BAC PRO Conducteur Routier
Transport de Marchandises
POLE TRANSPORT Louis Armand Chambéry (73)
SÉANCE 4 :
LE MOTEUR DIESEL
Cylindrée, régime, puissance et couple
Objectif de cette séance : développer les connaissances permettant de conduire rationnellement et en sécurité le véhicule, et d'en exploiter les caractéristiques techniques.
Le conducteur doit être capable d'exploiter les caractéristiques techniques du véhicule en toutes circonstances, et d'identifier les principaux composants et le fonctionnement du moteur Diesel.
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1 - La cylindrée moteur
1.1 La cylindrée unitaire
La cylindrée unitaire : c’ est le volume de la chambre de combustion correspondant au déplacement du piston de son point mort haut à son point mort bas.
Les constructeurs automobiles donnent en règle général les 2 informations suivantes :
- L' alésage du ( ou des ) cylindre(s) du moteur, c'est à dire leur diamètre ( en mm ou en cm ),
- La course, c'est à dire la distance parcourue par le piston entre son point mort haut et son point mort bas ( en mm ou cm )
A partir de ces deux valeurs, je peux déterminer la cylindrée unitaire, c'est à dire le volume de la chambre de combustion d'un seul cylindre ( en cm3 !! ).
1.2 La cylindrée d'un moteur monocylindre
J'ai acheté un scooter de " 50cc monocylindre " :
Le bloc moteur de mon scooter n'est donc "percé" que d'un seul cylindre.
Tout laisse supposer que les " 50cc " annoncés par le constructeur corresponde à la cylindrée unitaire de ce cylindre.
La fiche technique de ce scooter, fournie par le constructeur, annonce un alésage de 40 mm pour une course du piston de 39.7mm…
La cylindrée unitaire s'exprime en cm3
( s'écrit aussi "cc" pour centimètre cube ).
Je commence donc à convertir les données constructeur en cm :
Le piston a une course de 3.97 cm ( = 39.7 mm ) à l'intérieur d'un cylindre dont l’ alésage est de 4 cm ( = 40 mm ).
A partir de l’alésage, on va calculer la surface du piston :
- Rappel : surface d’un cercle = π . r²
- r = Ø / 2 = 2 cm
Surface du piston = π x 2² = 3.1416 x 4
= 12.5664 cm²
Cylindrée unitaire = Surface x longueur ( = course )
= 12.5664 cm² x 3.97 cm
= 49.88 cm3 ( ou cc )
En conclusion de ce calcul, on trouve une valeur très proche des 50cm3 ( 50 cc ) affichés par le constructeur de ce scooter.
1.3 La cylindrée d'un moteur avec plusieurs cylindres
Si on connait le nombre de cylindre(s) d’un moteur, on peut déterminer la cylindrée totale du moteur.
La cylindrée totale d’un moteur à plusieurs cylindres est l’addition des cylindrées unitaires de chacun de ses cylindres autrement dit, c'est l'addition des volumes des chambres de combustion de l'ensemble des cylindres du moteur.
Cylindrée moteur = cylindrée unitaire (en cm3) x nombre de cylindre(s)
La cylindrée totale s’exprime généralement en cm3 ( pour les cyclomoteurs et motos ) ou en litres ( pour les autos et PL )
Pour rappel : 1 litre = 1000 cm3
La cylindrée du moteur est parfois inscrite sur le véhicule.
Sur cette voiture, le " 3.0 " inscrit sur le coffre signifie que ce véhicule est emmené par un moteur de 3.0 litres de cylindrée.
De même, le " 1199 " inscrit sur cette moto indique que son moteur a une cylindrée de 1199 cm3.
1.4 Exemple d'un moteur V6 de 3.0 litres
V6 signifie que le moteur associe le fonctionnement de 6 cylindres rangés en « V », sur 2 lignes.
