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MOTEURS : LE COUPLE ET LA PUISSANCE

Le prototype Pregunta Lamborghini (Genève 1998, Paris 1999) : une alchimie entre la puissance du V12 Diablo de plus de 500 chevaux, et une esthétique radicalement nouvelle.

 

En matière d'automobiles, une approximation courante consiste à retenir la puissance maximale comme critère principal des performances d'un moteur. Beaucoup commencent à reconnaître que c'est en réalité une erreur. Un ingénieur motoriste prendra d'abord en considération le couple moteur et la plage de régime disponible. En effet, la puissance est un facteur important, mais elle n'est que la résultante du couple et du régime moteur.

En effet, la Puissance d'un moteur à une vitesse de rotation donnée se définit simplement comme le produit du Couple par le Régime (*).

 

 

Puissance (Watt) = Couple (mètreNewton) x Régime (radian/seconde)

ou, avec les unités courantes : Puissance (cheval) = Couple (mkg)  x Régime (tour/mn) / 716

 

Ainsi, pour un moteur délivrant un couple constant à tous les régimes, la puissance augmente avec le nombre de tours/minutes, pour atteindre naturellement son maximum à plein régime.

En vue d'augmenter la puissance maximale, les ingénieurs peuvent donc travailler sur l'un ou l'autre des deux facteurs: soit le couple, soit le régime maxi - voire sur les deux à la fois.

Sur les voitures de grand tourisme et de sport, qui étaient autrefois souvent dérivées de modèles de course (parfois même conçues pour être alignés en compétition), on a longtemps obtenu plus de puissance en accroissant le régime maxi, dont l'augmentation est plus simple à réaliser, pour une architecture moteur donnée, que l'augmentation du couple.

Par ailleurs, devoir monter le régime pour disposer de toute la puissance n'est pas un inconvénient majeur sur une voiture de course. Beaucoup de constructeurs, prenant le chemin le plus court, ont ainsi monté sur leurs modèles sportifs des moteurs de course légèrement "civilisés", dont la puissance était atteinte grâce à un régime élevé (typiquement les V12 Ferrari tournant déjà à 7000 t/mn à la fin des années 50).

Depuis quelques années, la tendance s'est en partie inversée et les services de Recherche et Développement des constructeurs travaillent surtout sur le couple maximum, ainsi que sur l'abaissement du régime auquel le couple est disponible. Etudions ces deux approches.

 

1 - Rechercher la puissance par l'augmentation du régime.

Le choix d'augmenter le régime de rotation convient bien lorsqu'on cherche surtout une vitesse maximale. Celle-ci est en général atteinte à plein régime, et sur le dernier rapport de boîte. La résistance de l'air augmentant avec la vitesse du véhicule, la puissance disponible au régime maximal de rotation favorise effectivement une vitesse maxi élevée.

L'inconvénient de cette approche est que la courbe de puissance est dite "pointue", c'est-à-dire qu'à moyen et bas régime (disons 2000 à 4000 t/mn), peu de puissance est disponible. Il en résulte donc un moteur peu puissant à moyen et bas régime.

De ce fait, la capacité d'accélération et de reprises du véhicule est limitée car seulement une fraction de la puissance maximale est disponible à bas régime. En résumé, un moteur qui a peu de couple (ou dont le couple maxi n'est disponible qu'à haut régime) est condamné à tourner vite pour délivrer de la puissance.

Or un moteur ne délivrant sa puissance qu'à haut régime ("pointu") est plus adapté à la conduite en course qu'au Grand Tourisme rapide: un embrayage de course renforcé tolère les démarrages à haut régime, et le pilote, recherchant la performance pure, est prêt à changer de vitesse souvent pour rester dans les hauts régimes, c'est-à-dire dans une zone de puissance élevée.

Mais sur route ou autoroute, voire en ville, on n'apprécie guère de devoir "tirer" à fond sur les régimes pour obtenir un niveau d'accélération agréable. Par ailleurs, la fiabilité d'un moteur tournant souvent à très haut régime est nécessairement moins bonne que celle d'un moteur utilisé à régime plus modéré.

 

2 - Rechercher la puissance par l'augmentation du couple.

En fait, deux facteurs se conjuguent dans cette approche : la valeur pure du couple maximum bien sûr, mais aussi le régime auquel ce couple maximum est délivré : plus ce régime est bas, plus la puissance sera facilement disponible sans devoir monter dans les tours.

Un moteur développé en vue de délivrer un couple très élevé dès les bas ou moyens régimes pourra donc fournir une forte puissance quasiment sur toute la plage d'utilisation, en vertu de la formule de calcul : puissance = couple multiplié par régime.

En effet, lorsque le couple maximum est obtenu à bas régime, même si sa valeur diminue légèrement ensuite, l'augmentation du régime entraîne une augmentation corrélative de la puissance résultante.Le diagramme ci-dessous montre les courbes de couple de deux moteurs V12 atmosphériques: celui de la Pagani Zonda F et celui de la Ferrari Enzo.

 

 

Son observation permet de faire plusieurs constatations : le couple maximum de la Zonda F est de 780 Nm, 20% supérieur à celui de la Ferrari Enzo (650 mN). Par ailleurs, plus de 85% du couple, soit 650 mN (autant que l'Enzo à son maximum), est déjà disponible dès 2500 t/mn. Enfin, au régime où l'on embraye pour démarrer (entre 2000 et 4000 tours/mn), la Zonda délivre environ 35% de couple de plus que la Enzo.

Ces chiffres expliquent pourquoi Pagani a fait développer spécifiquement par AMG un V12 destiné exclusivement à la Zonda. Horacio Pagani voulait d'une part un couple moteur exceptionnellement élevé, et d'autre part une courbe de couple favorisant la disponibilité de la puissance à bas et moyen régimes.

Les courbes de puissance ci-dessous traduisent le résultat, et expliquent mieux la différence entre les deux conceptions: Ferrari a poursuivi son approche traditionnelle de moteurs "pointus", dont la puissance est atteinte à très haut régime (7800 t/mn sur la Enzo). En revanche, la Pagani, grâce au couple disponible dès les très bas régimes, délivre une puissance supérieure à l'Enzo sur toute la plage d'exploitation jusqu'à 6000 t/mn.

 

On voit par exemple que dès 2500 t/mn, la Zonda développe 270 chevaux contre 170 pour la Enzo, soit 100 chevaux en plus. La puissance disponible à 3000 t/mn est de 350 chevaux pour la Pagani, contre 215 pour la Enzo, soit 135 chevaux (ou 60%) de plus pour la Zonda. Toutefois, au-delà de  7000 t/mn (régimes utilisés plutôt sur piste que sur route), la Ferrari prend l'avantage.

En se focalisant non pas sur la puissance pure à très haut régime, difficile à exploiter sur route, mais sur la disponibilité du maximum de chevaux à tous régimes, Pagani a développé une nouvelle approche  pour les voitures de Grand Tourisme.

 


(*) Le régime moteur en tours par minutes (t/mn) peut être converti en radian/seconde grâce à la formule suivante : 1 tour = 360° et 360° = 2 pi radian

 

 

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