L'efficacité thermique du moteur est l'un des indicateurs importants pour évaluer les performances du moteur. Plus le rendement thermique du moteur est élevé, plus la technologie est avancée. Alors, que signifie l’efficacité thermique du moteur ? Laissez tout le monde, en particulier les amis qui sont sur le point d’acheter une voiture, y jeter un œil.
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L'efficacité thermique du moteur fait référence au rapport entre la chaleur de la puissance effective du moteur et la chaleur du carburant consommé par unité de temps. Pour le dire simplement, cela signifie la quantité d’énergie générée après la combustion du carburant qui est convertie en force motrice de la voiture.
L'efficacité thermique est calculée en divisant la valeur calorifique réelle utilisée par la valeur calorifique contenue dans le combustible. Par exemple : un litre d'essence dégagera 33 580 KJ de chaleur après combustion complète, dont 11 000 KJ sont convertis en travail par le moteur. Alors le rendement thermique de ce moteur à cet instant est :
(11000÷33580)×100%=32.8%
D’une manière générale, l’efficacité thermique d’un moteur donné est fondamentalement fixe depuis sa conception jusqu’à sa sortie d’usine. Le rendement thermique maximal des moteurs à essence se situe généralement entre 30 % et 40 %, et celui des moteurs diesel est légèrement supérieur, entre 35 % et 45 %. En parlant de cela, certains amis peuvent se demander pourquoi l'efficacité thermique n'est-elle pas de 100 % ? La réalité est si cruelle. Il est extrêmement difficile pour les ingénieurs motoristes d'augmenter le rendement thermique de 1 % sur une base de 30 à 40 %. Alors, où vont les 50 à 60 % d’énergie restants ?
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Un moteur est une machine qui convertit l'énergie thermique en énergie mécanique. Selon les lois de la thermodynamique, l’énergie thermique ne peut pas être convertie à 100 % en d’autres formes d’énergie. Dans toutes les machines, le frottement est inévitable et la chaleur consommée par la résistance au frottement ne peut être éliminée. De plus, le moteur doit maintenir une certaine température et un certain volume et ne peut pas augmenter ou diminuer indéfiniment, une perte de refroidissement est donc inévitable. Couplé à d'autres facteurs, tels que l'impossibilité de combustion complète du carburant, la perte de gaz dans la pompe, etc., le rendement thermique du moteur ne peut pas être de 100 %.
À la naissance du moteur, le rendement thermique maximal était inférieur à 20 %. Après cent ans, grâce aux efforts continus de générations d'ingénieurs automobiles, le rendement thermique maximal des moteurs automobiles n'a été augmenté qu'à plus de 40 %. C’est déjà une réussite remarquable. Avec la technologie actuelle, l’efficacité thermique du moteur est proche de la limite. Chaque augmentation en pourcentage constitue un énorme progrès technologique.
Quelles sont les méthodes pour améliorer le rendement thermique du moteur ?
1. Pour les moteurs à essence, la méthode la plus directe consiste à augmenter le taux de compression du moteur. C’est également l’une des principales raisons pour lesquelles le rendement thermique des moteurs diesel est supérieur à celui des moteurs à essence.
2. Réduisez la résistance au frottement mécanique en utilisant des pistons à faible frottement, des segments de piston à faible élasticité et des lubrifiants plus performants.
3. Optimiser le système d'alimentation en carburant et adopter une injection directe dans le cylindre à pression plus élevée, etc.
4. Optimisez la conception des passages d'admission et d'échappement du système de soupapes et adoptez la technologie de calage et de levage variable des soupapes.
5. Optimisez la conception de la chambre de combustion pour permettre une combustion plus complète du carburant.
6. Optimiser la conception du cylindre et avoir un rapport alésage/course approprié ;
7. Pour les moteurs diesel, des technologies telles que l'augmentation du taux d'injection, les injections multiples et une pression d'admission élevée peuvent également être utilisées.
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L'efficacité thermique du moteur n'est pas constante
L'efficacité thermique du moteur change avec les changements des conditions de fonctionnement. Dans la plupart des conditions de travail, le rendement thermique du moteur est très faible. Par exemple, dans les conditions de congestion urbaine les plus courantes, le rendement thermique du moteur n’est que d’environ 20 % ; en conduite sur autoroute, l'efficacité thermique peut atteindre environ 30 % ; les conditions de travail avec l'efficacité thermique la plus élevée sont des charges lourdes et des vitesses faibles, comme lorsqu'une voiture roule. Lors de la montée d'une pente raide, le papillon du moteur est complètement ouvert et la résistance à l'admission d'air est minime. À ce stade, le régime moteur n’est pas élevé et la résistance au frottement mécanique est faible. L'efficacité thermique à ce moment est relativement élevée.
Si un moteur a un rendement thermique élevé, économise-t-il nécessairement du carburant ?
Pas nécessairement. Les moteurs avec un rendement thermique plus élevé sont généralement plus avancés en termes de technologie et l'économie du moteur lui-même est nettement meilleure. Cependant, l’économie du moteur n’est pas égale à l’économie de la voiture dans son ensemble. La consommation de carburant d'une voiture n'est pas seulement déterminée par le moteur, mais également par de nombreux facteurs tels que la boîte de vitesses, le châssis et le poids de la carrosserie. Par conséquent, tous les modèles équipés de moteurs à haut rendement thermique ne sont pas économes en carburant.
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Depuis l'avènement du moteur à combustion interne, en particulier dans le cadre de la tendance aux économies d'énergie et à la réduction des émissions, l'amélioration de l'efficacité thermique est devenue une priorité absolue en recherche et développement. Bien qu'il existe déjà des moteurs avec des rendements thermiques allant jusqu'à 43 % dans les modèles produits en série, les près de 50 % d'efficacité thermique restants doivent encore être explorés. C'est également l'importance des recherches intensives menées par de nombreux constructeurs automobiles sur les moteurs à carburant.
