Comment fonctionne un turbo ?

L’invention parfaite n’existe pas. Nous pouvons toujours faire quelque chose de mieux, de moins cher, de plus efficace ou de plus écologique. Prenez par exemple le moteur à combustion interne. Une machine alimentée par un liquide vous propulser sur l’autoroute, cela parait presque fou !

Mais il est toujours possible de construire un moteur qui ira plus vite, plus loin, ou qui consommera moins. L’une des façons d’améliorer un moteur est d’utiliser un turbocompresseur. Mais, c’est quoi, un turbocompresseur ? C’est une paire de ventilateurs qui exploitent la puissance d’échappement résiduelle de l’arrière d’un moteur pour envoyer plus d’air à l’avant, ce qui donne plus d’énergie qu’autrement.

Comment fonctionnent-ils exactement ? Voyons cela de plus près !

Qu’est-ce qu’un turbocompresseur ?

Les gaz d’échappement sont un mélange de gaz chauds expulsés à grande vitesse. Toute l’énergie qu’ils contiennent disparaît inutilement dans l’atmosphère. Ne serait-il pas intéressant que le moteur puisse exploiter cette énergie perdue pour faire avancer la voiture plus vite ? C’est précisément ce que fait un turbocompresseur.

Les moteurs de voiture produisent de l’énergie en brûlant du carburant dans des boîtes métalliques robustes appelées cylindres. L’air entre dans chaque cylindre. Il se mélange au carburant et brûle pour créer une petite explosion qui fait bouger un piston. Celui-ci fait tourner les arbres et les engrenages qui font eux-mêmes tourner les roues de la voiture.

Lorsque le piston est repoussé, il expulse le mélange air-carburant du cylindre sous forme d’échappement. La quantité de puissance qu’une voiture peut produire est directement liée à la vitesse à laquelle elle brûle le carburant. Plus il y a de cylindres et plus ils sont gros, plus la voiture peut brûler de carburant par seconde. Donc, en théorie, plus elle peut aller vite.

L’une des façons de rendre une voiture plus puissante est d’ajouter des cylindres. C’est pourquoi les voitures sportives ultra-rapides ont généralement huit ou douze cylindres au lieu des quatre ou six. Une autre option consiste à utiliser un turbocompresseur. Il envoie plus d’air dans les cylindres à chaque seconde afin qu’ils puissent brûler le carburant plus rapidement. Un turbocompresseur est un équipement supplémentaire, simple et relativement bon marché. Il permet d’obtenir plus de puissance avec le même moteur !

Comment fonctionnent-ils ?

Vous savez déjà comment fonctionne un moteur à réaction, vous êtes donc à mi-chemin pour comprendre le turbocompresseur d’une voiture.

Un moteur à réaction aspire de l’air froid à l’avant. Il le comprime dans une chambre où il brûle avec du carburant, puis expulse de l’air chaud par l’arrière. Lorsqu’il sort, il passe devant une turbine (comme un moulin à vent) qui entraîne le compresseur à l’avant du moteur. C’est cet élément qui pousse l’air dans le moteur pour que le carburant brûle correctement.

Le turbocompresseur d’une voiture applique un principe très similaire à celui d’un moteur à piston. Il utilise les gaz d’échappement pour entraîner une turbine. Celle-ci fait tourner un compresseur d’air qui pousse de l’air (et de l’oxygène) supplémentaire dans les cylindres. Ils peuvent brûler plus de carburant à chaque seconde. C’est pourquoi une voiture turbocompressée peut produire plus de puissance (plus exactement « plus d’énergie par seconde »).

Un compresseur de suralimentation est très semblable à un turbo. Au lieu d’être entraîné par les gaz d’échappement au moyen d’une turbine, il est alimenté par le vilebrequin. C’est généralement un inconvénient. Alors qu’un turbocompresseur est alimenté par l’énergie résiduelle de l’échappement, un compresseur de suralimentation vole en fait de l’énergie à la propre source d’énergie de la voiture (le vilebrequin). Ce n’est fréquemment pas très utile.

D’où vient la puissance supplémentaire ?

