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