Estimer la puissance à partir du débit d'air

Un moteur est une pompe à air. Il produit de la puissance en proportion de la masse d’air qu’il déplace, parce que le carburant n’est utile que dans le rapport que l’air autorise. Toute estimation honnête de puissance est en réalité une estimation de débit d’air avec une conversion au bout.

débit d'air = RV × cylindrée × (régime ÷ 2) × densité de charge
débit de carburant = débit d'air ÷ richesse
puissance = débit de carburant ÷ CSE

Le régime ÷ 2 vient de ce qu’un quatre temps remplit sa cylindrée une fois tous les deux tours. Tout le reste est un chiffre qu’on peut chercher, mesurer ou contester — et c’est bien l’intérêt.

Les quatre choses qu’on estime vraiment

Le rendement volumétrique est le taux de remplissage d’un cylindre, en fraction de sa cylindrée. Un SACT d’origine tourne autour de 0,82 ; un DACT VTEC sur sa seconde came atteint environ 0,95 ; un moteur de course bien développé avec papillons individuels dépasse 1,0, parce qu’une admission accordée arrive avec de l’inertie. C’est ce que changent réellement le travail de culasse, les arbres et la tubulure, et c’est ce que tous les coefficients « travail de conduits = ×1,10 » désignaient sans le dire.

La densité de charge, où vivent la suralimentation et la météo, n’est que la loi des gaz parfaits : ρ = P ÷ (R × T). Plus de pression, plus d’air ; plus de chaleur, moins. Les deux comptent et un seul figure sur un manomètre.

La richesse, environ 12,8:1 en atmosphérique à pleine charge et 11,8:1 en suralimenté, parce qu’un moteur suralimenté tourne riche pour rester en vie.

La CSE — consommation spécifique effective — dit combien de carburant il faut pour produire un cheval pendant une heure : environ 0,48 lb/ch/h en atmosphérique, 0,55 à 0,60 en suralimenté. Plus bas veut dire plus efficace.

Réglez ces quatre-là à peu près juste et la réponse tombe à environ dix pour cent près, ce qui est tout ce qu’une estimation en forme close peut honnêtement revendiquer.

Pourquoi la suralimentation n’est pas un coefficient

Le raccourci tentant : dix psi un jour à 14,7 psi, c’est un rapport de pression d’environ 1,68, donc la puissance monte de 68 %. Non, parce que comprimer l’air le chauffe :

T₂ = T₁ × (1 + (RP^((γ−1)/γ) − 1) ÷ η)

À un rapport de pression de 2, depuis 20 °C, avec un compresseur à 72 % de rendement, la charge ressort à environ 109 °C. L’air chaud est peu dense, donc une bonne partie du gain de pression est rendue immédiatement. C’est tout l’argument de l’échangeur, et c’est pourquoi son efficacité est une entrée ici plutôt qu’une hypothèse — l’écart entre aucun et un bon air-air dépasse quinze pour cent.

Le rendement du compresseur est aussi la version honnête du « dimensionnement du turbo ». La taille d’un turbo ne multiplie pas la puissance à une pression donnée ; elle décide où dans la plage de régime on l’obtient, et un compresseur bien adapté n’aide qu’en travaillant plus froid. Cet effet est réel, faible, et déjà présent dans l’équation ci-dessus sous le nom de η.

Pourquoi l’altitude n’est pas un pourcentage fixe

La règle empirique dit trois pour cent par mille pieds, et pour un atmosphérique elle est à peu près juste : à 1 600 m la pression ambiante vaut 83,4 kPa contre 101,3 au niveau de la mer, donc le moteur perd 17,7 %.

Un moteur suralimenté est un autre cas, et c’est celui que l’ancien calculateur prenait à l’envers en appliquant sa pénalité d’altitude après la suralimentation. Un turbo compense : à pression au manomètre constante, le même moteur perd environ 9,9 % à cette altitude au lieu de 17,7. Réglé pour viser une pression absolue à l’admission, il perd encore moins — au prix d’un compresseur qui travaille plus dur, plus haut sur sa cartographie, et qui fabrique plus de chaleur.

Le quart de mile

Deux équations classiques, qui prennent toutes deux la puissance au vilebrequin et le poids en livres, conducteur compris :

ET  = 5,825 × (poids ÷ puissance)^⅓
mph = 234   × (puissance ÷ poids)^⅓

Leur donner la puissance à la roue est une erreur fréquente qui fait paraître une voiture une demi-seconde plus lente qu’elle ne l’est. Elles supposent aussi que la voiture arrive à passer sa puissance au sol ; aucune équation en forme close ne connaît vos pneus.

Sur la règle empirique

Le calculateur remplacé ici estimait la puissance à cylindrée ÷ 10, ajustée par le régime et une série de coefficients. Pour le moteur auquel il était destiné — un VTEC Honda atmosphérique d’origine à 7 600 tr/min — il tombe vraiment juste, parce que ces moteurs font effectivement environ 100 ch par litre. Un B18C1 de 1 797 cm³ donne 179,7 par cette règle contre 170 annoncés.

Il n’a rien à dire d’une journée à 40 °C, d’un échangeur absent, d’un compresseur hors cartographie ou d’une culasse qui respire autrement que celle sur laquelle il a été calibré. Le calculateur ci-dessous affiche les deux chiffres, pour qu’on voie où ils s’accordent et où ils cessent.