Pourquoi le thermique de l'Ampera s'arrête puis se rallume quand on roule à vitesse constante

Quand on roule sur le prolongateur à une vitesse stable et pas très élevée (50km/h, 90km/h), le moteur thermique tourne par intermittence à environ 1700-2000 tr/min. Pourquoi ne tourne-t-il pas plutôt à un régime moins élevé ? Simplement à cause du rendement du moteur, qui n'est pas constant.

Courbes de rendement du moteur 1.4i qui équipe l'Ampera

Quand un moteur thermique tourne au ralenti, il consomme du carburant seulement pour se maintenir en rotation et ne fournit aucune énergie. Le rendement est donc infiniment mauvais. Quand il tourne très haut dans les tours pour faire avancer la voiture, le rendement est également mauvais, c'est pourquoi les techniques d'éco-conduite proscrivent les hauts régimes. Entre les deux, c'est moins mauvais et ca dépend de chaque moteur. 

Les constructeurs ont bien sûr des caractérisations de leurs moteurs avec la consommation en fonction du régime et de l'énergie fournie. Ces courbes sont évidemment différentes pour chaque modèle de moteur. Ce rendement (BSFC pour Brake Specific Fuel Consumption, consommation spécifique en français) est exprimé en gramme de carburant par kWh fourni. Ci-dessus celui du moteur thermique de l'Ampera, la ligne jaune étant une approximation de sa plage d'utilisation dans l'Ampera.

On y voit que la plage la plus intéressante est entre 1700 et 2500 tours par minute, quand le moteur peut faire un kWh avec moins de 240g d'essence. C'est dans cette plage que doit évoluer le moteur s'il veut être le plus frugal possible. S'il tourne moins vite seulement pour produire moins de puissance, il va consommer plus de carburant à énergie égale. Si c'est pour utiliser moins d'énergie, mieux vaut donc tourner un peu plus vite, et stocker le surplus d'énergie dans la batterie... et l'utiliser plus tard, moteur thermique éteint.

Prenons par exemple le cas où la voiture aurait besoin de 9ch environ
(12.56 kW)
pour se maintenir à sa vitesse, pendant 15 minutes (3.14kWh). Cela correspond au point de fonctionnement 80Nm-1500tr/min, où la BSFC est de 250 g/kWh, soit 785g.

Si le thermique avait tourné plutôt à 95Nm-1750tr/min (17.41kW), il aurait eu une BSFC plus faible et aurait pu s'arrêter. Si on considère un rendement de batterie de 88% sur le surplus de puissance instantanée, il faudrait produire 3.25 kWh à 240 g/kWh, c'est à dire consommer 781g d'essence. Et à 2000 tr/min, ca aurait été encore mieux, puisque le BSFC est inférieur à 240g/kWh.

Mais alors, si on a une telle courbe de consommation spécifique, peut-on estimer à combien de litres correspond une batterie pleine (10.4kWh stockés)?

Ce n'est pas si simple, car le rendement de l'alternateur/moteur secondaire n'est pas connu, même s'il doit se situer aux alentours des 95%. Dans ce cas -avec un rendement de batterie de 88%-, il faudrait donc lui faire générer 10.4 / (0.95 * 0.88) = 12.44 kWh.

Au meilleur du rendement (235 g/kWh, qui n'est bien sûr pas atteint quelle que soit la conduite adoptée), cela représente 2,9kg d'essence, soit 3,9l. A 1,50€ le litre d'essence, cela fait 5.85€, à comparer aux 1€-1,60€ d'électricité pour charger une batterie complête. Ainsi il serait entre 3.5 et 6 fois plus économique de recharger plutôt que de prolonger. C'est d'ailleurs ce que constatent les conducteurs d'Ampera.