3.0 litres est la cylindrée totale du moteur ( = 3000 cm3)
Rappel : 1 litre = 1000 cm3
Le constructeur annonce, sur la notice du véhicule, pour chacun des cylindres, un alésage de 83mm et une course du piston de 91.4 mm
1ère étape : recherche de la cylindrée unitaire d'une chambre de combustion ( en cm3 )
Je commence donc par convertir les données constructeur en cm :
Le piston a une course de 9.14 cm ( = 91.4 mm ) à l'intérieur d'un cylindre dont l’ alésage est de 8.30 cm ( = 83 mm ).
A partir de l’alésage, on va calculer la surface du piston :
( Rappel : surface d’un cercle = π . r²)
soit ici la surface du piston = π x 4.15 ²
= 3.1416 x 17.2225
= 54.1062 cm²
Volume unitaire d’un cylindre = Surface x longueur ( course )
= 54.1062 cm² x 9.14 cm
= 494.53 cm3 ( ou cc )
Cylindrée moteur = cylindrée unitaire x nombre de cylindres
= 494.53 cm3 x 6
= 2 967 cm3 ( ou cc )
peut s’exprimer aussi en litres :
2 967 cm3 = 2.967 litres
En conclusion de ce calcul, on trouve une valeur très proche des 3.0 litres ( 3000 cm3 ) affichés par le constructeur de cette voiture.
2ème étape : recherche de la cylindrée totale de ce moteur
ce véhicule possède 6 cylindres faisant chacun une cylindrée unitaire de 494.53 cm3.
2 - Le régime moteur
Le régime moteur : c'est la vitesse de rotation du moteur ( du vilebrequin), exprimée en tours par minute ( tr/mn ).
Il se peut que vous la retrouviez souvent convertie en radians par seconde. Cette mesure est la plus utilisée lors des calculs.
Pour information : 1 tour/min = 1/60 tour/s = π / 30 rad/s (1 tour = 2. π rad)
Tout le monde a déjà aperçu cette valeur sur le tableau de bord de leur voiture, peut-être sans même le savoir !
Il s’agit du tachymètre de compte-tours.
Le régime moteur indique le nombre de tour que le vilebrequin effectue sur lui-même en 1 minute.
Exemple : Je roule à 90 km/h, et le compte-tours indique près de 2000 tours / minute...
Le Vilebrequin effectue donc près de 2000 rotations en 60 secondes soit plus de 33 tours par seconde.
Mais attention, 1 cycle moteur à 4 temps nécessite 2 tours de vilebrequin
( = 2 aller/retour du piston à l'intérieur du cylindre ), mon moteur produit donc entre 16 et 17 cycles en 1 seconde pour chacun de ses cylindres.
La valeur la plus basse enregistrée est celle du « ralenti » du moteur :
Cette valeur s’affiche au compte tours lorsque le moteur tourne, boite de vitesse au point mort et sans aucune action du conducteur sur la pédale d’accélérateur. Elle est comprise entre 600 et 900 tr/min.
En revanche, la valeur la plus haute peut aller de 5000 à 8000 tr/min. Ce chiffre variera bien sûr en fonction du modèle et du moteur de votre véhicule.
Votre compte-tours, ou régime moteur, vous sert notamment à apprécier le moment où vous devez enclencher une vitesse supérieure ou au contraire rétrograder. Le régime moteur se gère différemment selon la motorisation. En effet, une essence aura besoin d’un régime plus élevé pour passer à une vitesse supérieure. A l’inverse, un diesel se contentera d’un régime plus bas.
3 - Le couple moteur
Souvent le point d’interrogation de beaucoup de personnes, la différence entre couple et puissance moteur est une notion parfois survolée lors de l’achat d’une voiture. Pourtant, il s’agit de l’un des premiers critères mis en valeur pour la présentation des nouvelles voitures. C’est aussi une performance très regardée par les acheteurs. Les notions de couple, puissance et chevaux ne datent pas d’hier comme peuvent le montrer ces anciennes affiches publicitaires :
Cependant nous entendons régulièrement beaucoup de données relatives à la puissance d’un véhicule : son couple, sa vitesse de rotation, sa puissance ou nombre de chevaux… Tous présents sur les fiches techniques des véhicules. Alors comment s’y retrouver parmi toutes ces valeurs ?
