Rendement du moteur thermique

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nina67 - Rendement du moteur thermique Nina67 - Mis à jour: vendredi 1 mai 2020 13:36

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.

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Nina67
jeudi 22 mars 2012 09:35

Bonjour, Pas si simple, le rendement est bon pour les forts couples. Pour les turbo, la situation est beaucoup plus complexe puisque la pleine charge dépend de la pression du turbo. En tous les cas, pour économiser, il faut miniser le régime moteur en vitesse stabilisée. En effet, à puissance égale, si le régime est plus faible, le couple est plus élevé, le rendement aussi. A 50km/h, n'hésitez pas à rouler en 5ème. Cordialement

PYM
samedi 26 octobre 2013 09:03

"A 50km/h, n'hésitez pas à rouler en 5ème." Oui, a condition de ne pas solliciter trop le moteur, donc sur sol plat ou descente sans vent de face ou charge transportée importante et pas avec un 800cc!

nina67 Nina67
samedi 26 octobre 2013 15:08

Bonsoir, Bien sur, puisqu'en terrain plat, il ne faut que quelques CV pour maintenir son 50km/h mais dès qu'on accélère, on demande beaucoup plus de puissance au moteur. La condition d'utilisation (point de fonctionnement) devient donc différent et il est avantageux de rétrograder.

Dan14000
lundi 17 mars 2014 15:44

Bonjour Nina67, pour un prochain article que je prépare, j'aurais besoin d'un diagramme de rendement. Puis-je avec votre autorisation utiliser celui qui est au-dessus. Il correspond à peu de choses près à ce que devrait être celui de mon exemple. Merci d'avance.

nina67 Nina67
lundi 17 mars 2014 17:47

Bonsoir, oui, aucun problème pour utiliser cette image. Vous pourrez y ajouter des courbes, des annotations, etc à loisir ! Cordialement

Dan14000
mardi 18 mars 2014 10:47

Merci beaucoup Nina67. En fait, si on applique le coëf 0,9 que j'utilise dans mes calculs, pour le rendement de la transmission, nos méthodes donnent des résultats très proches.

Co
mercredi 21 janvier 2015 11:20

Bonjour Nina67. Je voudrais une confirmation: pour moi, l'indication du régime où le couple est maximal correspond au point de meilleur rendement. Je m'explique: Il faut le meilleur taux de compression, donc une injection maximal de mélange comburant/carburant=>Pédale d'accélération à fond. On injecte donc par tour toujours la même quantité de carburant. Donc la consommation de carburant en fonction du temps est proportionnel au nb d'explosion par minute, donc proportionnel au régime moteur. Or la puissance apportée est le produit du couple est du régime. Donc la recherche de rendement (puissance/conso d'essence) nous donne une division entre le produit du couple et d'une valeur proportionnelle au régime et une autre valeur proportionnelle au régime. Donc je trouve que le rendement est proportionnel au couple. Or ce n'est pas ce n'est pas ce que je déduis de vos graphiques. Vous pourriez m'éclairer?

nina67 Nina67
jeudi 22 janvier 2015 08:07

Bonjour, le meilleur rendement est en effet atteint pour un régime inférieur à celui du couple max et à un couple qui n'est pas tout à fait le couple max. Lorsqu'on accélère à fond, il y a probablement d'autres phénomènes qui interviennent, comme un rapport essence air modifié qui cherche la performance au détriment du rendement (cartographie de l'ordinateur de bord). Par tour, on n'injecte pas toujours la même quantité de carburant par exemple à cause de la pression dans le pot d'échappement. En fonction du régime, il se produit des résonances comme en acoustique. Mais en gros, pour un moteur essence atmo, vous avez raison. Pour un turbo diesel, c'est très différent et on voit bien la conso diminuer lorsqu'on dépasse le régime de couple max (accélérer à fond au delà de 3000 tours et regarder l'ordinateur de bord... et la route aussi quand même !). Cordialement

Jack Teste-Sert
mercredi 18 janvier 2017 17:58

Voulant garder mon Partner diesel, j'avais imaginer un système de cuve remplaçant la roue de secours et servant de by-pass à travers de l'eau au travers un pneu usagé (entrée périphérique) pour filtrer radialement en passage centripète les saletés du pot d'échappement, mais j'ignore la perte de rendement que cela fait au moteur. Mon système a fonctionné parfaitement, mais juste le temps que les raccords de PVC fondent ! Idée de voiture volante a effet Magnus par en dessus : - https://safeearthsolutions.wordpress.com/une-voiture-volante-ultra-legere-a-effet-magnus/ Pour le rendement du véhicule diesel, étant en moyenne montagne, j'essaye de profiter au maximum des descentes au point mort, ne rétrogradant que le plus tard possible.

Jacky-
mercredi 26 janvier 2022 14:12

et si on abandonnait les moteurs a explosion a faible course et regime élevé? on aurait sans doute moins de pb d'usure moteur, de pollution, tout ca a condition que le fisc renonce a taxer les vehicules suivant la cylindree , mais eventuellement sur la puissance, ou même la polution! mais c'est une autre histoire!!!! trop compliqué pour des bureaucrates...........................