Couple moteur

Sommaire

Le moteur est l’âme d'une voiture et ce sont ses caractéristiques qui conditionnent les performances du véhicule. Le couple moteur joue notamment un rôle essentiel. C'est un gage de confort de conduite, d’économie de carburant et de faible émission polluante. Explications.

Un peu de physique : qu'est-ce qu'un couple ?

Définition du couple en automobile

Le couple est le produit d’une force par le bras de levier constitué par la distance entre le point d’application de la force et le point sur lequel est exercé le couple.

Le couple C, en newtons.mètres (N.m), est caractérisé par la combinaison de 2 grandeurs physiques : l’intensité d’une force F en newtons (N) et une distance D en mètres (m). Sa formule est la suivante : C = F x D.

En pratique : prenons un écrou de roue pour le desserrer. Une fois la clé de desserrage en place, on applique une force F en bout de cette clé ; la distance la plus courte entre le point d’application de la force (emplacement de votre main) et l’écrou de roue représente le D de la formule précédente. À noter que la distance la plus courte représente le segment de droite formant un angle de 90°entre l’écrou et l’axe de direction de la force.

Augmentation du couple : expérience concrète

Réalisons l’expérience. Après avoir appliqué une force sur la clé, l’écrou ne se desserre pas ; deux solutions s'offrent à vous :

  • augmenter la force de desserrage ;
  • augmenter la distance entre l’application de votre force et l’écrou (si vous êtes déjà au maximum de vos possibilités) ; autrement dit, ajouter une rallonge à votre clé.

Il existe ainsi deux façons d’augmenter le couple : augmenter la force ou augmenter le bras de levier (ou encore combiner les deux).

Zoom sur le couple moteur

Comme son nom l'indique, le couple moteur est un couple spécifique appliqué au moteur. C’est lui qui est transmis aux roues pour que la voiture puisse se déplacer.

  • D'où vient la force F du couple moteur ? C’est la force pressante exercée par la combustion sur la tête du piston : meilleure sera la combustion, meilleur sera le rendement et le couple moteur.
  • D'où vient la distance D du couple moteur ? Elle se trouve dans l’architecture vilebrequin – bielle – piston : l’axe de piston est fixé sur le pied de bielle ; l’autre extrémité de la bielle (la tête) est fixée sur le maneton du vilebrequin, dont l’axe est décalé du centre du vilebrequin (comme un système de bielle – manivelle).

Ce montage permet de transformer le mouvement linéaire du piston dans le cylindre en mouvement de rotation en bout de vilebrequin. La distance D du couple moteur correspond à la distance entre la fixation de la bielle sur le maneton et l’axe central du vilebrequin. Augmenter cette distance revient donc à augmenter le couple.

Important : la distance D représente la moitié d’une course de piston qui effectue 180° du point mort bas au point mort haut ; la longueur de la course influera donc le couple moteur.

Influence des caractéristiques moteur sur le couple moteur

Le couple moteur dépend de la force de combustion, de la qualité de celle-ci et du bras de levier. Les paramètres influençant le couple moteur seront donc :

  • L’alésage : plus la surface disponible du piston sera importante, plus son alésage (ou diamètre) sera élevé et plus la force augmentera.
  • La course : plus la course sera importante, plus le bras de levier sera long, augmentant proportionnellement le couple.
  • L'effet induit : plus la course sera longue, pour une vitesse linéaire du piston donnée, moins le régime de rotation sera élevé, permettant une combustion de qualité.

C’est pourquoi les moteurs sont divisés en trois catégories : longue course (course supérieure à l’alésage), carré (course = alésage) et supercarré (course inférieure à l’alésage).

Différences entre couple moteur et puissance

La puissance en watts (w) ou chevaux (ch) a une définition toute autre :

  • P : travail moteur/temps.
  • P : puissance en watts.
  • Travail en joules (J) : c’est le produit de la force moteur par la distance effectuée par la bielle sur le vilebrequin (pour un tour de vilebrequin, c’est la longueur de la circonférence effectuée par le maneton).
  • Temps : en secondes.

À noter : 1 ch = 736 w

Par cette définition, la puissance est d’autant plus importante qu’il y a de combustions en un temps donné, donc de vitesse moteur entraînant une surconsommation (liée à la multiplication des combustions) et une perte de rendement (beaucoup de combustions en peu de temps, forcément moins élaborées).

Les paramètres favorisant la puissance sont une vitesse moteur importante et une course du piston courte (moteur carré ou supercarré). À part la force moteur (forcément plus développée dans les phases de couple), les paramètres entre couple moteur sont donc antagonistes ; tout l’art des motoristes constituant à trouver un compromis plus ou moins marqué suivant le type de véhicule :

  • Le couple moteur sera ainsi favorisé sur les poids lourds.
  • Le compromis sera plus partagé sur un véhicule de tourisme pour l’agrément de conduite.
  • On développera plus de puissance au détriment du couple sur les véhicules de compétition comme les Formule 1.

Cet antagonisme apparaît sur la formule liant ces 2 caractéristiques : P = C x ω.

  • P = puissance en watts.
  • C = couple en N.m.
  • ω = vitesse angulaire vilebrequin en radians/seconde.

Bon à savoir : pour une puissance donnée, plus le couple est important et plus la vitesse est basse. A contrario, plus la vitesse est importante et plus le couple chute.

Mesure du couple moteur : par quels moyens ?

Le besoin de mesurer le couple se justifie pour les homologations de véhicules ou leur préparation dans le cadre de la compétition ou d’ajout de puce électronique pour un véhicule de série (ce qui est prohibé). Ces opérations sont effectuées par des ateliers spécialisés ou des bureaux d’étude.

Couple moteur : mesure par le calcul

Une mesure théorique peut être réalisée par calcul, suivant les différents paramètres que sont notamment les caractéristiques du véhicule, le pouvoir énergétique du carburant, les éléments influant le remplissage du cylindre (admission d’air).

Couple moteur : mesure sur banc

Ce type de mesure, plus courant, est effectué sur un moteur tournant sur banc ou pour un véhicule sur un banc à rouleaux. Le principe est d’opposer un frein au moteur tournant, pour en mesurer le couple résistant.

La formule évoquée précédemment permet alors de calculer les autres composantes, comme la puissance à un régime donné.

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