Avant d’entrer dans les détails, clarifions d’abord un concept fondamental :
La capacité de sortie d’un moteur dépend de sa capacité d’admission d’air.
Répétons-le :
La capacité de sortie d’un moteur dépend de sa capacité d’admission d’air.
Comprendre cette affirmation vous aidera à saisir de nombreux concepts liés aux moteurs automobiles. Les moteurs de voiture sont des moteurs à combustion interne : le carburant brûle à l’intérieur des cylindres, créant des gaz à haute température et haute pression qui poussent les pistons à effectuer un travail. Ce mouvement alternatif des pistons est converti en mouvement rotatif par le vilebrequin, libérant finalement l’énergie mécanique.
Un terme que nous utilisons souvent est « faire le plein ». Cela peut donner l’illusion que, pour accroître la puissance du moteur, il suffit d’injecter davantage de carburant dans les cylindres.
Cependant, en réalité, lorsque nous appuyons sur la pédale d’accélérateur, nous ajustons l’ouverture du papillon des gaz, permettant à plus d’air d’entrer dans le moteur. Ce n’est qu’après que le moteur a confirmé cette arrivée d’air supplémentaire qu’il augmente l’injection de carburant ; c’est alors que vous ressentez la montée de puissance.
Comprendre ce point nous permet de poursuivre la discussion, car tout le contenu suivant tourne autour de l’admission d’air du moteur.
Parlons de la cylindrée.
La cylindrée moteur est un concept d’espace purement géométrique. La formule de la cylindrée est :
Cylindrée = Volume utile du cylindre × Nombre de cylindres
La formule du volume utile du cylindre est :
Volume utile du cylindre = Course × Surface de section du cylindre = Course × π × (Diamètre du cylindre)² ÷ 4
Concrètement, lorsque le piston se déplace du point mort haut au point mort bas, l’espace ainsi balayé représente la cylindrée. Certains affirment que la cylindrée représente le « volume de fluide aspiré ou expulsé à chaque cycle ». Cette définition est incomplète : pour les gaz, le volume doit toujours être associé à la température et à la pression. La cylindrée n’est qu’un espace géométrique et n’équivaut ni à la masse d’air réellement aspirée ni au volume des gaz brûlés expulsés. Exemple simple : les moteurs 2.0 T et 2.0 L ont tous deux 2,0 L de cylindrée, mais un 2.0 T délivre environ 50 % de puissance en plus, non parce qu’il injecte 50 % de carburant en plus, mais parce qu’il admet 50 % d’air supplémentaire.
La formule du volume d’air admis par cylindre et par cycle (à la pression et température ambiantes) est :
Volume d’air admis (P/T ambiantes) = Cylindrée du cylindre × Coefficient de remplissage × Coefficient du collecteur d’admission
Le coefficient de remplissage est : le rapport entre le volume d’air admis par cylindre et par cycle, ramené aux conditions du collecteur, et la cylindrée unitaire.
Le coefficient du collecteur d’admission est : le rapport entre le volume d’air à la pression/température ambiantes et ce même air aux conditions du collecteur.
Une illustration simple est la suivante :
En assimilant la pression/température ambiantes aux conditions standards, on établit une correspondance précise entre volume et masse d’air frais. Ainsi, l’influence de la cylindrée sur la capacité de travail du moteur, ainsi que les leviers d’action possibles, deviennent évidents.
Rappelez-vous : la capacité de sortie d’un moteur dépend de sa capacité d’admission d’air. À configuration technique égale, plus la cylindrée est grande, plus la puissance et le couple possibles sont élevés.
Cependant, la cylindrée ne fixe qu’un volume ; or, pour les gaz, le volume doit toujours être considéré avec la température et la pression.
Regardez cette illustration :
La taille de V2 est directement influencée par Vs. Toutefois, la taille de V0 dépend non seulement de V2 ou de Vs, mais aussi des écarts entre P2 et T2 et les conditions ambiantes.
En termes plus simples, à cylindrée égale, la quantité réelle d’air admise par cycle dépend de la température d’admission (T2) et de la pression d’admission (P2). Plus la température est basse et la pression élevée, plus l’air admis est important, et plus la capacité de travail du moteur est grande.
