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Accueil » à voir • Mécanique & Technologie » Puissance et couple – Du côté du moteur Rubriques Equipe Nous suivre BlogRoll A propos Puissance et couple – Du côté du moteur http://blogautomobile.fr/puissance-couple-cote-moteur-137052 1 sur 17 23/05/2013 21:19 publié par Benoît dans à voir, Mécanique & Technologie le janvier 10, 2012 Après avoir évoqué la semaine dernière la différence entre le couple et la puissance d’un moteur, je vous propose aujourd’hui de regarder en détail la façon dont est produit le couple moteur et de lister quelques moyens dont on dispose pour optimiser les performances d’un moteur. Vidéo mettant en avant l’injection sur un V10 Renault F1 Si cette vidéo vous fait quelque chose, vous pouvez continuer Si vous avez loupé la première partie, il n’est pas trop tard et c’est par ici. Vous trouverez ici des explications simplifiées, dans une démarche de vulgarisation. Nous regarderons uniquement le côté couple et performances sans prendre en compte les problématiques consommation et/ou dépollution. Comment un moteur produit-il du couple ? Par l’intermédiaire du fameux système bielle-manivelle : lors de la combustion, l’énergie libérée pousse le piston, qui pousse la bielle, BlogAutomobile J’aime 6 149 personnes aiment BlogAutomobile. Entrez votre adresse email pour recevoir nos futurs articles par email vociamici dans Alfa Romeo & Maserati : Au rappel aux USA Cooltea dans Ford Australia : Plus de production dès l’automne 2016 Cappon dans Ferrari 458 Scuderia 2014 : Libérée au salon de Francfort ! Richard dans Ferrari 458 Scuderia 2014 : Libérée au salon de Francfort ! Audrick dans Alfa Romeo & Puissance et couple – Du côté du moteur http://blogautomobile.fr/puissance-couple-cote-moteur-137052 2 sur 17 23/05/2013 21:19 Si l’on mesure ou calcule le couple INSTANTANE au bout du vilebrequin on tombe sur quelque chose qui ressemble à ça : Notons qu’on se trouve ici à un régime de 3200 tr/min et qu’il s’agit d’un moteur 4 cylindres en ligne. En pointillé, on a le couple généré uniquement par l’inertie de l’équipage mobile (piston, bielle, vilebrequin) et en trait plein le couple obtenu sur le vilebrequin lorsqu’on ajoute le couple généré par la combustion. On voit que, pendant un cycle, les instants où le couple est maximal correspondent aux combustions. Stay Connected with us BlogAutomobile Back to Top ↑ Blog Automobile Copyright © 2013. Puissance et couple – Du côté du moteur http://blogautomobile.fr/puissance-couple-cote-moteur-137052 3 sur 17 23/05/2013 21:19 Pour l’anecdote, regardons ce que donne le même moteur, mais cette fois à un régime plus élevé, 5400 tr/min : Mêmes légendes que pour le graphique précédent. Par contre, le couple maximal n’est pas « causé » par la combustion mais par l’inertie des pièces. Longue course, carré, super carré ? Comme vous le savez sans doute, l’alésage correspond au diamètre d’un cylindre et la course correspond à la distance entre le Point Mort Haut (PMH) et le Point Mort Bas (PMB). Un moteur longue course est un moteur dont la course est plus Puissance et couple – Du côté du moteur http://blogautomobile.fr/puissance-couple-cote-moteur-137052 4 sur 17 23/05/2013 21:19 grande que l’alésage. Pour un moteur carré, la course est égale à l’alésage. Un moteur super carré a quant à lui un alésage plus grand que sa course. Quelles sont les différences ? En faisait la même analogie que dans l’article précédent (couple de serrage), un moteur longue course dispose d’un « grand bras de levier ». C’est à dire que pour une même quantité de carburant brûlée dans le cylindre, le couple instantané généré sera plus élevé. Comme vous pouvez le voir sur l’animation ci-dessous, pour un même régime moteur, le piston d’un moteur longue course (en rouge) a une vitesse moyenne nettement plus élevée que pour un moteur supercarré. Cette vitesse est limitée par les matériaux utilisés et limite le régime maximal du moteur. Les moteurs longue course sont donc de moins en moins présents dans l’automobile pour cette raison. Il sera plus facile de faire de la puissance par la vitesse de rotation que par le couple produit (Rappel : Puissance = Couple x Régime) Le moteur Toyota 1,0L 3 cylindres qui équipe l’Aygo, la 107 et la C1 est un exemple de moteur longue course. A l’opposé, les moteurs de F1 sont très super-carrés et permettent d’atteindre les régimes de rotation extrême tout en garantissant la durabilité nécessaire à plusieurs courses. Puissance et couple – Du côté du moteur http://blogautomobile.fr/puissance-couple-cote-moteur-137052 5 sur 17 23/05/2013 21:19 C’était donc le côté « mécanique ». Quelle est la recette pour fabriquer