La courbe caractéristique, ou courbe moteur, est une courbe qui représente la relation existant entre la puissance effective ou le couple moteur développés par le moteur et le régime de rotation du vilebrequin. L’analyse de la courbe de couple permet de comprendre à quel régime la voiture obtient le meilleur remplissage en mélange air/essence, ce qui autorise le développement du couple moteur le plus élevé possible. L’analyse de la courbe de puissance permet en revanche de savoir jusqu’où et avec quelle rapidité le moteur est capable de la développer. Il n’existe pas un seul graphique par moteur : à régime égal, un réglage de charge différent peut conduire à des valeurs de couple et de puissance plus basses que celles obtenues à pleine charge. La charge se définit en fonction du moteur adopté : sur le moteur à essence, elle est réglée par la partialisation du mélange air/essence au moyen du papillon des gaz, tandis que sur le moteur Diesel elle est réglée par le dosage du gazole assuré par la pompe d’injection. Pour faire simple, cela dépend de la façon dont on appuie sur la pédale d’accélérateur. On prend habituellement en considération le graphique à pleine charge, car il représente le moteur dans ses conditions limites.
Moteurs à essence
Prenons comme exemple la courbe caractéristique d’un moteur à essence, 4 cylindres, 4 temps (Pe : puissance effective, Me : couple moteur) :
Les courbes adoptent cette allure en raison de la qualité de remplissage du mélange dans la chambre de combustion. À bas régime, une partie du mélange a le temps de ressortir du cylindre par la soupape d’admission par reflux, ce qui dégrade la qualité de la combustion. La courbe de couple diminue en outre à haut régime car les conditions soniques sont atteintes : il n’est plus possible d’appeler davantage de débit (nécessaire à des régimes toujours plus élevés) à cause du blocage sonique, une condition fluidodynamique qui empêche toute augmentation de la vitesse du fluide et, par conséquent, du débit (lié à l’aire de la section et à la vitesse du fluide). La courbe de puissance continue de croître même après le pic de la courbe de couple, quoique avec une pente plus faible qu’auparavant, car le régime atteint compense la baisse du couple. La courbe de puissance a elle aussi son maximum, car un couple trop bas et les pertes par frottement des organes mécaniques ne permettent plus le développement d’énergie utile au fonctionnement du moteur.
Moteurs Diesel
Et le moteur Diesel ? Il s’agit toujours d’un moteur à combustion, sa courbe se comporte donc de manière semblable à celle du moteur à essence. Sur le moteur Diesel, la courbe de couple reste plus plate. Cela tient au fait que le degré de remplissage du cylindre demeure plus constant lorsque le régime varie. On remarque en outre que la puissance maximale est plus basse, car la combustion se produit plus lentement et les organes qui composent l’attelage mobile (pistons, bielles…) sont plus lourds. Voyons maintenant la courbe caractéristique d’un moteur Diesel, 6 cylindres, 4 temps (Pe : puissance effective, Me : couple moteur) :
La lecture des courbes caractéristiques ne se limite pas au repérage des valeurs maximales indiquées sur le graphique. Identifier l’intervalle de régime compris entre les valeurs maximales de couple et de puissance permet d’évaluer le degré d’élasticité du moteur. Par élasticité d’un moteur, on entend sa capacité à compenser la réduction de puissance due à l’augmentation des résistances extérieures (ex. : le passage d’une route plane à une route en montée) par une augmentation du couple. Plus l’intervalle de régime entre les deux maximums est grand, plus le moteur est élastique (ou, plus exactement, stable), c’est-à-dire capable de maintenir le véhicule en mouvement sans qu’il soit nécessaire de rétrograder. Comparons trois moteurs présentant des degrés d’élasticité différents.
Sur le graphique de gauche, le large intervalle ∆n permet au Moteur A d’être élastique, ce qui contribue à maintenir la voiture en marche même en cas de forte résistance à l’avancement. Cela autorise l’adoption de boîtes à peu de rapports, des caractéristiques de fonctionnement qui conviennent bien à une citadine, puisque le conducteur peut se concentrer sur la conduite dans le trafic urbain, faite de ralentissements et de reprises fréquents. À mesure que cet intervalle se réduit, le moteur devient plus puissant, mais aussi moins élastique (ou de plus en plus rigide). Cela oblige à rétrograder pour maintenir le véhicule en mouvement et impose l’adoption de boîtes comptant un plus grand nombre de rapports. C’est pourquoi, pour atteindre des puissances plus élevées, les voitures de sport reçoivent des moteurs rigides et se caractérisent par un nombre de rapports élevé.
Testo: Riccardo Casini
Foto: © Car-Shooters, Disegni: “Motori a Combustione Interna”, di Giancarlo Ferrari, Ed. Il Capitello, pag. 40, 46