Parlons de la puissance (chevaux) et du couple.
Le cheval-vapeur est une unité de puissance.
La toute première définition disait : un cheval exerçant une traction de 180 livres peut faire tourner une roue hydraulique de 12 pieds de rayon 144 fois en une heure, soit 33 000 pieds-livres par minute. Watt appela cela 1 cheval-vapeur, équivalant aujourd’hui à 746 W.
Définitions de la puissance et du couple :
Dans le cadre académique, on parle de puissance efficace du moteur, définie comme : le travail effectif réalisé par le moteur par unité de temps.
La puissance efficace est mesurée au banc, dans des conditions précises, à partir du couple de sortie Ttq et du régime n du moteur. Puissance = Couple × Vitesse de rotation.
Si la puissance Pe est en kW, le couple Ttq en Nm et la vitesse n en tr/min, alors la formule devient :
Le couple est un moment de rotation, tandis que la puissance tient compte de la quantité totale de travail par unité de temps.
Beaucoup confondent puissance et couple car ils ne savent pas lequel observer pour juger les performances d’un véhicule.
Un ingénieur automobile a longuement débattu de cela : selon lui, l’accélération 0-100 km/h dépend avant tout de la puissance plutôt que du couple. Les constructeurs allemands privilégient un couple élevé à bas régime via la suralimentation, mais leur puissance maximale reste souvent modeste ; à l’inverse, de gros atmosphériques délivrent davantage de puissance. Cet ingénieur soutient que la puissance est déterminante, surtout pour le 0-100.
En pratique, la stratégie de passage de vitesses et la combinaison « puissance maximale / couple maximal / courbe de couple » rendent la réponse complexe.
Fort de notre expérience, voici deux conclusions simplifiées :
0-40 km/h : priorité au couple ; 40-100 km/h : priorité à la puissance ; 0-100 km/h : priorité à la puissance.
Le couple dépend non seulement de sa valeur maximale, mais aussi de la courbe de couple selon le régime. Associer couple, pic et largeur du plateau permet de relier puissance et performances.
L’obsession allemande pour le couple bas régime s’explique par le marché local : environ 10 % des véhicules sont de flotte d’entreprise, et leurs conducteurs apprécient la réponse immédiate après l’enfoncement de la pédale – rôle principal du couple bas régime. D’où les demandes d’abaisser la vitesse à laquelle apparaît le couple maxi et d’améliorer la réponse.
En matière de performances, je veux aborder 3 points :
1. La puissance ou le couple est-il prioritaire ?
2. Qu’est-ce qui influence la réponse du couple à bas régime ?
3. Le couple se résume-t-il à un couple maximal ?
Pour aborder directement le problème, commençons par le 3ᵉ point : réglage de la courbe de couple :
En combinant les données de couple de ces quatre moteurs avec celles du Honda 1.5T, on voit plus clairement :
Interprétons ce que représente ce tableau :
• L’orange-jaune représente le Chery 1.6T. Le gain de cylindrée lui donne un avantage de couple de pointe, mais celui-ci arrive tard et son plateau se situe entre 2000 et 4000 tr/min. L’avantage de cylindrée procure un couple global supérieur, mais engendre aussi un problème de montée de couple turbo et l’admission est peu optimisée. Globalement, les performances sont moyennes. (Les données proviennent du PPT Chery 1.6T ; le graphique indique un couple de pointe de 290 Nm@2000 tr/min qui dérive légèrement à 285 Nm@4000 tr/min, similaire à la dérive des 285 Nm du Great Wall à 1750 tr/min ; le plateau se situe autour de 280-283 Nm.)
• En rouge, les données du Mercedes-Benz 1.5T. La courbe paraît étrange ; je n’ai pas trouvé d’autres diagrammes du M264. Le graphique confirme les données officielles : le couple de pointe n’apparaît qu’entre 3000 et 4000 tr/min. Comme pour Chery, on obtient 280 Nm d’un 1.5T, mais trop tard et trop brièvement.
• Le Great Wall 1.5T est l’autre extrême ; le couple grimpe vite à bas régime puis s’affaisse avant 3000 tr/min. En conduite, le démarrage est vif, mais les changements de rapport sont fréquents en conduite dynamique mi-haut régime. Sans plateau stable, la transmission doit compenser davantage. Cela tient au choix du turbo et à la philosophie de réglage ; on dirait qu’on a donné au moteur essence un goût de diesel.
