Qu'est-ce qu'un turbocompresseur ?

Qu’est-ce qu’un turbocompresseur ?

En dehors de l’air raréfié du monde des supercars, où Lamborghini insiste toujours sur le fait que les moteurs à aspiration naturelle restent le moyen le plus pur et italien de produire de l’énergie et du bruit, l’époque de la construction de voitures sans turbocompresseurs touche à sa fin.

Il est impossible, par exemple, d’obtenir une Volkswagen Golf avec un moteur atmosphérique. Dans le sillage du « Dieselgate », bien sûr, cela n’aura plus d’importance, car plus personne ne veut jouer au golf.

Le fait demeure, cependant, que les citadines, les voitures familiales, les grandes voitures de tourisme et même certaines super voitures quittent le navire en faveur d’un avenir propulsé par la plongée. De la Ford Fiesta à la Ferrari 488, l’avenir appartient à l’induction forcée, en partie à cause des lois sur les émissions, mais aussi parce que la technologie a fait son chemin.

C’est un cas d’économie de carburant de petit moteur pour une conduite douce et de puissance de gros moteur quand vous le voulez.

Lorsqu’il s’agit de combiner des performances supérieures avec une consommation de carburant réduite, les ingénieurs sont presque obligés de concevoir leurs nouveaux moteurs autour de la technologie de suralimentation.

Comment un turbo peut-il faire plus avec moins ?

Tout dépend du fonctionnement des moteurs, alors soyons un peu techniques. Pour les moteurs à essence, un rapport air-carburant de 14,7 à 1 assure une combustion complète de tout dans le cylindre. Plus de jus que cela est un gaspillage de carburant.

Dans un moteur à aspiration naturelle, le vide partiel créé par le piston descendant aspire l’air dans le cylindre, en utilisant la pression négative à l’intérieur pour aspirer l’air à travers les soupapes d’admission. C’est une façon simple de faire les choses, mais c’est très limité en termes d’apport d’air, un peu comme quelqu’un qui souffre d’apnée du sommeil.

Dans un moteur turbocompressé, le livre de règles est réécrit. Au lieu de compter sur l’effet de vide du piston, un moteur turbocompressé utilise une pompe à air pour forcer l’air dans le cylindre, tout comme un masque d’apnée du sommeil pompe l’air vers le haut de votre museau.

Bien qu’il soit possible pour les turbocompresseurs de comprimer l’air jusqu’à 5 bars (72,5 PSI) au-dessus de la pression atmosphérique standard, ils ont tendance à fonctionner à une pression plus calme de 0,5 à 1 bar (7 à 14 PSI) dans les voitures de route.

Le résultat pratique est qu’avec 1 bar de pression de turbo, le moteur reçoit deux fois plus d’air que s’il était à aspiration naturelle.

Cela signifie que l’unité de commande du moteur peut injecter deux fois plus de carburant tout en maintenant un rapport air-carburant idéal, créant ainsi une explosion beaucoup plus importante.

Mais ce n’est que la moitié des astuces du turbocompresseur. Comparons un moteur atmosphérique de 4,0 litres et un moteur turbocompressé de 2,0 litres avec 1 bar de suralimentation, en supposant qu’ils sont par ailleurs identiques en termes de technologie.

Le 4,0 litres consommera plus de carburant, même au ralenti et sous une petite charge du moteur, tandis qu’un 2,0 en consommera beaucoup moins. La différence est qu’à plein régime, un moteur turbocompressé utilisera autant d’air et de carburant que possible – deux fois plus qu’un moteur atmosphérique de même taille ou exactement autant que l’atmo 4,0 litres.

Cela signifie que le moteur turbocompressé peut fonctionner à n’importe quel niveau, d’un avare de 2,0 litres jusqu’à un puissant quatre litres, grâce à l’induction forcée.

Il s’agit donc d’un cas d’économie de carburant pour un petit moteur pour une conduite douce et d’une puissance de gros moteur pour quand vous le voulez.

À quel point est-ce intelligent?

Comme il sied à une solution miracle d’ingénierie, le turbocompresseur lui-même est ingénieux. Pendant que le moteur tourne, les gaz d’échappement traversent une turbine, la faisant tourner à une vitesse incroyable – généralement entre 75 000 et 150 000 fois par minute.

La turbine est boulonnée à un compresseur d’air, ce qui signifie que plus la turbine tourne vite, plus le compresseur fait de même, aspirant de l’air frais et le poussant dans le moteur.

