Rendement et consommation spécifique moteur

Seule une partie du carburant consommé (énergie chimique) est convertie en énergie mécanique par le moteur thermique. Le reste est dissipé en chaleur par les gaz d'échappement ainsi que la convexion et le rayonnement autour des pièces chaudes du moteur. Le rendement est donc la fraction d'énergie chimique contenue dans un volume de carburant qui est convertie en énergie mécanique à la sortie du moteur, dans une même durée. On peut remplacer le mot "énergie" par le mot "puissance". La "puissance chimique" correspond au débit de carburant (quantité d'énergie délivrée dans une durée donnée).

Densité énergétique de l'essence et du gazole

C'est la quantité d'énergie contenue dans 1 kg (et non 1 litre !) de carburant. 1 kg d'essence, en brûlant complètement, fournit 42,7 Mégajoules.

Essence : 42,7 MJ/kg

Gazole : 41,9 MJ/kg

La densité de l'essence vaut 0,75 et celle du gazole 0,85. Un kg d'essence ou de gazole fournissent à peu près la même énergie, mais l'essence est beaucoup moins dense.

L'énergie contenue par litre de carburant vaut :

Essence : 32,0 MJ/L

Gazole : 35,7 MJ/L

1 litre de gazole contient davantage d'énergie (car plus dense), ce qui explique en partie pourquoi les moteurs diesel consomment moins (en litres au 100km).

La consommation spécifique des moteurs thermiques

Cette grandeur représente la masse de carburant nécessaire au moteur pour produire 1 kWh d'énergie mécanique. Elle est abrégée en "CSP", et en Anglais "SFC" (specific fuel consumption). Elle varie comme l'inverse du rendement. Plus le rendement est élevé, moins il faut de carburant pour produire 1 kWh.

1 kg d'essence : 42,7 MJ environ

1 kWh = 3.6 MJ

Si le rendement du moteur valait 100%, 1 kg d'essence produirait 42,7 MJ d'énergie mécanique. Combien faut-il d'essence pour produire 3.6 MJ ? On fait une proportionnalité :

1 kg x 3.6 / 42.7= 84 g

En pratique, le rendement (noté Rdt) ne vaut pas 100%. Pour produire 1 kWh, il faut plus de 84 g. Supposons que 300 g d'essence soient nécessaires, c'est à dire que la CSP soit de 300 g/kWh.On a alors : Rdt = 84 / 300

Comme on se rapporte à 1kWh produit, on a donc :

Rdt = 84 / CSP (g/kWh)

Un bon rendement correspond à une consommation spécifique faible.

Consommation spécifique d'un moteur thermique

En vert sombre se trouvent les meilleurs rendements : 35 %.