Le turbo

Pour accroître les performances d'un moteur, sans modifier la cylindrée et les côtes "physiques", les constructeurs ont eus l'idée d'ajouter un turbo ou un compresseur (et par-dessus, éventuellement un échangeur air/air apelé intercooler).
Cette page explique donc la différence entre ces éléments et leurs fonctionnement..




LE PRINCIPE


Un moteur consomme du carburant et de l'oxygène
Pour augmenter la puissance du moteur, il faut augmenter la puissance de l'explosion dans chaque cylindre. Toutefois, pour avoir une explosion il faut du carburant et... du comburant !
Le carburant, c'est l'essence ou le gasoil. Le comburant, c'est l'oxygène contenu dans l'air.
Pour que l'explosion soit optimale, il faut donc de l'air en quantité suffisante pour que le carburant brule entièrement. S'il y a trop de carburant, il y aura des rejets polluants et une combustion incomplète (rejet de monoxyde de carbone par exemple), s'il n'y a pas assez de carburant, l'explosion ne sera pas optimale (dilatation des gaz insuffisante).
Un moteur ayant (généralement) 4 cylindres et chaque cylindre ayant un volume fixe, la quantité d'air admise ne peut pas dépasser cette capacité... sauf en le comprimant !
L'air est compressible, il suffit d'avoir plus d'air pour pouvoir pouvoir ajouter plus de carburant et obtenir une explosion plus forte.

LE TURBOCOMPRESSEUR


Tout d'abord, Il faut faire la différence entre un turbo et un compresseur :
Compresseur : il est entrainé par le moteur (courroie) et fournit de l'air compressé au moteur. Son rendement est plus élevé dès les premiers tours puisqu'il tourne en même temps que le moteur.
Turbo : il est entrainé par les gazs d'échappement et fournit de l'air compressé au moteur. Son rendement est plus élevé à haut régime car il y a plus d'échappement. A bas régime en revanche, les gazs d'échappements ne suffisent pas pour l'entrainer suffisamment rapidement.
Ci-dessous, voici le fonctionnement détaillé du turbo-compresseur :



Le moteur expulse les gaz d'échappements vers le pot. Le turbo s'intercale donc entre le moteur et le pot. Les gaz d'échappements font tourner une turbine qui entraine une autre turbine sur le même axe. Cette autre turbine se trouve entre le filtre à air et le moteur (coté admission). Plus il y a d'échappement et plus la turbine tourne vite (jusqu'à 200 000 tr/mn) ce qui comprime l'air en admission et gave littéralement le moteur d'air.



En revanche, s'il y a trop d'air, le rapport stochiométrique n'est pas respecté et le moteur peut "cogner" (bruit de cliquetis). C'est pour cela qu'en cas de surpression, une valve peut s'ouvrir du circuit d'air frais vers l'échappement (en fait les 2 turbines ne sont pas tout à fait symétriques, celle de l'échappament étant plus grosse).
La valve de surpression (wastegate) permet de conserver au moteur un bon rendement. Elle est controlée par un ressort taré à une certaine pression sur les anciens turbos, sinon il s'agit d'une électro-vanne controlée par l'ECU du moteur (il y a alors également un capteur de pression pour que l'ECU puisse ouvrir ou fermer la vanne au bon moment).

INTERCOOLER (ou refroidissement air/air)

L'inconvénient majeur de comprimer l'air dans un volume clos est que celui-ci s'échauffe. Plus l'air est chaud et plus il se dilate et plus il lui faut de place.
Dans un moteur, l'air compressé peut atteintre 160°, l'idée de l'intercooler est donc de refroidir l'air après sa compression par le turbo. Ainsi, pour une pression égale, il y aura encore un peu plus d'air dans le cylindre.



L'air provenant du filtre à air (et du turbo) passe dans un radiateur air-air. La température de l'air ambiant étant plus fraiche que celle de l'air compressé, on gagne ainsi quelques précieux degrés en sortie de l'intercooler. On peut alors gagner quelques kilowatts supplémentaires (environ 7 à 10%).




