Qu’est-ce qu’un turbocompresseur ?
Un turbocompresseur (parfois simplement appelé turbo) utilise la puissance des gaz d’échappement pour pomper de l’air dans un moteur.
La puissance des gaz d’échappement est utilisée pour faire tourner une turbine qui, à son tour, entraîne un compresseur. Le compresseur est fixé au tuyau d’admission et comprime l’air avant de l’envoyer dans le moteur. La quantité d’air introduite dans le moteur est ainsi augmentée, ce qui accroît la puissance du moteur.
Les moteurs sans turbocompresseur sont appelés moteurs à aspiration naturelle (NA), par opposition aux moteurs turbocompressés dotés d’un turbo. Le principal avantage d’un véhicule à moteur turbo est qu’il peut produire plus de puissance qu’un véhicule à moteur NA de même cylindrée.
Utilisations des turbocompresseurs
Les turbocompresseurs sont largement utilisés dans les véhicules à hautes performances tels que les voitures de course et les véhicules de plus grande taille tels que les camions et les autobus. Ces véhicules nécessitent des moteurs très puissants, et l’utilisation de turbocompresseurs permet d’augmenter la puissance du moteur et d’améliorer les performances d’accélération sur autoroute.
Les turbocompresseurs sont également utilisés dans les véhicules à faible consommation de carburant et à faibles émissions, car les moteurs de petite cylindrée peuvent produire la même puissance que les moteurs de plus grosse cylindrée. Les inconvénients sont que le nombre accru de composants associés au turbocompresseur signifie que le prix du véhicule est généralement plus élevé et que le risque de pannes est plus important. Toutefois, l’utilisation de turbocompresseurs peut également entraîner une baisse de la consommation de carburant.
Principe du turbocompresseur
Le principe du turbocompresseur est d’augmenter la puissance du moteur en comprimant l’air d’admission par la rotation d’une turbine, augmentant ainsi la quantité d’air (oxygène) délivrée au moteur. Dans un moteur de base, le mélange air-carburant est enflammé et la force motrice est générée par l’énergie du mélange qui explose et se dilate dans le cylindre.
Plus la quantité d’air aspirée est importante, plus le nombre de molécules d’oxygène à brûler est élevé et plus l’énergie d’explosion et d’expansion est importante. Un moteur turbocompressé peut augmenter le poids de l’air introduit dans le cylindre en le suralimentant à l’aide d’un turbocompresseur, ce qui lui permet de produire plus d’énergie qu’un moteur à aspiration naturelle.
En revanche, l’inconvénient est que le moteur ne produit pas d’effet de suralimentation à bas régime en raison de la faible quantité de gaz d’échappement, et que la puissance attendue du moteur n’est pas atteinte. Pour produire un effet de suralimentation, la vitesse de la turbine doit être augmentée par l’augmentation des gaz d’échappement, mais la vitesse n’augmente pas en même temps que l’on appuie sur la pédale d’accélérateur. Le délai qui s’écoule avant que l’effet de suralimentation ne se produise s’appelle le “turbo lag”, et les constructeurs travaillent à la réduction de ce délai.
Structure d’un turbocompresseur
Un turbocompresseur est constitué de deux turbines reliées entre elles comme une éolienne. Lorsque la turbine située du côté de l’échappement (roue de turbine) tourne, la turbine située du côté de l’admission (roue de compresseur) tourne également en tandem, comprimant l’air d’admission. L’air comprimé est ensuite envoyé dans le moteur. Le turbocompresseur réalise ainsi une suralimentation en utilisant la pression de l’air d’échappement pour comprimer l’air.
L’air comprimé par le turbocompresseur est plus chaud et moins dense. Une diminution de la densité de l’air signifie une diminution de la concentration en oxygène. C’est pourquoi un composant appelé refroidisseur intermédiaire est installé entre la turbine et le moteur pour refroidir l’air comprimé et augmenter sa densité.
Le refroidisseur intermédiaire a une structure similaire à celle d’un radiateur et utilise le vent et l’eau de refroidissement pour refroidir l’air comprimé et augmenter sa densité, réduisant ainsi la perte de puissance du moteur.
Types de turbocompresseurs
Les turbocompresseurs sont classés en plusieurs types, en fonction du nombre de turbines. La plupart des véhicules équipés d’un turbocompresseur sont soit simples, avec une turbine, soit doubles, avec deux turbines, bien que certains véhicules plus coûteux soient équipés de triples turbocompresseurs, avec trois turbines, ou de quadruples turbocompresseurs, avec quatre turbines.
1. Turbocompresseur simple
Une turbine unique est montée sur le moteur et se caractérise par son faible coût. Elle est souvent utilisée dans les petits véhicules et améliore la puissance dans une large gamme de régimes, des bas aux hauts régimes.
Étant donné qu’une turbine unique couvre une large gamme de régimes, l’effet de l’amélioration de la puissance dans la plage des bas régimes tend à être plus faible que dans la plage des hauts régimes.
2. Turbocompresseur jumelé
Ce type de turbocompresseur, dans lequel deux turbines sont montées sur le moteur, a moins de décalage qu’un turbocompresseur simple et fournit à la fois une puissance et une réponse plus élevées. En fonction du régime du moteur, il est possible d’utiliser une seule turbine ou deux turbines simultanément.
Les turbines sont généralement plus petites que les turbos simples, ce qui permet à la turbine de tourner et d’entraîner le compresseur avec une cylindrée moindre.