Si j’ai ajouté la version haute puissance du Honda 1.5T, pourtant moins puissante que le nouveau 1.5T de GM, c’est parce que les philosophies de réglage diffèrent. Le nouveau 1.5T de GM atteint 95 % de son couple dès 1500 tr/min, proche du pic du Honda haute puissance. Le très large plateau de couple assure une puissance abondante et continue à moyen/haut régime, évitant les à-coups de passage de rapport et les coupures de puissance lors des accélérations clés !
Plus important encore, le 1.5T haute puissance de GM est développé avec un système 48 V. SAIC GM n’a pas encore publié les chiffres du moteur électrique, mais, par analogie avec les BSG similaires, on s’attend à environ 50 Nm, venant compenser rapidement le couple à bas régime.
Depuis son lancement, la version 260Turbo de Honda est plébiscitée en Amérique du Nord. GM et Honda entretiennent déjà une solide coopération technique pour le développement moteur et le réglage de la chaîne cinématique. En septembre 2020, ils ont signé un accord stratégique (non contraignant) pour co-développer des véhicules thermiques et électriques.
Ces dernières années, GM a massivement promu les 9AT/10AT sur les couples moyens-élevés et les CVT/6AT sur les couples faibles-moyens, combinant la douceur japonaise et la performance américaine. Les performances de la 9AT de SAIC GM en sont la meilleure preuve. La dernière génération R&D de GM adopte une approche ARM plus complète, mariant la sortie moteur au réglage transmission pour optimiser la qualité de conduite globale, au-delà d’un simple pic : on vise le ressenti réel.
Revenons donc au premier point : faut-il privilégier la puissance ou le couple ?
Conclusion directe : les performances d’un véhicule résultent du couple moteur-boîte. En général, de 0 à 40 km/h, le couple compte davantage ; de 40 à 100 km/h, la puissance prime ; à vitesse plus élevée, l’influence de la puissance croît naturellement.
Deuxième point : qu’est-ce qui affecte le couple à bas régime ?
Pour obtenir plus de puissance et de couple, il faut un turbocompresseur plus volumineux. Quand le régime monte, le temps d’admission par cylindre chute rapidement ; il faut donc plus d’air. Retenez : la puissance réelle dépend de l’admission (turbo inclus) plus que de l’injecteur. Côté turbo, soit on choisit un modèle plus gros (réponse lente à bas régime), soit plus petit (manque de pression et chute prématurée du couple à haut régime), rendant le plateau de couple difficile. Si l’on appliquait le standard du 1.5T GM (1750-5500 tr/min), on constaterait que ces moteurs à couple élevé ne montrent pas vraiment leur couple de pointe.
Résumé
*Le circuit d’admission avec intercooler eau-air se retrouve généralement sur les séries allemandes à faible couple. En abaissant la température d’air, on augmente la densité ; pour un même turbo, plus d’air frais est comprimé plus vite. *Le refroidissement liquide accroît non seulement la puissance maxi, mais réduit aussi nettement le volume du circuit d’admission et améliore la réponse turbo de plus de 17 %.
*Le système de combustion haute efficacité 35 MPa est un véritable atout. *Comme évoqué au point 2, ce système et la logique de contrôle issue d’algorithmes d’injection avancés permettent d’éviter bien des contraintes d’émissions et de sécurité et d’obtenir une réponse de combustion plus rapide.
*Le variateur d’arbre à cames Dual Fast, fruit d’une coopération stratégique entre GM et ses fournisseurs, double la vitesse de commutation des phases d’ouverture/fermeture des soupapes d’admission et d’échappement. *Le moteur atteint plus vite son état cible.
*Un échappement à basse contre-pression et haute réactivité, intégrant un GPF compact. Lorsque réglementations et performances l’exigent, cette disposition permet au GPF d’atteindre rapidement sa température de fonctionnement, même à faible charge, en synergie avec le système 35 MPa et le contrôle intelligent de la combustion. Un échappement optimisé réduit au maximum les risques pour le client.