Le bloc moteur reste identique, c'est l'ajout d'un turbo et d'un intercooler qui ajoute plus de puissance.
Les voitures turbo-compressées avec échangeur air-air consomme paradoxalement moins de carburant car les constructeurs profitent de la sur-puissance engendrée pour augmenter les rapports de boite. Pour la même vitesse, le régime moteur est ainsi moins élevé. D'autre part, le couple étant également supérieur, le conducteur appuie moins sur l'accélérateur pour arriver à avoir la même accélération.
Ceci explique également le fait l'ancienne réglementation en matière de détermination de la puissance fiscale à partir de la longueur des rapports de boîte faisait la par belle aux moteurs turbocompréssés !

LA REGULATIUON DE LA PRESSION DE SURALIMENTATION

Le principe est de limiter la vitesse de la turbine donc du compresseur. Dès que la valeur de pression de suralimentation est atteinte, on régule cette vitesse. On dévie donc une partie des gaz d’échappement lorsque cela est nécessaire.

Fonctionnement : Ce régulateur comporte une soupape dont l’ouverture est commandée par la pression de suralimentation. Si cette pression n’est pas suffisante, le ressort maintient la soupape fermée. Dès que la pression de suralimentation est supérieure au tarage du ressort, la soupape s’ouvre laissant passer une partie des gaz d’échappement qui n’entraîneront plus la turbine.

Ce régulateur est appelé : waste gate.

Souvent, les constructeurs installent une double sécurité au cas ou la waste gate « grippe » ou reste fermée. Dans ce cas, un pressostat est monté afin de contrôler la pression de suralimentation. Si cette pression devient trop importante, le calculateur ne permet plus l’injection ou l’allumage (suivant montage) après la valeur de régulation déterminée.

La Dump valve est une soupape qui s'ouvre lorsque le conducteur lève le pied et du coup referme le papillon d'admission. Comme le turbo a une certaine inertie, il continue à comprimer l'air et celui-ci ne peut plus passer dans le moteur, il y'a donc une élévation de la pression dans le circuit d'admission, et un phénomène de pompage de l'air entre le papillon et le compresseur du turbo, ce qui n'est pas forcément bon. La Dump Valve permet de laisser s'échapper l'air du circuit d'admission pour éviter que la pression ne monte trop, et permet ainsi au compresseur de continuer à tourner librement, ce qui permet lorsque l'on rappuie sur la pédale que le turbo reparte plus vite.

 

Le bang-bang est utilisé en rallye pour maintenir le turbo sous pression. Il consiste à retarder au maximum l'allumage quand le pilote lève le pied, en le mettant après le point mort haut. Ainsi, la combustion se fait dans la ligne d'échappement, dans laquelle on injecte de l'air, en amont du turbo. Il y'a alors une montée en pression qui fait tourner la turbine, et donc le compresseur...

QUELQUES CONSEILS

Démarrage à froid : éviter les coups d'accélérateur et les sur-régimes. L'huile moteur étant souvent celle qui lubrifie le turbo, elle n'est pas encore assez fluide pour être efficace. Le turbo peut alors s'user beaucoup plus rapidement. Il faut attendre d'ateindre la température de fonctionnement normale.
Régime d'utilisation : rien de particulier, hormis de ne pas rouler en zone rouge ;-)
Arrêt du moteur : il faut éviter d'accélérer puis de couper immédiatement le contact. Le turbo ne serait plus lubrifié et il "serrerait". A la suite d'une conduite "sportive", le moteur chauffe... et le turbo encore plus. Un ou deux kilomètres avant l'arrivée, rouler plus calmement pour laisser la mécanique reprendre sa température nominale. Au pire, laisser le moteur tourner à l'arrêt quelques minutes avant de couper le contact.
Entretien : le turbo ne nécessite aucun entretien particulier, toutefois son efficacité est lié à

l'état du filtre à air. Nettoyer le filtre à air entre les révisions et le changer tout les 40 000 kilomètres (selon pollution et trajets effectués).
l'huile moteur. Choisir une huile pour moteur turbo. En effet, la vitesse de rotation de celui-ci est très élevée et sa lubrification est donc très importante.

 

Ici se trouve la documentation FORD sur les turbo de la marque

Ici se trouve le tableau des pannes de turbo

Ici se trouve la gamme des turbo GARETT

 

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