COUPLE ET PUISSANCE.

Un couple est en fait la résultante d’une force, tel que vous pouvez l’exercer par vous même lorsque vous pousser un objet, sur un point de pivot, donc comme si vous poussiez cet objet en tournant en rond… l’exemple le plus parlant et le plus simple a comprendre est le fait d’ouvrir une très lourde porte.
Nous constatons que, si nous appliquons une force d’ouverture proche de l’axe de rotation cette force nous semblera très éprouvante. Alors que si nous appliquons cette force le plus loin possible dans un plan perpendiculaire a ce même axe de rotation de la porte, tout d’un coup cette porte qui nous semblait très lourde nous donnera l’impression d’avoir maigri de moitié.
Voici donc avec un exemple simple la mise en évidence des avantages que l’on peut tirer dans la vie de tout les jours de la bonne compréhension de la notion de couple. Je suis sur qu’après cela vous n’ouvrirez plus de la même manière les fameuses lourdes portes de sortie du métro parisien…

Une petite représentation graphique d’un couple de force s’exerçant autour d’un axe.

Observation de son impact sur nos moteurs.

Maintenant pour ce qui concerne nos préoccupations il serai intéressant de connaître la manière d’avoir peu ou beaucoup de couple sur nos moteurs…
En reprenant la formule C = F. d, on constat sans trop de difficulté qu’il n’y a que 2 paramètres, Donc si l’on désire augmenter ce couple, il suffirait d’agir au mieux si possible sur les deux a la fois…
Donc d’un cote nous augmentons l’effort exercer au bout du « bras de levier », et de l’autre, nous augmentons la longueur du bras de levier, car comme pour l’exemple précédent de la lourde porte, plus notre effort s’appliquera loin de l’axe de rotation, et plus nous obtiendrons un accroissement du couple.
Dans notre cas, du moteur automobile, Il faudra donc d’une part accroître l’effort "F" provoqué par la combustion du mélange dans le cylindre, et d’autre part, augmenter la "course" de balayage du piston en augmentant la valeur du rayon entre les axes de « tourillons » et de « manetons ».
Pour nos explications et démonstrations, nous allons nous consacrer qu’a l’optimisation théorique d’une de ces deux variables. Nous prendrons donc l’hypothèse que l’augmentation de la courses est impossible dans notre cas. Ainsi seul l’accroissement de l’effort « F » résultant de la combustion reste optimisable, afin d’augmenter le couple utilisable en sortie de moteur. Nous allons donc chercher a comprendre ce qui peut permettre un accroissement de cet effort.

Courbe de couple d'un moteur atmospherique.

Un moteur a combustion interne, est une machine fournissant une puissance de manière dynamique, ainsi cette puissance varie suivant le régime du dit moteur. La réalité de cette puissance n’est effective que si le moteur tourne, si vous l’arrêtez a un moment « T » cette puissance disparaît. Le couple quand a lui est une mesure relevée sur le moteur a un moment « T », Ainsi si nous avions la possibilité de stopper le moteur a un régime donner, la pression exercée sur le piston serait en théorie toujours en fonction, donc le couple résistant a fortiori lui aussi.

Courbe de couple d'un moteur turbo.

En observant et comparant les deux relevés de couple si dessus, on remarque plusieur chose.
La courbre du modele turbocompressé laisse apparaitre une meilleure "élasticité mécanique", c'est a dire que ce moteur aura une meilleur disponibilité sur toute ca plage de fontionnement, la puissance sera répartie de maniere assez uniforme, et son fonctionnement ne laissera pas apparaitre de creux a bas regime. la version atmospherique quant a elle, se caractérise par une progression de gain en couple tres lente... nous verons par la suite les explications sur le couple max et le pourquoi de la chute qui s'en suit. En premier lieu, nous remarquons donc l'avantage du moteur turbo sur celui de l'atmo en ce qui concerne le couple. Donc a cylindré egale, celui ci résulte bien d'un travaille d'amélioration effectué sur la force "F" dans la forumule de base C = F x d ...

Lecture d'une courbe de couple.

Courbe d'une mesure de couple instantané.

Alors pour commencer posons tout de suite une chose a ne pas négliger. Le couple maximum communiqué par le constructeur, n’est en fait qu’une valeur moyen pour un tour moteur. Effectivement le couple instantané, quant a lui est bien plus élevé (presque deux fois plus). c'est cette valeur qui determine si tout un ensemble de pignonerie de boite peux convenir ou pas a tel type de moteur.
Dans notre exemple nous voyons que le couple maximum moyen communiqué par le constructeur est d'environs 32 m.kg, alors que la valeur maximum du couple maximum instantané quant a lui approche les 70 m.kg !!!
Donc en fait le constructeur nous donne cette valeur moyen, rien d'autre.
Maintenant en observant ce graphique, nous remarquons que la valeur du couple maximum instantané chute brusquement surtout avant que le piston atteigne, le PMB soit a l'Avance a ouverture de la soupape d'Echappement, ainsi nous pouvons de maniere simple mettre en evidence l'incidence incontournable du role des valeurs d'ouverture et de fermeture des lobbes d'arbre a came.