du couple ? Le couple est directement lié à l’énergie libérée lors de la combustion. L’énergie libérée lors de la combustion est proportionnelle à la masse de carburant introduite dans la chambre de combustion. La masse de carburant est conditionnée par la masse d’air admise dans le cylindre (en effet, pour brûler x grammes de carburant, il faut y grammes d’air). On en arrive donc à : pour faire du couple, il faut admettre de l’air. Pour cela, plusieurs solutions complémentaires ou non : La cylindrée Comme vous vous en doutez, il s’agit ici du moyen le plus simple pour générer du couple. Plus un moteur a une cylindrée élevée, plus il pourra admettre une masse d’air importante. Le gros point positif d’un « gros » moteur est qu’il aura la capacité d’admettre une grosse quantité d’air quel que soit le régime. Un gros V12 de chez Lambo. Atmosphérique ou suralimenté ? Comme je l’avais abordé il y a quelque temps dans un article (quoi, vous ne l’avez pas lu ?? allé zou, c’est ici), la suralimentation permet de « gaver » le moteur. Un moteur suralimenté admettra, à un Puissance et couple – Du côté du moteur http://blogautomobile.fr/puissance-couple-cote-moteur-137052 6 sur 17 23/05/2013 21:19 régime moteur donné, une masse d’air plus importante qu’il le ferait naturellement. Le turbocompresseur est la solution de suralimentation la plus répandue dans les moteurs automobiles et a un champ d’action assez large : des faibles aux hauts régimes. Attention cependant, pour les très faibles régimes, le turbocompresseur n’est pas actif et ne permet donc pas une suralimentation en air. De plus, pendant les phases transitoires, le turbo a un temps de réaction (turbo lag) qui a fait (ou qui fait toujours) le charme de certaines motorisations mais qui peut parfois être désagréable. L’utilisation d’une multi-suralimentation (bi-turbos ou compresseur+turbocompresseur) permet de s’affranchir du problème de suralimentation à très faible régime mais représente un coût et une complexité non négligeable. Le V12 PSA Mazout’ et ses turbos La distribution La distribution est la partie qui correspond à l’étude des lois de levées des soupapes d’admission et d’échappement. Comme vous pouvez vous en douter, cette science est très importante puisque c’est elle qui va régir l’arrivée des gaz frais (et éventuellement du carburant) et l’évacuation des gaz brûlés. Cela peut paraître simple mais ça ne l’est pas : en effet, le moteur à combustion interne accueille de nombreux phénomènes physiques qui vont différer en fonction du régime de rotation. Un exemple : vous avez ci-dessus le tracé de la levée d’une soupape d’échappement (courbe de gauche) et d’admission (les trois courbes de droite, prenons celle en pointillés pour l’instant). Puissance et couple – Du côté du moteur http://blogautomobile.fr/puissance-couple-cote-moteur-137052 7 sur 17 23/05/2013 21:19 Je vous donne quelques indications pour que vous puissiez vous y retrouver : - de 0 à 180°, le piston descend : c’est la phase de combustion/détente - de 180 à 360°, le piston remonte : c’est la phase d’échappement - de 360 à 540°, le piston descend : c’est le phase d’admission - de 540 à 720°, le piston remonte : c’est le phase de compression - et ainsi de suite. Plusieurs situations maintenant : - si l’on est à pleine charge (c’est à dire pied au plancher) et à faible régime moteur : on veut que l’air emmené pendant la phase d’admission reste dans le moteur. Or on se rend compte que la soupape d’admission se ferme légèrement après 540°, vers 590°. Il serait donc intéressant de décaler l’ouverture de la soupape d’admission : c’est la position « Advanced ». - si l’on est à pleine charge et à un régime moteur élevé : on veut maintenant profiter de l’inertie de l’air dans le circuit d’admission. On va maintenant chercher à fermer la soupape d’admission un peu plus tard, pour profiter de la « bouffée » d’air. On garde toujours en tête que plus on d’air, mieux c’est ! Petite vidéo rapide : Puissance et couple – Du côté du moteur http://blogautomobile.fr/puissance-couple-cote-moteur-137052 8 sur 17 23/05/2013 21:19 Cet exemple très simplifié met en avant les difficultés qu’on peut rencontrer et qui sont en partie traitées par les systèmes VVT, V-Tec et autres systèmes de décalage d’arbres à cames.. L’acoustique On parle ici d’acoustique comme de l’étude de la propagation des ondes. Le moteur, par ses actions mécaniques (ouverture et fermeture des soupapes d’admission et d’échappement, mouvement du piston, …) va former des ondes de pression qui vont se propager, se réfléchir, … dans les circuits d’admission et d’échappement du moteur. uploads/Industriel/ puissance-et-couple-du-cote-du-moteur.pdf