La grande majorité des voitures présentes dans les trafics possèdent un moteur thermique. Le moteur thermique est le premier type de moteur attribué aux voitures. Il est possible de calculer son rendement et de l’améliorer. Que savoir de ce rendement ? La réponse dans cet article.
Qu’est-ce qu’un moteur thermique ?
Avant de parler du rendement d’un moteur thermique, expliquons ce qu’est le moteur thermique. Un moteur thermique est tout simplement le moteur d’une voiture roulant à l’essence ou au gazole.
Cette appellation s’est vue de plus en plus utilisée à cause de la mise sur le marché des voitures à moteur électrique. L’appellation permet de faire la différence entre ces deux systèmes de fonctionnement. Lorsque les deux se retrouvent dans la même voiture, on parle de voiture hybride.
Le moteur thermique fonctionne par combustion du carburant à une très forte température. Les gaz produits ressortent par le pot d’échappement. Parlons maintenant de ce rendement.
Rendement d’un moteur thermique, qu’est-ce que c’est ?
Le moteur d’un véhicule est un transformateur d’énergie chimique en énergie mécanique. Le rendement d’un moteur thermique désigne le ratio de l’énergie mécanique qui sort par rapport à l’énergie thermique générée par le carburant. Les moteurs thermiques donnant les meilleurs rendements ne sont pas ceux des voitures, mais ceux des bateaux. Ces moteurs fonctionnent souvent à très grande puissance et utilisent du fioul.
Dans le cas des voitures, le rendement du moteur thermique varie non seulement selon le combustible (carburant) utilisé, mais aussi selon le type d’application de la voiture.
Dans les meilleures conditions de fonctionnement, les meilleurs rendements de moteur sont les suivants :
- 36 % pour les moteurs à essence,
- 42 % pour les moteurs à gazole.
Il est important qu’une voiture ait un bon rendement. Heureusement, il est possible d’améliorer ce rendement par certains procédés.
Comment calculer le rendement d’un moteur thermique ?
Le rendement d’un moteur thermique peut être calculé à partir de la formule suivante : rendement = (énergie fournie / énergie récupérée) x 100. L’énergie fournie correspond à l’énergie cinétique du piston (en joules/m) et l’énergie récupérée correspond à l’énergie mécanique de la détente du piston et de la combustion (en joules/m).
L’énergie produite par le moteur thermique dépend donc :
- du type et de la quantité de carburant utilisé.
- des caractéristiques du système d’injection (la pression dans la chambre de combustion).
- des caractéristiques de la transmission et notamment du rapport entre le nombre de cylindres du moteur et le nombre de pistons.
Le rendement d’un moteur thermique peut varier en fonction de ces caractéristiques.
Comment augmenter le rendement d’un moteur thermique ?
A peine un peu plus du tiers de l’énergie thermique produite est utilisée pour faire avancer une voiture dans des conditions ordinaires. Le reste de cette chaleur est dégagée dans l’atmosphère. Pour maximiser l’utilisation de cette énergie thermique, les procédés suivants peuvent être appliqués.
- Pour éviter le refroidissement du moteur : il est possible d’isoler thermiquement certaines pièces afin que la chaleur ne s’en échappe pas. Il est aussi possible d’utiliser des moteurs à pistons opposés.
- Pour éviter les pertes du cycle thermodynamique : il est possible à ce niveau d’augmenter le taux de compression, ce qui va limiter la consommation d’énergie mécanique au cycle thermodynamique.
- Pour éviter les pertes dans les frottements : le design des pièces peut être modifié de sorte à éviter les contacts de surface. Ces surfaces peuvent êtres plus lissées et mieux lubrifiées.
Le rendement d’un moteur thermique, même dans les meilleures conditions n’atteint généralement pas les 50 % dans le cas des automobiles. La grande quantité d’énergie thermique fournie se retrouve gaspillée. Il est, cependant, possible d’améliorer considérablement ce rendement par les quelques astuces présentées plus haut.
Quelle est la différence de rendement entre un moteur électrique et un moteur thermique ?
Les moteurs électriques ont des rendements de l’ordre de 50 % (pour un moteur à courant continu), et jusqu’à 80% (pour un moteur asynchrone). Pour obtenir un rendement supérieur à 80 %, il faut utiliser une technologie de pointe comme les moteurs à haut rendement ou l’hybridation. En face, le rendement d’un moteur thermique est de 35 %.
Les moteurs électriques fonctionnent à partir de courant électrique, ils utilisent donc une source d’énergie renouvelable. Leur fonctionnement est simple, ils ne consomment pas de carburant.
