Les moteurs diesel avaient autrefois la réputation d’être efficaces mais lents. Bien sûr, ils ont bu du carburant, mais ils ont manqué d’urgence. Cette perception a radicalement changé. Quelle est la raison principale ? La popularité des turbocompresseurs.
Les moteurs diesel modernes se caractérisent par un couple explosif et une réponse rapide. Il ne s’agit pas seulement d’une partie. L’injection directe à haute pression joue un rôle important. Or, le turbocompresseur est le moteur qui alimente le moteur. Il est intéressant de noter que la suralimentation n’est pas propre aux moteurs diesel. Les équipes de F1 ont profité de ces années pour extraire davantage de puissance de leurs unités. La technologie est universelle. Cependant, son application s’est considérablement développée dans l’industrie automobile.
Mécanisme d’induction forcée
Pour comprendre l’importance d’un turbocompresseur, vous devez comprendre comment un moteur produit de la puissance. Cela vient de la brûlure. Plus précisément, un mélange de carburant et d’air est brûlé. Plus de mélange équivaut à plus de puissance.
Historiquement, les ingénieurs y sont parvenus de deux manières. Ils ont agrandi le cylindre. Ils ont ajouté des cylindres. Il est équipé d’un moteur V8 au lieu d’un moteur 4 cylindres en ligne. Moteur de grosse cylindrée. Ces méthodes fonctionnent. Mais ils ajoutent du poids et de la complexité.
Il existe une troisième voie. Vous pouvez forcer plus d’air dans les cylindres existants. C’est le travail du turbocompresseur.
Les moteurs à aspiration naturelle dépendent de la pression atmosphérique pour aspirer l’air, tandis que les moteurs turbo utilisent les gaz d’échappement pour aspirer l’air. Il s’agit d’une boucle d’efficacité fermée. L’énergie des gaz d’échappement qui autrement se dissiperait dans l’atmosphère est captée. Cela fait tourner la turbine. La turbine entraîne le compresseur. Le compresseur force l’air dense dans la chambre de combustion.
Un processus étape par étape
Lorsque vous visualisez le processus, il est facile de voir comment il fonctionne. Cela ne se produit pas par magie. Cela se produit à travers une certaine série d’événements physiques.
- Débit des gaz d’échappement : Les gaz d’échappement chauds quittent le moteur et heurtent les aubes de la turbine. La pression fait tourner la turbine à des vitesses incroyablement élevées.
- Compression : La turbine est reliée à la roue du compresseur via un arbre. Lorsque la turbine tourne, le compresseur aspire l’air ambiant et le comprime.
- Refroidissement : L’air comprimé le réchauffe. L’air chaud est moins dense. Résolvez ce problème en acheminant l’air à travers le refroidisseur intermédiaire (ou refroidisseur intermédiaire). Cela abaisse la température. L’air plus frais est plus dense. Une densité de l’air plus élevée signifie qu’il y a plus de molécules d’oxygène par centimètre cube.
- Feu : De l’air froid et dense pénètre dans le cylindre. Un injecteur de carburant injecte du carburant diesel dans cet environnement sous pression. Le résultat est une explosion plus puissante.
“Le principal avantage est la densité. Le refroidissement de l’air comprimé maximise l’oxygène disponible pour la combustion sans augmenter la taille du moteur.”
Surmonter l’hystérésis avec la géométrie variable
Les premiers turbocompresseurs présentaient des défauts. Décalage. Ce n’est pas un bug logiciel. C’est de la physique. À bas régime, le débit des gaz d’échappement est faible. Il ne suffit pas de faire tourner la turbine rapidement. Le conducteur appuie sur la pédale d’accélérateur. Le moteur hésite. Et puis, d’un coup, le turbo s’enclenche. Le courant arrive tard.
Les ingénieurs ont résolu ce problème en utilisant des turbines à géométrie variable (VGT). Les pales à l’intérieur du carter de turbine peuvent changer d’angle. À basse vitesse, les pales rétrécissent le tuyau d’échappement. Cela augmente la vitesse du gaz. La turbine tourne plus vite malgré le faible volume. A grande vitesse, les lames s’ouvrent. Cela empêche le moteur de se boucher à cause de la contre-pression.
Cette technologie élimine la « zone morte » entre la puissance inutilisée et la puissance de pointe. Cela a rendu les moteurs diesel plus réactifs qu’ils ne l’avaient jamais été auparavant.
L’approche en deux étapes de BMW
Certains constructeurs souhaitent aller plus loin. BMW a introduit un double turbocompresseur variable dans la 535d. Il s’agit d’une configuration en deux étapes. Il utilise deux turbocompresseurs de tailles différentes.
Le plus petit turbo démarre immédiatement à basse vitesse. Il offre un couple instantané et une accélération rapide pour la conduite en ville. Il fonctionne efficacement dans une plage de vitesse inférieure, ce qui est difficile avec des turbines plus grandes.
À mesure que le régime et la cylindrée du moteur augmentent, un turbocompresseur plus gros devient plus efficace. Il répond aux exigences de débit élevé de la conduite à grande vitesse. Le système bascule de manière transparente entre les deux unités. Le résultat est une performance solide sur toute la plage de régime. Il n’y a pas de décalage en bas.
