Dans la lignée des articles « Puissance et couple », je vous propose aujourd’hui de jeter un oeil sur les courbes de couple et de puissance de quelques moteurs.

Le V8 de la M3 E92

Au programme, un balayage des différents types de moteur : essence, Diesel, atmo, turbo… et leurs caractéristiques.

Si vous avez loupé les deux premiers articles (malheureux !), vous pouvez retrouver :

– les notions couple/puissance : ici

– la façon dont le moteur produit du couple : ici

  • Bon, qu’est ce que les courbes peuvent nous apprendre ?

Le couple à très bas régime (1000 tr/min)

Peu important pour une utilisation « racing », il l’est plus pour une utilisation quotidienne : phase de démarrage (décollage comme on dirait dans le jargon). Plus le couple à 1000tr/min est élevé, plus il est facile de décoller à un feu vert par exemple, ou pour un démarrage en côte.

La forme de la courbe de couple

C’est la courbe de couple qui définit le caractère du moteur et joue beaucoup sur ce que le conducteur ressent. On verra par la suite qu’elle diffère beaucoup entre les différents types de moteur (essence, essence suralimenté ou Diesel suralimenté).

La souplesse d’un moteur

On dit qu’un moteur est souple quand il dispose d’une réserve de couple importante. La réserve de couple correspond au rapport entre le couple moteur au régime maximal et le couple maximal qu’il peut délivrer.

Pour faire une analogie comme j’avais pu le faire au premier article, on peut prendre l’exemple du cycliste. Imaginons le pendant la descente d’un col, il est à sa vitesse maximale, ses jambes tournent très vite. Arrive une montée brusque, là deux possibilités :

– le cycliste a de la force dans les cuisses et il la grimpe sans changer de vitesse. Il disposait d’une réserve de couple importante. Si c’était un moteur, on dirait qu’il est souple.

– le cycliste n’a pas plus de force dans les cuisses que ce qu’il était en train de fournir dans la descente. Il est obligé de changer de vitesse et de se remettre à un régime de pédalage qui lui permettra de gravir la bosse.

Cette caractéristique est surtout utile pour une utilisation poussée du moteur. Elle quantifie la capacité d’un moteur à rester dans sa plage de puissance maximale sans changer de vitesse. L’inverse d’un moteur souple est un moteur pointu : dans ce cas, le conducteur est sans arrêt obligé de manier le levier de vitesses.

La plage d’utilisation d’un moteur

On la calcule en faisant le rapport entre le régime max et le régime de couple max du moteur.

Encore une fois ici, cette valeur est principalement utile quand on considère une utilisation « poussée » du moteur et ne l’est sûrement pas quand vous allez chercher votre baguette le dimanche matin.

Le régime de puissance maximale

Pour une vitesse enclenchée donnée, il s’agit du régime où il est possible d’atteindre la vitesse maximale.

Le point de couple maximal

Pour une vitesse enclenchée donnée, il s’agit du régime où il est possible de gravir la pente la plus élevée.

  • Vous les attendiez tous…… les courbes !

Moteur essence atmosphérique

Il s’agit du moteur que l’on peut considérer comme le plus « noble ». Le couple généré est le fruit des caractéristiques intrinsèques du moteur (cylindrée, chambre de combustion) et de l’optimisation réalisée sur les ondes de pression à l’admission et à l’échappement (diamètre et longueur des conduits, forme des collecteurs, lois d’arbre à cames, utilisation ou non d’un VVT, …)
Commençons par une petite sportive, une Clio RS avec le moteur 2.0l.

Couple max : 223 N.m @ 5550 tr/min 

Puissance max : 203 cv @ 7300 tr/min

Réserve de couple = 223/190 = 1,17

Plage d’utilisation = 7500/5550 = 1,35

Moteur civilisé modifié pour la piste, le 2,0l nous livre ici ses qualités et ses défauts :

– un couple max de 223 N.m « perché » à 5550 tr/min mais dont environ 90% sont disponibles dès 3000 tr/min, ce qui permet à l’aide d’un étagement de boîte de vitesses adapté une utilisation « civilisée ».

– la forme de la courbe de couple avec ses deux « bosses » promet une montée en régime pleine de sensations jusqu’à 5550 tr/min (qu’est ce qu’il me prend, je suis bientôt prêt à rédiger des prospectus de marketeux !)

– arrive ensuite la plage d’utilisation (de 5500 à 7500 tr/min)pour pousser la bête sur les petites routes ou sur circuit.

– comme vous vous en doutez, une plage d’utilisation réduite et une réserve de couple de « seulement » 17% font de ce moteur un moteur pointu.

