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Suralimentation



par François Dovat

Image : Courbes de puissance, couple et consommation spécifique d'un moteur de poids-lourds turbosuralimenté Mercedes OM 366 LA - disponible en 3 variantes


Etant donné que les constructeurs s'efforcent de réduire les pertes mécaniques en limitant les vitesses de piston et la cylindrée, il reste la possibilité d'augmenter fortement la pression moyenne effective en suralimentant le moteur pour obtenir néanmoins la puissance voulue.


La turbosuralimentation s'est généralisée sur les diesels car ces moteurs supportent des pressions de compression et de combustion beaucoup plus élevées que leurs homologues à essence, qui sont soumis aux limites de cliquetis et de détonation.


L'application de la turbosuralimentation sur un moteur de traction routière devant faire face à de constantes variations de charge et de régime est cependant loin d'être la solution idéale car, comme le montrent bien les courbes ci-contre, le couple s'écroule lorsque le régime tombe en dessous de la moitié du nominal.


En outre, l'inertie des parties rotatives des turbomachines s'oppose à une élévation instantanée de la pression d'admission lorsque l'accélérateur est enfoncé, d'où un certain délai de réponse transitoire.


Un troisième inconvénient est le corollaire de la réduction des pertes mécaniques due à une cylindrée réduite pour une puissance égale : le frein moteur est plus faible.


La réduction des pertes mécaniques devrait procurer aux moteurs turbosuralimentés un meilleur rendement thermique et donc une moindre consommation. En pratique ce n'est pas toujours le cas, notamment lorsque que le rapport volumétrique dans le cylindre, du fait que ce dernier est alimenté en air pré-comprimé, doit être diminué (2) pour contenir les pressions maxi admissibles de compression et de combustion. En outre, sur les moteurs à allumage commandé, il est nécessaire d'enrichir le mélange à pleine charge pour ne pas dépasser la température maxi admissible en entrée de turbine (3).


Comme les rapport volumétriques de compression et d'expansion dans le cylindre sont mécaniquement liés, en réduisant le premier on réduit le second. Avec un moteur suralimenté, une partie du travail de compression est effectuée à l'extérieur du cylindre ce qui induit une diminution relative de l'expansion des gaz brûlés, expulsés alors qu'ils renferment encore une grande énergie résiduelle. On peut récupérer partiellement cette énergie avec une turbine d'échappement… et comme une telle turbine tourne beaucoup plus vite que le moteur, mais à un régime convenant parfaitement à un compresseur centrifuge, il est pratique d'accoupler ce compresseur directement sur l'arbre de la turbine. On obtient alors un turbocompresseur.

Image : Turbocompresseur avec aubes d'entrée de turbine à incidence variable (image Alfa-Romeo)


Néanmoins, comme la turbine cause une augmentation de la contre-pression à l'échappement, la puissance récupérée n'est pas entièrement gratuite.


(2) : La réduction du rapport volumétrique n'affecte le rendement thermodynamique que sur les moteurs à allumage commandé et sur les diesels très fortement suralimentés, c'est-à-dire lorsque descend en dessous de 14 :1 environ.

(3) : Des turbines supportant 1000°C deviennent actuellement disponible, ce qui permettra un fonctionnement en mélange stoechiométrique - ou presque - même sous pleine charge.


(© François Dovat)
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