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| SURALIMENTATION : COMPRESSEUR ( lobe / palette / spirale / vis ) , TURBO ( fixe / variable / électrique). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Le but de la suralimentation est de mettre plus de mélange air-essence dans les cylindres afin d'augmenter la puissance sans changer la cylindrée. L'idée ne date pas d'hier ( Renault 1902 ) voir historique en bas de page , peut se faire de différentes façons ( différents compresseur, différents turbo, différentes associations jusqu'au tri-turbo ) et à différents endroits du moteur en fonction de l'alimentation d'essence ( carburateur aspiré ou soufflé ). Aperçu chronologique des moyens de sur-alimentation , du compresseur Constantin aux turbos assistés électriques issus de la formule 1. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1-DEFINITION de la SURALIMENTATION.
Un moteur classique atmosphérique aspire un mélange à la pression atmosphérique ( 1 bar absolu ). Il n'aspire que le volume d'un cylindre (cylindrée) qui sera comprimé par le piston (compression, taux de compression) voir cylindrée-compression . La suralimentation consiste à augmenter la pression d'admission pour augmenter le volume air-essence admis dans le cylindre : plus de mélange = plus de puissance . On pousse généralement de 0.8 à 1 bar pour la route, plus en compétition. De façon plus éxotique l'oxyde de nitrogéne dit NOS augmente le taux d'oxygéne dans un même volume d'air permettant d'avoir plus d'essence aussi et donc plus de puissance mais sans changer la pression d'admission, voir préparation moteur 2/2 . L'air ambiant contient 21% d'oxygéne, mélange idéal à respecter 14.7 volume d'air à 21 % pour 1 volume d'essence. Si on augmente de 20% l'oxygéne par volume d'air on peut augmenter le volume d'essence de 20 % aussi, pour un volume total aspiré identique ( mais le NOS ne dure pas longtemps, autonomie des bouteilles). |
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| 2-DIFFERENTES FACONS - GENERALITES.
Pour augmenter la pression on utilisera 3 sources d'énergie possibles : en prenant une partie de l'énergie du moteur au villebrequin par courroie (compresseur) , ou en prenant de l'énergie " perdue " à l'échappement ( les turbos ) améliorant donc le rendement ou en prenant de l'énergie extérieure ( turbo électriques). On utilisera 5 techniques différentes : des vis, des lobes, des palettes, des aubes centrifuges ou des spirales. On parle d'axial pour les compresseurs à vis et lobes ( dans le sens de la marche) et de centrifuge pour le turbos et compresseur centrifuge à courroie ( vers l'extérieur). On optimisera la plage d'utilisation : petit ou gros turbo, fixe ou géométrie variable, associations de différents types. On optimisera la compression en refroidissant l'air qui s'échauffe : échangeur, intercooler.On n'oubliera pas le graissage : soit indépendant comme sur les compresseurs, soit graissé depuis le circuit du moteur ( turbos). |
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| 3-DIFFERENTS ENDROITS DU MOTEUR - GENERALITES.
Sur un moteur moderne pas de question à se poser pour l'endroit car il y a un injecteur par cylindre : on souffle dans l'admission d'air. Mais pour du carburateur , un seul " point fixe " de distribution de carburant , on peut avoir 2 cas , soufflé ou aspiré. Soit on ne comprime que de l'air avant le carburateur ( on souffle le carburateur) , soit on aspire et comprime le mélange air-essence aprés le carburateur pour le diriger vers les cylindres ( on aspire sous carburateur) . |
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| 4-LE PLUS ANCIEN MOYEN DE SURALIMENTATION VOITURE DE SERIE : LE COMPRESSEUR (blower).
Alors même si les 1ers compresseurs centrifuge à courroie sont apparus sur des Renault de compétition en 1902 , c'est bien les compresseurs à lobes et palettes qui ont fait leur apparition sur les voitures de grandes série : Constantin , Mag , Judson, ... . Le principe de base est l'utilisation de l'énergie moteur depuis le villebrequin par courroie pour faire tourner assez vite un surpresseur. Soit des lobes pour Constantin et Mag , soit des palettes pour le Judson. Plus l'air est entrainé à l'intérieur plus le diamétre de l'espace diminue donc compression. Monté sur des voitures de grande série Citroen ( 2cv, DS,.. ) Peugeot ( 203, 403, ... ), Renault ( Frégate,... ), Simca, Panhard, VW, ... . Ils ont tous un graissage indépendant du moteur. |
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| Le principe est encore utilisé sur les moteurs à carburateur américain , route ou compétition. La technique à évoluée blower soit à lobes ( roots) soit à vis ( twin srew). On a aussi du compresseur centrifuge appelé supercharger , une aube centrifuge . | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| L'éxotique compresseur en spirale ( scroll ) bien connu de VW avec les G40 et G60. On fait tourner une spirale mobile autour d'une spirale fixe. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 5-L'AIR MODERNE DU TURBO-COMPRESSEUR ( simple turbo ).
