rapidement. Donc la vitesse de l'air à travers la soupape est moins vite. Or un moteur a besoin de bien mélanger le carburant, c'est à dire créer des turbulences. Ce qui n'arrive pas dans ce cas. »

    La turbulence semble largement suffisante dès 1600 tr/min sur le VW W 12 de 6 litres puisque sa Csp mini de 245 g/kW.h est déjà atteinte à ce régime !

    « Rallonger le dernier rapport de la boite de vitesse. Cela suppose rallonger aussi les rapports intermédiaires qui seront alors plus espacés. »

    Regarde un peu l’étagement des rapports des Mercedes A 180 et a 200 CDI, par exemple (les autres constructeurs ne font guère mieux). On a les écarts suivants entre les 6 rapports :

    1.77
    1.6
    1.42
    1.26
    1.14

    Or la réserve de couple du 180 CDI est de 1.37 (37%) ! Ca veut dire qu’ un étagement en progression géométrique avec une raison de 1.37 serait bien adapté, au lieu d’avoir un trou de 1.77 (77%) entre première et 2e et un écart si faible (14%) entre 5e et 6e qu’on ne sent guère la différence. La 5e allonge 183 km/h à 4000 tr/min et la 6e théoriquement 207 km/h.

    L’A 180 CDI atteint donc sa vitesse maxi de 186 km/h en 5e. En quoi cela gênerait que la 6e allonge 63 km/h par 1000 tr/min au lieu de 52 ?

    « (…) Ceux qui ont connu des boites auto à 3 rapports ou des anciennes boites manuelle à 4 rapports le savent. Et pour les malheureux qui ont connu la corsa city 4CV, la boite est tellement longue qu'ils doivent constamment rouler en 4e en surrégime et la consommation qui suit. »

    On est passé aux boîtes à 5 vitesses depuis longtemps et maintenant on commence à avoir des boîtes à 6 rapports. Alors pourquoi comparer avec des véhicules sous motorisés et obsolètes à 3 ou 4 vitesses ? C’est absurde.

    « Le dimmensionnement du dernier rapport dépend aussi du type d'utilisation. 130km/h à 2000rpm signifie 90km/h à 1400rpm. Ce qui signifie que la 6e est inutilisable hors de l'autoroute. »

    Pas du tout, les groupes motopropulseurs modernes acceptent parfaitement 1300 ou 1400 tr/min sur le dernier rapport, surtout qu’ils ont généralement un volant bi-masse.

    « En ce qui concerne les boites à variation continue. Il y a constamment un glissement donc surconsommation et surtout une usure prématurée des pièces mécaniques. »

    Pourquoi crois-tu que les équipementiers et les constructeurs développent des CVT et des IVT toujours plus performantes ? Par exemple l’IVT Torotrak procure un diminution de la consommation de l’ordre de 20% par rapport à une transmission automatique conventionnelle à convertisseur hydrodynamique de couple.

    La Toyota Prius utilise une IVT électrique en division de puissance qui récupère l’énergie en décélération. C’est pas une voiture connue pour sa surconsommation, que je saches ?

    Iguane

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  10. #7
    wizz

    Re : Down sizing

    Si j'ai pris l'exemple de vieilles voitures avec des boites de 3 ou 4 rapports, c'est parce que on constate très bien la différence entre surrégime ou non. Un rapport en dessous et c'est tout de suite 1500 à 2000rpm de différence. Elles sont mal isolées et le trou entre 2 rapports est très grande. Alors que sur une voiture moderne bien isolée, avec une boite de 5 ou 6, le trou entre 2 rapports qu'on ferait entre une boite courte et une boite longue n'est pas si visible que ça à l'oreille ou sur le compte tour.

    Sur la prius, l'énergie récupérée en décélération est faible. L'économie est dû à l'arret du moteur à l'arret du véhicule, du mode électrique au démarrage ainsi qu'à très faible vitesse, et du complément de couple du moteur électrique à l'accélération. Sur un parcours urbain, la différence avec un moteur conventionnel est énorme. Sur un parcours autoroutier, la différence est nulle. En montée, elle est même négative. Il faut monter un poids suplémentaire.

