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Structure des moteurs modernes
2 .3 .1 . Les "turbo"
Depuis 1980, on utilise de façon croissante des
turbo pour augmenter la puissance des moteurs
. En fait, la dénomination des turbo, qui
étaient déjà connus pour les moteurs d'avions à
pistons utilisés pendant la dernière guerre mondiale,
était "groupe de suralimentation utilisant
les gaz d'échappement" . Mais le terme "turbocompresseur",
déjà largement utilisé en aéronautique
et qui a été abrégé en "turbo", s'est
trouvé chargé d'une telle réputation et est devenu
un tel symbole de haute technologie à la disposition
du public, qu'on a même vu des fabricants
d'aspirateurs affubler du terme "turbo"
leur dernière génération d'aspirateur !
L'idée d'utiliser les gaz d'échappement avait été
proposée par le français Rateau avant la fin de
la première guerre mondiale où l'on se préoccupait
déjà du rétablissement de la puissance des
moteurs d'avion en altitude . En fait, ce n'est que
grâce aux matériaux réfractaires actuels, utilisés
pour les turbines, et aux techniques de
graissage particulières qui ont été mises au
point, que le "turbo" a vraiment trouvé sa place
sur les moteurs des véhicules automobiles, que
ce soient les véhicules industriels à moteur
Diesel ou les voitures de tourisme à moteur
Diesel ou à allumage commandé (à essence) .
Les moteurs "turbo" n'ont pas que des avantages.
Un inconvénient bien connu, qu'ignorent
ceux qui n'en ont jamais utilisé, est dû au fait
que l'attelage des rotors (de turbine et de compresseur)
du turbo présente une très grande
inertie par rapport au couple moteur qui leur est
appliqué et qu'il faut couramment près d'une
dizaine de secondes pour mettre en régime ces
équipages (de 30.000 tours par minute pour les
gros turbo à 100 .000 tours par minute pour les
petits turbo) . Il s'ensuit que pour une voiture,
comme pour un camion, il s'écoule toujours un
"certain" temps entre le moment où l'on écrase
l'accélérateur et le moment où la pleine puissance
"sort" du moteur .
Par contre, si l'on n'est pas pressé à la seconde
prés, on obtient de la puissance, surtout si l'on
utilise des assistances complémentaires antidétonation,
comme l'injection d'eau dans le
cylindre, ou destinées à améliorer le remplissage
massique (en poids d'air), comme un radiateur
de refroidissement de l'air d'admission .
Avec les moteurs turbo de Formule 1, on était
même arrivé à des puissances de 900 kw, c'està-dire
supérieure à la puissance du moteur du
fameux chasseur Spitfire et ceci avec un moteur
de 1,5 I de cylindrée alors que le Spitfire devait
avoir une cylindrée de l'ordre de 14 litres et une
admission sans soupape, donc théoriquement
plus performante, et deux turbo de rétablissement
de la puissance en altitude (dont un spécial
pour la' haute altitude, qui rendait alors
l'avion imbattable dans ce domaine) .
Les moteurs de Formule 1 "turbo" ont d'abord
été développés par Renault qui a du, pour leur
permettre d'être plus performants que les
moteurs atmosphériques de 3 litres contre lesquels
le turbo devait lutter, supprimer le défaut
que nous avons mentionné au début, à savoir le
retard entre la commande de l'accélérateur et la
L'appareil imaginé par l'inventeur suisse Büchi pour utiliser l'énergie contenue dans les gaz d'échappement,
le groupe de suralimentation par les faz d'échappement dénommé en abrégé "turbo". Les gaz
d'échappement chauds et sous pression s'écoulent depuis la volute de la turbine radialement vers l'intérieur
et sortent du corps de turbine axialement (au centre) . Le rouet (rotor) du compresseur est monté sur
l'axe de la turbine et l'air de suralimentation est aspiré axialement, est refoulé radialement vers la périphérie
du rotor de compresseur, puis tangentiellement à la sortie du corps de compresseur vers l'admission du
moteur. Comme l'air de suralimentation est réchauffé par la compression et par les frottements sur le rotor
de compresseur, on installe souvent un réfrigérant d'air à l'admission qui permet d'augmenter la masse
d'air aspiré à chaque coup de piston et donc la quantité de carburant utilisable à chaque coup de piston. Le
graissage de l'équipage tournant pose des problèmes redoutables car l'huile sous pression, refoulée par la
pompe à huile du moteur pour lubrifier les paliers du turbo, est chauffée par toutes les pièces portées à
température élevée par les gaz d'échappement qui peuvent atteindre 1000". En fait, l'huile sert autant à
refroidir les paliers qu'à les lubrifier, et il est dangereux, pour le turbo, d'arrêter brutalement le moteur après
une période de fonctionnement du moteur à charge élevée . Beaucoup de "turbo" sont détruits prématurément
de cette façon, mais le moteur tourne toujours, c'est pourquoi il ne faut pas mettre les moteurs turbo
entre les mains d'utilisateurs incompétents car le 'tigre dans le moteur" se transforme en 'veau" .
puissance à la sortie du moteur . Malgré la puissance
impressionnante des moteurs turbo "en
régime", on n'aurait jamais pu gagner une course
de Formule 1 avec des moteurs turbo à
"reprise lente" . Pour vaincre ce défaut, Renault
Sport a conçu des turbo à directrices réglables
à l'admission au compresseur . L'inclinaison des
directrices à l'admission au compresseur est
réglée en fonction de la position de l'accélérateur,
lui-même commandé non par un câble
mais électriquement par un "potentiomètre de
recopie" . Grâce à cette disposition, le turbo
tourne presque à pleine vitesse lorsque l'accélérateur
est relâché, (ce qui sur une Formule 1
correspond au frein moteur à fond), car le compresseur
fonctionne alors en turbine d'entraînement
actionnée par l'aspiration du moteur qui
tourne en frein moteur à haut régime . A cause
de la complication de leur réalisation et de leur
commande, de tels "turbo" ne sont pas encore
"sortis de la Formule 1" .
2 .3 .2 Les compresseurs
Le compresseur entraîné par le moteur, qui
paraissait démodé, revient, mais parfois sous
une nouvelle "robe". Le grand avantage de ce
procédé de suralimentation réside dans le fait
qu'à bas régime on peut refouler beaucoup d'air
et donc obtenir un fort couple à bas régime, ce
Les pompes à palettes refoulent l'air du mélange
air-carburant du fait que l'espace entre les palettes
se réduit au cours de la rotation. A l'heure actuelle,
il n'existe pas en fabrication de moteur équipé d'un
compresseur à palettes, mais il y a beaucoup
d'études en cours, entre autres chez Pierburg .
qui est fondamental pour donner de la souplesse
au moteur . Il existe diverses structures de
compresseurs, qui ont toutes pour but d'obtenir
d'un petit moteur une puissance plus élevée, et
surtout un fort couple à bas régime . Le fait d'utiliser
un petit moteur permet de réduire la consommation
tout en conservant de bonnes per-