Conclusion : un moteur utilisable au quotidien mais il faudra « taper dedans » et ne pas hésiter à jouer de la boîte pour en tirer tout son potentiel

Le moteur de la Clio IV RS, s’il passe au turbo, risque de perdre ce caractère… à voir dans la suite !

Regardons rapidement ce que propose sa petite soeur, la Twingo RS avec son 1,6l :

Couple max : 160 N.m @ 4400 tr/min

Puissance max : 133 cv @ 6750 tr/min

Réserve de couple : 160 / 135 = 1,19

Plage d’utilisation : 7000/4400 = 1,59

Philosophie légèrement différente ici, l’accent a été mis sur les mi-régimes puisque le couple max de 160 N.m (pas exceptionnellement haut) est atteint à 4400 tr/min avec un beau petit pic. Résultat : un moteur qui risque d’être mou à bas régimes et qui donne la sensation de s’essouffler à haut régime.

Conclusion : d’après ce que j’ai pu entendre, les choix de l’étagement de la boîte renforcent cette sensation et ne font donc pas de cette voiture quelque chose d’exceptionnel…

Outre-Rhin cette fois avec une BMW 130i et son fameux L6 3,0l :

Couple max : 315 N.m @ 2750 tr/min

Puissance max : 265 cv @ 6600 tr/min

Réserve de couple : 315/240 = 1,31

Plage d’utilisation : 7000/2750 = 2,55

On change ici de catégorie avec de moteur 6 cylindres de 3,0l et son architecture en ligne chère à BMW. Au programme :

– un couple à 1000 tr/min élevé (240 N.m, supérieur au couple max du 2,0l de la Clio RS)

– un couple max de 315 N.m atteint à un régime assez bas (2750 tr/min) et qui diminue peu jusqu’à 6500 tr/min.

– on a ici une plage d’utilisation qui n’a rien à voir avec les deux « petits » moteurs Renault précédents, puis qu’on a une valeur de 2,55.

– la réserve de couple est également importante avec 31%.

Conclusion : ce L6 est un bel exemple de moteur souple. Coupleux, puissant et doté d’un régime max raisonnable (7000 tr/min) il doit permettre une utilisation à la fois civile et « performances ». 

Un exemple qui est souvent cité lorsque qu’on parle de puissance/couple est le moteur de la Honda S2000. Pourquoi est-il si particulier ? Parce qu’il développe une puissance très élevée pour un moteur 2,0l atmosphérique.

Couple max : 208 N.m @ 7500 tr/min

Puissance max : 240 cv @ 8300 tr/min

Réserve de couple : 208/171 = 1,21

Plage d’utilisation : 9000/7500 = 1,2

Avec son système V-Tec, le moteur de la S2000 développe un couple modeste (180 N.m à 3000 tr/min comparé au 200 N.m de la Clio RS au même régime) mais sur une plage de régime énorme (régime maxi à 9000 tr/min). Le couple max (208 N.m) est atteint à 7500 tr/min (!).

Comme on l’avait vu dans les articles précédents, deux manières sont possibles pour produire de la puissance : du couple ou du régime. Ce moteur est un exemple de la deuxième solution. On atteint des puissances dignes d’un moteur suralimenté..

Comme vous pouvez vous en doutez, il s’agit d’un moteur très pointu : il dispose d’une réserve de couple de 21% mais une plage d’utilisation de 1,2, ce qui est plutôt riquiqui.

Conclusion : un moteur exceptionnel taillé pour le circuit mais qui ne doit pas forcément être exceptionnellement agréable tous les jours..

Voici quelques moteurs essence atmosphérique plutôt typés performances. Si l’on pouvait résumer

– la cylindrée et le nombre de cylindres est prépondérant sur le caractère du moteur. Si l’on veut un moteur souple et « plein partout » (= du couple disponible à n’importe quel régime), il nous faut de la cylindrée.

– les plus petits moteurs peuvent être performants, mais ils sont forcément pointus et ne s’adressent pas aux mêmes personnes. Acheter une Clio RS ou une S2000 pour rester à 3000 tr/min en ville, c’est un peu enfoncer un clou avec une massue. Ca fonctionne mais c’est un peu dommage d’avoir payé une massue et un marteau adapté serait plus agréable..

Moteur essence suralimenté
Apparus depuis belle lurette mais de plus en plus présents sous les capots des voitures, les moteurs Essence suralimentés permettent d’allier performances et économie ou écologie. Je ne vous refais pas l’exposé mais vous pouvez vous diriger ici si vous avez loupé l’article en question.

Comme j’ai pris la Clio RS en exemple précédemment, je me tourne maintenant vers sa grande soeur, la Mégane RS. Equipée de la même base moteur, un 2,0l, celui de la Mégane est équipée d’un turbocompresseur. Quels résultats ?