3.1 Définition
Le couple est une force de torsion liée à la force de rotation d’un moteur. Il mesure la force que peut délivrer le moteur dans son mouvement.
Le couple est présent dans la vie et les gestes de tous les jours. Lorsque l’on tourne une poignée de porte, ouvre une bouteille de boisson gazeuse, utilise une clé à molette ou lorsqu'on fait tourner les pédales d’un vélo : c’est le couple qui nous permet d’accomplir toutes ces actions.
Imaginez que vous serrez un boulon à l’aide d’une clé :
La force que vous allez appliquer à l’une des extrémité de la clé est ensuite transmise au boulon, à l’autre extrémité de cette clé.
La force de torsion exercée sur le boulon est ce qu’on appelle le «couple».
Le couple moteur est la force (et non pas la puissance) du mouvement de rotation de votre moteur.
Le couple est lié au régime moteur c’est à dire à la vitesse de rotation du moteur, exprimée en tours par minute. Plus votre régime moteur est haut, plus il tourne vite, plus votre couple est élevé.
C’est le couple d’une voiture qui la fait avancer, il traduit la force des roues sur le sol et, par conséquent, sa force d'accélération.
Le couple exprimé en newtons mètre (Nm) correspond au degré d'effort fourni pour progresser.
3.2 Principes d'utilisation
Le couple est souvent proportionnel au régime moteur ( = vitesse de rotation du moteur en tr/mn ). Plus le régime moteur est haut et plus le couple moteur est élevé :
• Avec un couple faible, vous devrez monter dans les tours et changer de vitesse afin de pouvoir gagner en accélération.
• Avec un couple important, inutile de monter dans les tours et de changer régulièrement de vitesse, votre voiture pourra accélérer d'une simple pression de la pédale d'accélérateur.
A noter: il est donc plus confortable et sécurisé de conduire une voiture avec un bon couple moteur puisque cela vous évite de devoir changer de vitesse et que la voiture est plus réactive.
En moyenne, les voitures possèdent un couple moteur compris entre 100 et 300 Nm.
Lorsque le régime moteur n’est pas en adéquation avec votre couple et que le moteur est sous-alimenté, vous aurez des difficultés à avancer. Cela s’appelle « manquer de couple ». En revanche, en cas de sur-alimentation du moteur (régime moteur au plus haut) une quantité d’air plus importante est délivrée dans le circuit d’admission. Cela permet de passer les rapports plus facilement et donc d’obtenir une bonne accélération et reprise de votre véhicule.
Certains véhicules, comme les diesel, sont plus tolérants quant au niveau du régime moteur. On les appelle " les véhicules coupleux " . Avec ces véhicules, vous n’aurez pas nécessairement besoin de monter haut dans les tours pour obtenir une bonne reprise, contrairement aux essence qui, par exemple, nécessitent généralement plus de tours. Le couple des voitures diesel est en moyenne plus élevé que les voitures essence. En conséquence, leurs moteurs vont moins vite mais s’usent aussi moins vite. C’est la raison pour laquelle il est commun d’entendre qu’un diesel parcourra plus de kilomètres qu’une essence.
C’est le couple qui permet de faire avancer le véhicule, en entraînant les roues et tous les autres composants.
À noter, l’importance de l’énergie produite est conditionnée par la quantité de carburant introduite dans la chambre de combustion, et qui est elle-même proportionnelle à la quantité d’air qui arrive dans le cylindre (les proportions de carburant et d’air doivent corréler).