    Sur une boite auto classique à convertisseur hydraulique, il y a un glissement énorme. Quoique sur des version modernes, il y a un blocage du mécanisme. C'est sur que la boite torotrak y apporte un gain conséquent. Mais par rapport à une boite manuelle bien étagée... Cela dit, toutes les boites à variation continue ont un glissement du fait de leur fonctionnement. S'il n'y avait pas de glissement, le mécanisme ne pourrait pas bouger.
    Les boites à variation continue a un cout bien supérieure à une boite manuelle. General Motors (ce n'est pas rien comme constructeur!) avait pour projet de construire une usine de boite cvt dans un pays de l'Est. Ils ont jeté l'éponge. Impossible à tenir le cahier des charges: cout, rendement, fiabilité. Ils ont aussi plombé les équipementiers qui les ont suivi dans le projet.

  11. #8
    Iguane

    Re : Down sizing

    On ne peut pas chiffrer l’écart entre deux rapports en tr/min parce qu’il dépend du régime ou le changement est effectué. Si la "raison" (écart entre chaque rapport) est de 1,5, en passant le rapport supérieur à 4500 tr/min tu tombes à 3000 et tu as 1500 tr/min d’écart alors que si tu changes à 2250, tu tombes à 1500 et tu n’as donc que 750 tr/min d’écart.

    Les A 180 et A200 CDI, pour reprendre cet exemple très typique, ont une ouverture de boîte de 5,8. «L’ouverture» est l’écart entre le rapport le plus court et le rapport le plus long, autrement dit, l’un divisé par l’autre. Avec un étagement en progression géométrique, on aurait pour la même ouverture une raison de 1,42. Comme le moteur à une réserve de couple de 1,37 obtenue en divisant le couple au régime où il est le plus fort et le couple au régime nominal, sa réserve de couple calculée relativement au régime maxi est encore plus élevée. Donc une raison de 1,42 serait appropriée car les courbes de force de traction sur chaque rapport se rejoindraient, tout au moins en face de l’axe des ordonnées. Je ne dis pas que cet étagement serait le meilleur, je verrais plutôt quelque chose d’intermédiaire entre ça et ce qui est actuellement monté.

    Pour la Prius, je n’ai pas les chiffres exacts d’économie réalisée pour telle ou telle cause. A priori, les principales sources d’économie sont :
    - Le moteur thermique travaille toujours au plus près de son rendement optimal en fonction de la puissance demandée, c’est à dire le ligne de consommation spécifique la plus faible (dite « ligne de contrôle ») sur le graphique d’isoconsommations.
    - L’énergie est récupérée en décélération
    - Pour autant que la charge de la batterie soit suffisante, le moteur thermique est arrêté lorsque sa charge serait très faible.

    Effectivement, GM arrête la production en Hongrie de la CVT pour la gamme Saturn. Par contre Ford fonce, tout comme Audi (Multitronic) Nissan, Honda, Subaru. C’est vrai que les CVT à poulies et courroie métallique ont un mauvais rendement, mais c’est le rendement global du groupe motopropulseur qui compte. Les Audi avec la Multitronic consomment à peu près la même chose que celles à boîte manuelle. En fait ce n’est pas le microglissement qui est la source principale des pertes, mais la déflection des poulies (enroulement en spirale), les friction en entrée et sortie de poulies et la puissance consommée par la ou les pompes hydrauliques.

    Une boîte manuelle bien étagée a effectivement le meilleur rendement de transmission - pas de groupe motopropulseur puisqu’elle ne permet que rarement au moteur de tourner au régime le plus favorable. Un autre problème de taille c’est que le 95% des conducteurs ne savent pas enclencher le bon rapport au bon moment. En outre les interruptions de la traction lors des changements nuisent aux accélérations, et il faut chaque fois réaccélérer les équipages mobiles du moteur, ce qui induit une perte d’énergie cinétique. Le véhicule (poids-lourd particulièrement) ralentit et peut même s’arrêter pendant le changement de rapport en rampe, donc nouvelle perte.

    Le rendement des CVT et IVT en cours de développement sera bien meilleur. Par rapport au sujet de ce fil, je pense qu’une CVT ou une IVT est idéale si l’on veut vraiment utiliser des moteurs plus petits. Un gros moteur atmosphérique s’accommode mieux de fortes variations de régime et ne souffre pas du délai de réponse dû à l’inertie des parties rotatives du turbocompresseur.

    D’ailleurs ce n’est pas la cylindrée du moteur qui importe, mais son poids et ses dimensions.
    Dernière modification par Iguane ; 13/05/2005 à 14h43.

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