Couple max : 360 N.m @ 3000 tr/min

Puissance max : 265 cv @ 5500 tr/min

Réserve de couple = 360 / 270 = 1,33

Plage d’utilisation = 6500 / 3000 = 2,17

Pas de comparaison possible, on passe ici d’un couple max de 230 à 360 N.m et d’une puissance de 200 à 265 cv..

Mais la différence la plus importante se situe sur la forme de la courbe de couple, linéaire. Le couple maximum est limité par la pression de suralimentation, la température d’échappement, le phénomène de cliquetis (combustion anormale) ou plus simplement par les caractéristiques de la boîte de vitesses. En effet, inutile de produire du couple si on ne peut pas la transmettre aux roues. On trouvera souvent, pour les moteurs Essence et Diesel suralimentés, des courbes de couple très plates.

L’avantage d’une courbe de couple plate est une augmentation de la plage d’utilisation.

On voit que ce 2,0 turbo a des performances qui égalent le 3,0l atmo de la 130i (même puissance max, un couple max supérieur, une réserve de couple identique et une plage d’utilisation légèrement plus faible).

Je soulignerai tout de même deux points importants :

– le couple à très faible régime qui est beaucoup plus faible sur la Mégane RS : en effet, à ce régime, le turbocompresseur n’est pas actif et on a quasiment le même couple qu’un moteur atmosphérique.

– le turbo a une inertie non négligeable et un temps de mise en action. Ainsi les courbes qui nous sont présentées sont toujours des points statiques (points réalisés sur banc moteur en stabilisé). Il serait intéressant de reconstruire cette courbe et on verrait qu’elle serait sûrement modifiée (pas pour ce moteur en particulier, mais pour les moteurs turbal en général).

Conclusion pour ce moteur : un moteur performant, agréable et utilisable au quotidien grâce à son couple disponible tôt. Pour une utilisation « performances », il est également beaucoup plus souple qu’un moteur atmosphérique (voir réserve de couple / plage d’utilisation).

J’avais également pris l’exemple de la 130i précédemment. J’ai naturellement choisi la BMW 1M pour illustrer un L6 turbo.

 

Couple max : 450 N.m @ 1500 tr/min

Puissance max : 340 cv @ 5900 tr/min

Réserve de couple = 300 / 450 = 1,5

Plage d’utilisation = 7000 / 1500 = 4,67

On retrouve les mêmes constatations que pour le moteur de la Mégane RS, avec des valeurs encore plus marquées : un couple max élevé atteint très tôt ( 1500 tr/min), une réserve de couple et une plage d’utilisation énormes.

J’ai quand même pu noter sur certains forums une déception de la part des personnes qui s’attendait à une « petite M3 ». Le moteur de la M3 est un V8 atmosphérique, qui monte très haut en régime. Dans le cas de la 1M, on retrouve plutôt un couple atteint très tôt et un régime max limité.

Dernier exemple pour le plaisir, une courbe de la Ferrari F40 que j’ai trouvé au cours de mes balades sur internet 😉

Couple max : 575 N.m @ 4000 tr/min

Puissance max : 480 cv @ 7000 tr/min

Réserve de couple = 575 /400 = 1,44

Plage d’utilisation = 7700 / 4000 = 1,92

Pas besoin d’être devin pour remarquer le moment où les turbos deviennent efficaces. C’est un véritable coup de pied qui arrive à 3000 tr/min.  De ce régime jusqu’à 4000 tr/min, le couple passe d’une valeur de 400 à 575 N.m…

Moteur Diesel suralimenté

Penchons nous maintenant sur les voitures mazoutées. N’étant pas impactée par le phénomène de cliquetis qui sévit dans les moteurs Essence, on peut se permettre d’imposer une pression de suralimentation très élevée. On arrive donc à des remplissages en air élevés et à un couple moteur plus haut qu’un essence.
Petit exemple avec le fameux 2,0l bi-turbo de la BMW 123d.

Couple max : 400 N.m @ 2000 tr/min

Puissance max : 203 cv @ 4400 tr/min

Réserve de couple = 400 / 290 = 1,38

Plage d’utilisation = 4700 / 2000 = 2,35

L’utilisation d’une suralimentation bi-étagée permet à ce moteur d’atteindre un couple de 400 N.m atteint à 2000 tr/min.

Les courbes d’un moteur Diesel (je sous-entends « turbo ») diffère de celle d’un Essence turbo de même cylindrée sur ces points :

– couple plus élevé à très bas régime

– couple maxi plus élevé et atteint à un plus faible régime

– puissance maxi moins élevée et atteint à un plus faible régime

– régime maxi plus faible.

