Le rendement d’un moteur thermique varie énormément selon le régime et le couple demandés. A chaque point de fonctionnement (coordonnées : régime, couple), correspond un rendement. Pour se représenter la chose, imaginons une carte géographique. A chaque point (latitude, longitude) correspond une altitude. L’ensemble des altitudes forme une surface continue représentée par des lignes de niveau. Il en est de même pour le diagramme de consommation spécifique. Il est évidemment différent pour chaque moteur, mais l’allure est toujours semblable.

On peut comparer l’altitude au rendement en fonction du point de fonctionnement (position) :

rendement moteur essence couple

Carte : l’altitude dépend de la position sur une montagne

Rendement du moteur thermique

Diagramme de consommation spécifique

Ci dessous, un diagramme de consommation spécifique (elle varie inversement proportionnellement au rendement) :

rendement moteur essence regime

Il est défini sur la zone de fonctionnement du moteur (régime minimum à régime max, couple nul à couple max) et se présente sous la forme d’un relief continu présentant un minimum global à un certain point (2500 tours/min, 3/4 du couple max par exemple). C’est le point de meilleur rendement, celui où pour produire une quantité d’énergie mécanique donnée, la plus faible quantité de carburant est nécessaire.

Ci contre, le diagramme d’un moteur essence 4 cylindres, 1,9L. La zone vert sombre représente la plus faible consommation spécifique.

Rendement du moteur thermique

rendement moteur pourcentage

Rendement du moteur thermique en fonction du couple et du régime

On peut donc présenter, de façon analogue, le diagramme de rendement. Le meilleur rendement se situe dans la zone vert sombre, au « sommet de la montagne » si on raisonne en lignes de niveaux.

Consommation spécifique et rendement sont inversement proportionnels (voir article « Rendement et consommation spécifique moteur »)

Rendement = 84 / conso spécifique (g/kWh). La valeur 84 peut varier un peu selon les types d’essence.

Mauvais et bons rendements

Pourquoi les rendements des moteurs thermiques sont-ils bons lorsque le couple fourni est important ?

rendement du moteur thermique 3

Tous les moteurs essence (et, dans une certaine mesure, diesel) présentent cette allure de courbe.

Bons rendements des moteurs thermiques

– Bons rendements : couple important, régime vers 1500-3500 tours/min. Cela ne signifie pas qu’en se plaçant à 2500 tours/min, le rendement sera toujours bon, le rendement dépend surtout du couple !

Mauvais rendements des moteurs thermiques

  • Mauvais rendements : couple faible, quel que soit le régime
  • Rendement nul : couple nul. Le carburant injecté sert alors exactement à compenser les frottements internes. C’est le cas quand on accélère au point mort ou, quand on est en prise, qu’on enfonce l’accélérateur juste pour compenser son frein moteur. La consommation horaire est alors proportionnelle au régime (voir article « consommation horaire »).
  • Rendement négatif : couple négatif. Une petite quantité de carburant est injectée et ne suffit pas à compenser les frottements internes. En conduite, il s’agit d’un cas proche du frein moteur. Lorsqu’on fait du frein moteur pur, l’injection est coupée et le rendement tend mathématiquement vers moins l’infini ! Lorsque le couple demandé au moteur est faible, la plupart du carburant sert à maintenir la rotation du moteur (compenser le frein moteur) et seule une faible partie sert à donner de la puissance mécanique (faire avancer le véhicule). En revanche, le rendement est bon lorsqu’on accélère fort, c’est à dire qu’une grande partie du carburant sert à fournir de la puissance mécanique.

Conclusion

Le rendement dépend surtout du couple et moins du régime. Les mauvais rendements sont liés à une faible sollicitation du moteur (faible couple). Sur la plupart des moteurs essence, le meilleur rendement est atteint entre 2000 et 3000 tours/min et un couple de 2/3 ou 3/4 du couple max.

Il est intéressant de confronter ce diagramme de rendement aux courbes d’équipuissance.