Mécanique
Le Turbocompresseur
Alternative aux gros moteurs atmosphériques puissants,
la suralimentation permet d'accroître considérablement
la puissance au litre d'un moteur sans en augmenter la cylindrée.
A quoi ça sert ?
La puissance du moteur dépend directement
de la capacité de remplissage des cylindres .Pour obtenir un fort
gain de puissance on peut, soit augmenter la cylindrée et le régime
de rotation du moteur -mais cela génère une augmentation de poids,
un encombrement important et des coûts de fabrication dissuasifs-
soit utiliser la suralimentation pour gaver le moteur en air frais
afin d'en améliorer proportionnellement le remplissage.
Il existe aujourd'hui trois grands principes
de suralimentation :
mécanique, turbocompresseur, régulée, oeuvrant pour augmenter la puissance
du moteur. Dans tous les cas, l'air admis pour la combustion est compressé
avant d'arriver dans le cylindre. Pour une même cylindrée et à régime
moteur égal ,la puissance spécifique fait un bond.La suralimentation
permet donc d'optimiser confortablement les performances d'un moteur
tout en lui conservant sa cylindrée d'origine. Nous parlerons ici
de la suralimentation par turbocompresseur, la plus largement utilisée
sur nos voitures de tous les jours, qu'il s'agisse de moteurs essence
ou diesel.
Comment ça marche ?
En bleu, le flux d'air comprimé. En brun, le flux des gaz d'échappement.
Situé à la sortie du collecteur d'échappement,
le turbocompresseur se compose de deux carters accolés qui renferment
chacun une "roue". Ces deux roues (qui forment la turbine)sont solidaires
d'un seul et même arbre qui les fat tourner
dans le même sens et à la même vitesse. Cet arbre, enfermé dans un
corps en fonte, qui joint les deux carters, peut atteindre des vitesses
de rotations très élevées (de l'ordre de 150 000 tr/mn). La lubrification
et le refroidissement de cet élément sont donc primordiaux. La roue
de turbine, actionnée par la pression des gaz d'échappement qui affluent
dans le collecteur, entraîne à son tour la roue de compresseur. De
l'air frais est alors aspiré par le compresseur puis comprimé avant
d'être expédié dans les cylindres du moteur. Cette quantité d'air
supplémentaire augmente du même coup la quantité de carburant nécessaire
au mélange. La puissance décolle. L'amélioration de la combustion
augmentant le régime du moteur, les gaz d'échappement sont donc évacués
avec plus de vigueur et font grimper la pression de suralimentation.
Les mêmes causes ayant les mêmes effets, la quantité d'air aspirée
par le compresseur croît, tout comme le volume d'air compressé et
le débit de carburant.
Ce cycle périlleux pour la santé du moteur
est toutefois contrôlé par une soupape de surpression. Lorsque la
pression du turbo (définie par le constructeur et généralement fixée
à 0,7 bar) risque d'être dépassée, la soupape de sûreté s'ouvre sur
le conduit d'échappement pour laisser s'échapper une partie des gaz.
De la sorte, le moteur est à l'abri d'une casse certaine.Autre sujet
d'inquiétudes, l'évacuation de la chaleur.Le turbocompresseur est
relié au système de lubrification du moteur. La pompe à huile fait
parvenir le précieux liquide jusque sur l'arbre de roues. L'huile
y assure un rôle de lubrifiant et permet, par la même occasion, le
refroidissement de l'axe et de ses coussinets. Rappelons qu'avec une
vitesse de rotation très élevée l'arbre de roues ne supporte pas un
manque de lubrification. Il faut donc éviter de couper le moteur après
avoir donné un coup d'accélérateur à vide ou roulé à cadence élevée
: la pompe à huile n'alimentant plus le circuit l'axe du Turbo, qui
tourne encore très vite, n'est plus lubrifié. C'est pourquoi il vaut
mieux laisser tourner le moteur au ralenti quelques minutes avant
l'arrêt complet.
L'intercooler : il chasse les
calories.
La température de l'air, comprimé par
le turbocompresseur, est généralement assez élevée (de l'ordre de
120°). L'air chaud contient moins d'oxygène que l'air froid et il
a tendance à se dilater donc à occuper plus de place. Certains constructeurs
emploient alors un échangeur air-air (c'est un simple radiateur) placé
entre le turbocompresseur et les chambres d'admissions pour permettre
le refroidissement de l'air qui sort du compresseur. Il s'agit parfois
d'un échangeur air-eau (l'air est cette fois-ci refroidi par du liquide
de refroidissement). La puissance au litre s'en trouve encore améliorée.
De plus, l'introduction d'air frais dans le moteur diminue la charge
thermique et favorise la fiabilité et la durée de vie du moteur.