Conclusion : un excellent moteur qui autorise des performances élevées avec les avantages d’un Diesel (je pense ici à la conso…)

Je n’ai pas encore trouvé les courbes du moteur BMW L6 tri-turbo que vous a présenté Frédéric récemment mais je vous montre rapidement les courbes d’un V6 TDI d’Audi :

Couple max : 500 N.m @ 1400 tr/min

Puissance max : 245 cv @ 4000 tr/min

Réserve de couple : 500 / 300 = 1,67

Plage d’utilisation : 5000/1300 = 3,85

On retrouve les éléments que j’ai cités précédemment : un couple énorme atteint très très tôt (1400 tr/min) et un régime maxi réduit par rapport à un L6 essence turbo par exemple.

Conclusion : un moteur performant, coupleux et extrêmement souple.

 

Difficile de faire une conclusion, tant elle pourrait être différente selon les personnes. Chaque moteur a sa « personnalité » mais on peut tout de même sortir des grandes lignes. A mon avis, si vous choisissez :

– un petit essence atmo(<1,4l) et sans trop de technologie (VVT) : vous aurez un peu un veau, peu coupleux sur les faibles régimes et qu’il faudra pousser pour en tirer quelque chose. Il sera sans doute équipé d’un boîte relativement courte qui n’ira pas dans le sens d’une consommation raisonnable. En 3 cylindres sur une petite voiture à la rigueur !

– un essence atmo 4 cylindres d’une cylindrée moyenne et un peu « poussé » : vous aurez un moteur typé « performances » et qui sera pointu. Il ne faudra pas hésiter à taper dans les régimes pour l’exploiter mais c’est en haut que tout se passe. Ce n’est pas le moteur le plus agréable au quotidien et il ne sera pas non plus économe à la pompe…

– un essence atmo d’un cylindrée plus élevée (et donc avec plus de 6 cylindres) : vous aurez un moteur à la fois performant et souple. Du couple à faible régime jusqu’à la puissance à un régime assez élevé. C’est à mon avis le moteur le plus agréable, mais pas le plus économe.

– un petit essence suralimenté (<1,2l) : ils sont de plus en plus présents de nos voitures. Ils remplacent parfaitement les petits moteurs atmosphériques en apportant un peu plus de couple et de puissance. Attention cependant, la course au downsizing à ses limites. A très faible régime, le turbocompresseur n’est pas actif et le couple à ces régimes est faible, très faible. Si vous choisissez un modèle avec un peu de technologie (injection directe,…) la consommation, même si elle n’égale pas celle d’un Diesel, sera tout à fait raisonnable.

– un essence suralimenté de taille moyenne (1,4, à 2,0l) : un bon compromis entre consommation, performances et plaisir de conduite.

– un gros essence suralimenté : la performance et la souplesse, si vous n’êtes pas trop regardant à la pompe. Mais un gros moteur atmosphérique ou suralimenté ? Tout dépend de vous !

– un petit Diesel (<1,4l) : ce sont à l’heure actuelle les plus économes. Grâce au couple, ils sont équipés d’une boîte de vitesses assez longue qui permet de les exploiter dans leur zone de fonctionnement optimale. Ils sont aussi équipés d’un turbo qui leur permet de faire la puissance (argument commercial plus qu’autre chose pour ce type de moteur) mais en contrepartie, il n’est souvent pas très efficace à faible régime. La somme de ces deux élements rend donc l’ensemble assez mou…

– un Diesel moyen (1,5 à 2,0l) : les moteurs les plus vendus à l’heure actuelle (1,5 dCi de chez Renault, 1,6 HDi chez PSA, et les autres). Le meilleur compromis entre confort d’utilisation (couple relativement élevé disponible assez tôt) et prestations. Des faibles consommations aussi.

– un gros Diesel : des moteurs extrêmement coupleux et souples souvent utilisés sur des véhicules de grosses tailles (berlines, SUV, …). D’excellentes performances et une consommation raisonnable.

Si je voulais encore plus résumer, mais je n’irai pas plus loin pour ne pas provoquer de débats 😉

– l’essence pour le coût d’achat, le plaisir des régimes élevés et la performance.

– le Diesel pour la consommation, la souplesse et pour le couple.

Je terminerai la série couple/puissance la semaine prochaine avec les différentes phases d’utilisation du véhicule (accélération, Vmax, reprises, …) et les caractéristiques du moteur utilisées dans ces situations (couple ou régime ?).

Si cet article vous a plu, n’hésitez pas à me rendre visite sur engineworld.fr pour parler de technique moteur.

Sources images : BMW, Renault, Forum-Auto, Zeperfs.com, moteurnature.com