4 - La puissance moteur
4.1 Différence couple / puissance
La puissance en chevaux et le couple sont des moyens différents d’exprimer les performances du moteur d’un véhicule.
La puissance en chevaux exprime les capacités globales du moteur dans toutes les conditions. Pour sa part, le couple exprime la puissance maximale que peut fournir ce moteur à un moment précis alors qu’il donne son effort maximal.
La définition de la puissance d’un véhicule :
La puissance d’un véhicule désigne la puissance maximale délivrée par son moteur. Elle est exprimée en Watt, en Chevaux (ch) ou en Chevaux DIN.
La puissance dépend de deux forces :
Dans une automobile, la puissance dépend directement de deux autres forces : le couple, exprimé en Newton Mètre (Nm), et le régime moteur, exprimé en tours par minute (tr/mn). La puissance étant exprimée le plus souvent en Chevaux (ch), elle résulte de l’opération suivante :
La puissance est tout simplement le fruit du couple et du régime moteur. Elle dépend donc directement de ces deux forces. Plus le moteur de la voiture tournera vite et plus il aura de puissance. En effet, la puissance du moteur se répercute directement sur la vitesse de la voiture.
La puissance d’une voiture s’exprime en Watt ou, plus communément, en Chevaux (plus exactement « Cheval-vapeur électrique » soit ch) ou Cheval DIN.
4.2 comprendre l'unité mesure en ch
Pour comprendre comment fonctionne la puissance il faut d’abord comprendre comment celle-ci se mesure.
La puissance maximale d’un moteur, exprimée en Europe en cheval-vapeur ou ch était tout simplement un terme adopté au 18ème siècle pour comparer la force de traction d’un cheval et d’une machine à vapeur. L’exercice était réalisé en attachant le cheval ou la machine à une corde, elle-même reliée à un poids de 75kg. Le but était de tracter le plus rapidement possible le poids sur un mètre de hauteur.
Il a finalement été trouvé que le cheval possédait une puissance maximum de déplacement de 735,5 watts, un cheval-vapeur valait donc 735,5 watts.
Cette unité de mesure représente la puissance d’un cheval qui tire 75 kg au pas, soit l’équivalent d’un mètre par seconde : 1 ch = 735.5 watts
À noter qu’un véhicule peut être très puissant sans pour autant avoir un couple élevé. Cela signifie qu’il faudra plus de tours afin d’atteindre la bonne puissance, pour changer de vitesse par exemple. Si l’auto dispose d’un couple élevé, elle aura besoin de moins de tours pour obtenir la puissance souhaitée.
4.3 Principes d'utilisation
Pour comprendre comment fonctionne la puissance il faut d’abord comprendre comment celle-ci se mesure.
La puissance maximale d’un moteur, exprimée en Europe en cheval-vapeur ou ch était tout simplement un terme adopté au 18ème siècle pour comparer la force de traction d’un cheval et d’une machine à vapeur.
A l’époque, il était coutume de comparer la puissance des machines à vapeur avec celle des chevaux. Il était considéré qu’1 ch correspondait à un cheval qui tirait une charge de 75 kg en marchant (1 mètre par seconde).
Les chevaux DIN ont la même valeur que le cheval-vapeur électrique à l’exception près de l’abréviation du nom de l’institut Allemand « le Deutsches Institut für Normung » qui est indiquée (norme Européenne).
L’exercice était réalisé en attachant le cheval ou la machine à une corde, elle-même reliée à un poids de 75kg. Le but était de tracter le plus rapidement possible le poids sur un mètre de hauteur.
Il a finalement été trouvé que le cheval possédait une puissance maximum de déplacement de 735,5 watts, un cheval-vapeur valait donc 735,5 watts.