l'incidence de l'efficacité du remplissage sur la courbe de couple... Quelle meilleur exemple que celui d'une courbe de couple d'un moteur a calage et distribution variable, laissant apparaître de manière indiscutable l'influence de la culasse et plus précisément des valeurs de calage et autre ouverture de la distribution, ce modifiant suivant le régime moteur.
Sur le graphique de droite, il s'agit d'une courbe de couple type d'un moteur équipé de ce genre de mécanisme, ces mécaniques ce caractérises par des courbes de couple a plusieurs bosses. Ici pour imager mon exemple je n'ai fait que 2 bosses (mais il peux y en avoir plus, et parfois aucune, mais une variation en continu ... Système VALVOTRONIC de BMW).
Ainsi Sur cet exemple nous voyons, une premier bosse de couple, qui est du a une avance avant ouverture a l'admission n’étant pas trop agressive, et surtout un retard a la fermeture admission très léger, de manière a ne pas refouler le flux gazeux ayant pénétré dans la chambre de combustion. Ensuite, ces temps semble ne plus convenir, le couple chute légèrement, la sur les systèmes équipés de calage et distribution variable, le couple sous l'impulsion de ces mécanismes ce voie repartir a la hausse, cela est du a des temps d'ouverture et de fermeture augmenter de manière a bénéficier de l'inertie du flux gazeux (cette fois si le flux est assez rapide, ou a assez d'inertie pour ne pas être refouler par le piston qui début ça compression...suralimentation dite naturel.). On en déduit assez facilement que le couple est fortement prépondérant des paramètres de l'arbre a came, On remarque aussi très judicieusement que cela ce traduit surtout en gain de puissance a haut régime...(possibilité d'avoir a la fois un moteur souple et puissant)!

Courbe de couple d'un moteur a distribution et calage variable (vanos, Vtec VTI, VVTli, Variocam...)

Courbe d'une mesure de puissance.

Maintenant en ayant bien saisi ce qu'est la courbe de couple, que l’on pourrai en fait calquer sur une éventuelle courbe de remplissage de la culasse a tout les régimes ou encore la perméabilité de la culasse, assujetti aux lois de distributions, Cette courbe de couple n’est donc que la représentation ou encore la traduction graphique du bon remplissage de la chambre de combustion a tout les régimes. Ainsi il y a une zone pré couple max, ou le moteur est limitée par le débit (papillons) entrant, ensuite le couple maxi, ou le débit est a son maximum, pour finir avec une zone post couple maxi, ou la vitesse du flux gazeux ayant atteint ca limite critique, limite le débit max, mais de part la rotation du moteur, celui ci multiplie le nombre de combustion en un temps donné « T », permettant ainsi de palier a cette limite de debit (voir parfois une chute…)jusqu'à un moment « T’ » ou la puissance chute a son tour.
Nous pouvons maintenant nous pencher sur la courbe de puissance, qui est directement lié a la courbe de couple, par la relation (simplifié) P = C x W ...
Ou P est exprimé en watts (1 cv din = 786W), C en Nm, et W en radian par seconde.
On peut en déduire la question suivant, Quelles sont les variantes provoquant un accroissement de puissance.

• Première variante, la plus avantageuse, ou celle qui provoque la plus brusque arrivé de puissance : le couple augmente, ainsi que la vitesse de rotation du moteur, la nous avons donc le cas le plus favorable en conjuguant les deux facteurs, la courbe de puissance en résultant sera très brutal avec des valeurs de plus en plus importantes.
  
• La deuxième variante, est celle ou le couple commence a chuté, mais la rotation du moteur vient comblé cette chute « C x W » donc la courbe de puissance continue de croître, mais a un rythme nettement moins rapide. C’est le cas cité précédemment ou le débit chute(perte de couple) ou stagne(couple stable), mais insuffisamment pour provoquer une stagnation voir une chute de puissance.
  

Prenons maintenant un peu de temps pour comprend l'important diagramme Beau de Rochas, ce schéma est la traduction theorique graphique des transformations qui s'oppere au sein d'un moteur a combustion interne.
Sur l'axe des ordonnees est representé les variations de pression,
sur celui des abscisses les variations de volumes.
Le cycle commence donc par une variation de volume a isobar (théorie) ce qui veut dire sans variation de pression.(admission)
Ensuite le systeme opère une compression par variation de volume inverse (compression)
Puis par une action spécifique, le système subit une importante augmentation de pression tres rapide.(allumage)
Sous l'action de cette forte augmentation de pression le systeme réalise le mouvement moteur tout en libérant la pression (détente).
Le système fini par un retour au point de départ en réalisant un dernier mouvement, couplé a une vidange de la chambre (echappement).
Ce schéma est donc théorique, mais les machine MCI sont apprécié comparativement en qualité en calquant leur modèle pratique sur celui ci, ainsi on voie pour chaque étape les points a amélioré.

Diagramme theorique Beau de Rochas