Vient ensuite l'aire du turbo, entrainé par les gazs d'échappements, il comprime l'air par une aube centrifuge. Au début géométrie fixe le corps est en forme de coquille d'escargot, ensuite à géométrie variable ( VNT) , des ailettes orientent les gazs d'échappement sur l'aube d'entrainement pour optimiser le rendement à bas régime. Généralement associé à un échangeur de température et graissé par le circuit d'huile du moteur. |
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| La taille compte : on adaptera la taille du turbo au moteur et au comportement envisagé. Un petit turbo géométrie fixe sera trés réactifs : couple et puissance en bas régime. Un gros turbo géométrie fixe sera moins réactif mais délivrera plus de puissance dans les tours. En compromis le turbo à géométrie variable sera réglé pour les 2 plages d'utilisation avec ses ailettes réglables. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| On ne fait pas que faire tourner un turbo , il faut penser à réguler les pressions, coté entrainement on aura une soupape de décharge à l'échappement ( moins de pression motrice par décharge , moins de rotation, moins de génération de pression coté air) : Wastegate , ouverture par pression admission atteinte. Coté air comprimée on aura aussi une soupape de décharge , si on léve brutalement le pied on ferme l'admission mais le turbo pousse toujours, pour éviter les surpressions on utilise une soupape de décharge : Dump-valve ( plus ou moins bruyante si série ou tuning / intégré au turbo ou séparée). Il est bien évident que pour un carburateur aspiré il n'y aura pas de dump-valve : d'une part on est sur du mélange air-essence, d'autre part ce sont les volets du carbu qui empêchent la surpression ( avant le turbo). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Et c'est ici qu'on fera la différence turbo " soufflé / aspiré " . Sur les 1ers kit turbo ils étaient positionnés sous carbu " aspiré ", comme un compresseur. On comprime donc un mélange air-essence. La 1ére américaine de série fut l'oldsmobile 85 Jetfire, il y a eu des kits de seconde monte aussi : Accel, Martins, ... | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Ensuite généralisation des carburateurs soufflés, aussi bien en Europe ( R18, R5 Alpine, R11 turbo, Fuego ... ) qu'aux USA comme chez Banks. Là aussi souvent associé à un échangeur de température. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 6-ECHANGEUR (AIR-AIR ) - INTERCOOLER (AIR-EAU ) .
A la base un turbo est déjà chaud , de plus quand on comprime de l'air il s'échauffe naturellement selon les lois de la physique ( courbes pression / T° ). Ce qui veut dire qu'il se dilate et qu'il y a moins de particules par unité de volume. Pour garder l'air dense on le refroidit aprés la compression. Généralement se sont des échangeurs air-air : l'air extérieure qui balaye l'avant du véhicule refroidit des tubes ou circule l'air venant du turbo. En compétition on peut parfois projeter de l'eau en gouttelettes sur l'echangeur , elles absorbent encore plus de chaleur ( hérité de certains avions de chasse 2nd guerre mondiale ). Il éxiste aussi des intercooler air-eau : l'air de suralimentation d'un coté , l'eau refroidi du radiateur de l'autre ( SAAB, Nissan Patrol, Subaru ...). Avantage pour de grandes puissance (stable) et positionnement pas contraint à l'avant du véhicule. |
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| 7-TURBO-COMPRESSEUR à TOUTES LES SAUCES : ASSOCIATIONS ( du plus simple au plus compliqué).
A la base un turbo était la norme . Inséré dans tous les autres dispositifs dont dépollution EGR, traitement des gazs catalytique, fap pour diesel,... . Puis sur des moteurs évolués on assiste au bi-turbo, 2 turbos fixes identiques , un par banc de cylindre. Passage au Twin-turbo : un petit et un gros fixes travaillant de concert mais à des plages de régime différentes ( l'avant turbo variable). Et l'usine à gaz le Tri-turbo : 2 petits variables et un gros fixe. (Exemple BMW). |
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| 8-L'AVENIR DU TURBO SERA T'IL ELECTRIQUE LUI AUSSI ? HYBRIDE e-TURBO.
Dérivé des turbos électriques de formule 1 il arrive en série chez Mercedes. BUT : une suralimentation assistée électriquement, temps de réponse quasi nul à bas régime, pilotable en fonction de plein de paramêtres . L'énérgie motrice d'assistance vient d'un moteur électrique 48 volts, l'énergie principale de l'échappement. |
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| 9-HISTORIQUE RAPIDE DE LA SURALIMENTATION, avant la fin des carburateurs en 1992.
Petit historique dispositifs sur-alimentation ( non éxhaustif ) : |
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