Cette unité de mesure représente la puissance d’un cheval qui tire 75 kg au pas, soit l’équivalent d’un mètre par seconde : 1 ch = 735.5 watts
Comme la puissance est généralement exprimée en Chevaux ( 1 ch = 735,5 Watt ), il faut appliquer la conversion suivante :
Puissance (ch) x 735,5 = Couple (Nm) x Régime (tr/min) x π / 30
Puissance (ch) = Couple (Nm) x Régime (tr/min) / 7000
À noter qu’un véhicule peut être très puissant sans pour autant avoir un couple élevé. Cela signifie qu’il faudra plus de tours afin d’atteindre la bonne puissance, pour changer de vitesse par exemple. Si l’auto dispose d’un couple élevé, elle aura besoin de moins de tours pour obtenir la puissance souhaitée.
Chaque région du monde possède une façon différente de mesurer la puissance moteur, le principe de fonctionnement est généralement similaire, cependant, en Europe, une méthode a été retenue pour simplifier cette mesure. Ici, c’est la méthode allemande qui a été retenue, appelée DIN, en référence à l’institut bavarois qui l’as mis au point.
Cette méthode consiste tout simplement à mesurer la puissance d’un moteur automobile directement au niveau de l’embrayage. Elle est proportionnelle à la taille du bloc moteur et à la vitesse de rotation des pistons (généralement exprimée en tours minute). La puissance maxi sera bien sûr affectée par les différents frottements au niveau des diverses pièces mécaniques : boite de vitesse, différentiel et trains de roulements. En effet, chaque imperfection présente dans la transmission entraine une perte de puissance minime, cependant, si on additionne toutes ces pertes, la puissance délivrée aux roues n’est plus la même que celle délivrée par le moteur. Ainsi, la norme est la même partout en Europe et aucune voiture n’est désavantagée.
Pour se faire une idée de ce que veut dire une voiture puissante en France, on peut regarder la moyenne en puissance des voitures françaises réalisée en 2017, à savoir, 117ch.
Attention, aux Etats-Unis, la puissance est mesurée en kw ou kilowatts, une autre mesure qui peut se convertir ainsi : un kilowatt est égal à 1000 W ou 1,36 CV. Le couple moteur, exprimé en newton mètre ou Nm, et proportionnel à la puissance, est également très utilisé par les américains mais est moins représentatif de la véritable puissance de votre moteur.
La notion de cheval-vapeur électrique (ch) ne doit pas être confondue avec les chevaux fiscaux (CV). Ceux-ci correspondent en effet au calcul de la taxe sur l’immatriculation des véhicules lors de l’établissement de leur carte grise.
5 - Conclusion
Pour conclure, le couple d’une voiture est la valeur sur laquelle il faut se pencher, car elle déterminera le confort de votre conduite.
La puissance (ch) d’une voiture peut être élevée mais son couple très faible. Cela obligera à monter très haut dans les tours et de changer de vitesse pour obtenir une bonne puissance (lors des dépassements par exemple). Le jeu avec la boîte de vitesses sera très régulier.
En revanche, une voiture ayant déjà un couple élevé n’aura pas spécialement besoin de monter très haut dans les tours pour obtenir une bonne puissance. La vitesse du véhicule augmentera significativement une fois le pied sur l’accélérateur. En conséquence, le jeu avec la boîte de vitesses en sera moindre.
la puissance et le couple sont bien deux choses différentes.
Le couple est très important pour juger du confort de conduite de la voiture. Ainsi avec une forte puissance mais un couple faible, vous devrez nécessairement monter dans les tours pour exploiter la puissance du moteur.
La puissance moteur reste tout de même important aussi puisqu'elle influe directement sur la vitesse maximale de la voiture. Toutefois, de nos jours avec les limitations de vitesse, il semble plus utile de favoriser le couple moteur au détriment de la puissance moteur.
Pour simplifier, le couple représente l’accélération tandis que la puissance définie la vitesse de la voiture.
Vidéo : Décryptage des caractéristiques moteur - MOTOMAGAZINE
Vidéo : Différence entre couple et puissance -
VULTECH
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