Le turbo fonctionne sur une échelle mobile, en fonction de la force avec laquelle vous appuyez sur l’accélérateur. Au ralenti, il n’y a pas assez de gaz d’échappement pour atteindre une vitesse significative dans la turbine, mais au fur et à mesure que vous accélérez, le turbo s’enroule et donne un coup de pouce.

Si vous enterrez votre pied droit, plus de gaz d’échappement sont produits, ce qui comprime la quantité maximale d’air frais dans les cylindres.

Alors, quel est le problème ?

Il y a, bien sûr, quelques raisons pour lesquelles nous ne conduisons pas tous des voitures turbocompressées depuis des années, à commencer par la complexité.

Comme vous pouvez l’imaginer, concevoir quelque chose qui peut tourner à 150 000 tr/min, jour après jour, pendant des années, sans exploser, n’est pas facile et nécessite des pièces coûteuses.

Les turbos ont également besoin d’une alimentation dédiée en huile et en eau, ce qui augmente la charge sur les systèmes de lubrification et de refroidissement du moteur.

Étant donné que l’air se réchauffe dans le turbocompresseur, les fabricants ont également dû installer des refroidisseurs intermédiaires pour réduire la température de l’air entrant dans le cylindre. L’air chaud est moins dense que l’air frais, ce qui annule les avantages du turbocompresseur et peut également endommager et pré-détoner le mélange air-carburant.

L’inconvénient le plus tristement célèbre de la turbocompression, bien sûr, est connu sous le nom de décalage. Comme indiqué, vous devez accélérer et créer des gaz d’échappement pour qu’un turbo commence à produire une pression de suralimentation significative, ce qui signifiait que les premières voitures turbo étaient comme un interrupteur de lumière retardé – rien, rien, rien, TOUT.

Diverses améliorations de la technologie turbo ont apprivoisé le pire de la nature lente des premiers turbo Saab et Porsche, y compris des aubes variables dans la turbine qui se déplacent en fonction de la pression d’échappement, ainsi que des composants légers et à faible frottement pour réduire l’inertie.

Le pas en avant le plus excitant pour la turbocompression ne se trouve – pour l’instant, du moins – que sur les coureurs de F1, où un petit moteur électrique maintient le turbo en rotation, réduisant le temps dont il a besoin pour s’enrouler.

De même, dans le championnat du monde des rallyes, un système connu sous le nom d’anti-décalage déverse un mélange air-carburant directement dans l’échappement, avant le turbocompresseur. La chaleur du collecteur d’échappement le fait exploser, même sans bougie, créant des gaz d’échappement et maintenant le turbocompresseur en ébullition.

Mais qu’en est-il des turbodiesels ?

En ce qui concerne la suralimentation, les diesels sont une race spéciale. C’est vraiment un cas de main dans la main car, sans induction forcée, les moteurs diesel ne seraient jamais aussi répandus qu’ils le sont.

Les diesels à aspiration naturelle peuvent produire un bon couple à bas régime, mais c’est là que leurs talents s’épuisent. Avec l’induction forcée, cependant, les diesels peuvent capitaliser sur leur nature coupleuse et profiter des mêmes avantages que leurs cousins ​​à essence.

Les moteurs diesel sont construits pour résister aux énormes contraintes et températures qu’ils contiennent, ce qui signifie qu’ils peuvent facilement supporter les pressions supplémentaires de la suralimentation.

Tous les moteurs diesel – à aspiration naturelle et à induction forcée – fonctionnent en brûlant du carburant dans une surabondance d’air dans ce qu’on appelle un système à mélange pauvre.

Le seul moment où les moteurs diesel à aspiration naturelle s’approchent d’un mélange air-carburant «parfait» est en pleine accélération, lorsque les injecteurs de carburant sont grands ouverts.

Étant donné que le diesel est moins volatil que l’essence, sa combustion sans abondance d’air crée d’énormes quantités de suie, également appelées particules de diesel. En inondant le cylindre d’air, les turbodiesels peuvent éviter ce problème.

Ainsi, alors que la turbocompression est une amélioration étonnante pour les moteurs à essence, son véritable coup de grâce est d’éviter que le moteur diesel ne devienne une relique enfumée. Bien que le Dieselgate puisse faire en sorte que cela se produise de toute façon.

Que pensez-vous du fait que les turbocompresseurs se retrouvent dans à peu près n’importe quoi sur quatre roues ? Dites-nous dans les commentaires ci-dessous.

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