Le Turbocompresseur

Les turbocompresseurs

Un peu d’histoire

L’histoire du turbocompresseur commence en 1902 quand Louis Renault dépose un brevet pour un dispositif « augmentant la pression des gaz admis dans les cylindres des moteurs à explosion, consistant à intercaler un ventilateur ou un compresseur… ». Il est suivi en 1905 par Albert Büchi qui brevette un « compresseur centrifuge et turbine entraînée par les gaz d'échappement ». Les premiers turbocompresseurs sont apparus dans l’aviation militaire pendant la Première Guerre Mondiale. Dans l’automobile, il faut attendre 1952 pour voir apparaître les premiers turbocompresseurs, équipant des voitures de courses uniquement. Les premières autos de série possédant des turbocompresseurs apparaissent dans les années 1970 et sont à mettre au compte de Renault, BMW et Porsche. Aujourd’hui, plus de 70 % des véhicules Diesel sont équipés de turbocompresseur, ainsi qu’un peu moins de 10 % des véhicules à essence.



Rôle du turbocompresseur

Pour fonctionner, un moteur thermique utilise un mélange air/carburant, ce rapport restant constant. Pour augmenter la puissance du moteur, il faut donc augmenter la quantité de mélange injectée dans le moteur. Le problème est que les cylindres du moteur ne sont jamais remplis à 100%, mais à 80 voire 85% dans le meilleur des cas. Le rôle du turbocompresseur est d’augmenter la pression du mélange air/carburant dans les cylindres afin de mieux les remplir et donc de gagner en efficacité et en puissance. Il s’agit en fait de suralimenter le moteur en comprimant l’air.



Fonctionnement

Le turbocompresseur est composé de deux parties : d’un côté, une turbine, qui est entraînée par les gaz d’échappement provenant du moteur, et, de l’autre, un compresseur, relié par son axe à la turbine, qui est placé sur le conduit d’admission de l’air, c’est-à-dire avant le moteur.

Le turbocompresseur est également appelé compresseur centrifuge : en effet, la turbine entraîne l’axe, qui fait tourner le compresseur, qui, par effet de la force centrifuge, chasse l’air vers la périphérie et crée une dépression au centre, d’où l’augmentation de la pression de l’air dans le conduit.




Inconvénients (maîtrisés) du turbocompresseur

L’augmentation de la pression de l’air entraîne l’augmentation de la température de cet air. Il est donc nécessaire de monter un refroidisseur d’air, ou échangeur, entre le compresseur et les cylindres ; il existe des refroidisseurs de type air/air, et d’autres air/eau (voir la position de cet échangeur sur le schéma en bas de page). Dans le premier cas, l’air est refroidi par de l’air extérieur, et dans le second cas, il est refroidi par le système de refroidissement du moteur.



De plus, l’augmentation de la pression de l’air d’admission entraîne l’augmentation de la pression des gaz d’échappement, ceux-là même qui vont ensuite faire tourner la turbine. Ainsi, on rentre dans un cercle vicieux où la pression ne s’arrête plus d’augmenter, et le moteur finirait par exploser. Heureusement, un petit dispositif, dénommé « Waste Gate » (en français, soupape de décharge), permet d’éviter ce phénomène. Placé avant la turbine, il consiste en un ressort, qui, lorsque la pression devient trop forte, est repoussé et ouvre un conduit alternatif où peut s’échapper une partie des gaz sans passer par la turbine.



L’utilisation d’un turbocompresseur est à l’origine d’une forte augmentation de la température à plusieurs niveaux du moteur, d’où la nécessité d’utiliser une bonne huile de moteur. Il est également nécessaire de renforcer un grand nombre de pièces, car la pression peut augmenter de 10 à 20 bars entre un moteur non équipé et un moteur équipé d’un turbocompresseur.



Conséquences de l’utilisation d’un turbocompresseur

Grâce au turbocompresseur, le rendement du moteur est amélioré, avec une consommation moindre en carburant. Il en découle une diminution des émissions de gaz polluants. Comme le turbocompresseur nécessite peu d’entretien, et qu’il ne pèse pas très lourd, son usage est maintenant largement répandu.

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