Les turbocompresseurs donnent plus de puissance à une voiture, mais cette puissance supplémentaire ne provient pas directement des gaz d’échappement. Avec un turbocompresseur, nous exploitons une partie de l’énergie contenue dans les gaz d’échappement pour entraîner le compresseur. Cela permet au moteur de brûler plus de carburant à chaque seconde. C’est de ce carburant supplémentaire que provient la puissance supplémentaire de la voiture. Les gaz d’échappement ne font qu’alimenter le turbocompresseur. Comme celui-ci n’est pas relié au vilebrequin ou aux roues, il n’ajoute pas directement à la puissance motrice. Il permet au moteur de brûler du carburant à un rythme plus rapide, ce qui le rend plus puissant.

Le moteur 2JZ-GTE de la Toyota Supra MK4 est d’ailleurs l’un des plus modifiables au monde. Vous pouvez tirer sa puissance jusqu’à 2000 chevaux grâce à sa construction en fonte. Découvrez en plus à son sujet dans cet article !

Quelle puissance puis-je ajouter à ma voiture ?

Si un turbocompresseur donne plus de puissance à un moteur, un turbo plus gros lui donnera encore plus de puissance. En théorie, vous pouvez continuer à améliorer votre turbocompresseur, mais vous finirez par atteindre une limite.

La taille des cylindres est limitée et la quantité de carburant qu’ils peuvent brûler est limitée. La quantité d’air que vous pouvez faire entrer par une entrée d’une certaine taille est également limitée. Tout comme la quantité de gaz d’échappement que vous pouvez expulser. Ceci limite l’énergie que vous pouvez utiliser pour faire fonctionner votre turbocompresseur. En d’autres termes, d’autres facteurs limitatifs entrent en jeu et doivent ainsi être pris en compte. On ne peut malheureusement pas turbo compresser jusqu’à l’infini !

Leurs avantages et inconvénients

Les turbocompresseurs peuvent être utilisés avec des moteurs à essence ou diesel. De plus, sur plus ou moins tout type de véhicule !

L’avantage principal d’un turbocompresseur est qu’il permet d’obtenir plus de puissance pour la même taille de moteur. Chaque course du piston, dans chaque cylindre, génère plus de puissance qu’elle ne le ferait autrement. Cependant, plus de puissance signifie plus d’énergie produite par seconde et brûler une quantité correspondante de carburant. En théorie, cela signifie qu’un moteur équipé d’un turbocompresseur n’est pas plus économe en carburant qu’un moteur sans turbocompresseur.

En pratique, un moteur équipé d’un turbocompresseur est plus petit et léger qu’un moteur produisant la même puissance sans turbocompresseur. Une voiture avec un turbo peut donc offrir une meilleure économie de carburant à cet égard. Les constructeurs peuvent souvent s’en tirer en équipant la même voiture d’un moteur beaucoup plus petit (comme un V6 turbocompressé). En fonctionnant bien, elles peuvent économiser jusqu’à 10 % de carburant. Comme ils brûlent le carburant avec plus d’oxygène, ils ont tendance à le brûler plus complètement et plus proprement. L’effet direct est que cela produit moins de pollution atmosphérique.

Par définition, la turbocompression consiste à tirer davantage de la même conception de base du moteur. De nombreux composants du moteur doivent subir des pressions et des températures plus élevées. Cela peut donc entraîner une défaillance plus rapide des pièces ; c’est pourquoi, en général, les moteurs turbocompressés ne durent pas aussi longtemps. Même la conduite peut être différente avec les turbos. Comme le turbocompresseur est alimenté par les gaz d’échappement, il y a souvent un délai entre le moment où vous appuyez sur l’accélérateur et celui où le turbo se met en marche. Ceci peut rendre la conduite des voitures turbo très différente (et parfois très délicate).

Pourquoi tous les moteurs n’ont pas de turbo ?

Les avantages en matière d’économie de carburant promis par les premiers turbocompresseurs ne se sont pas toujours révélés aussi impressionnants que les constructeurs aimaient à le prétendre. Une étude de 2013 a révélé que les petits moteurs turbocompressés donnaient des économies de carburant nettement inférieures à celles des moteurs conventionnels.

La fiabilité a fréquemment été un problème également : les turbocompresseurs ajoutent une couche supplémentaire de complexité mécanique à un moteur ordinaire. Il y a donc beaucoup plus de choses qui peuvent mal tourner. Cela peut rendre la maintenance des turbos catégoriquement plus coûteuse.