A. Poncelet

Automobile : le turbo

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Qu'est-ce que c'est que ça, s'il vous plaît?  C'est un turbo.  A l'époque de Cyrano, ça n'existait pas cependant.

Sans turbo : du carburant, de l'air et c'est bon !

Dans un moteur thermique à explosions, le mélange air-carburant entre dans la chambre de combustion d'un cylindre, et s'enflamme ensuite (à l'aide d'une étincelle produite par une bougie sur les moteurs essence, ou naturellement sur les moteurs diesels).  Cette combustion du carburant produit alors une poussée, qui pousse (une poussée qui pousse: à priori ça va comme concept) le piston vers le bas, lui même actionnant un vilbrequin qui fait tourner les roues.

Si vous n'avez pas tout compris, ce n'est pas grave.  Retenez juste qu'une voiture, c'est du carburant qui explose.  Une fois qu'il explose, il produit de l'énergie qui entraine les roues.  Un peu comme un fusil qui fait exploser de la poudre, laquelle expulse la balle avec une force incroyable.

Mais que faut-il plus précisément pour que les explosions puissent se produire dans le moteur ?  Rien de bien sorcier, il faut la même chose que pour allumer du feu dans votre barbecue le dimanche : un carburant (le charbon de bois dans notre exemple), un comburant (l'air [le dioxygène pour être plus précis]) et une étincelle (un briquet [même si celui-ci produit en réalité une flamme qui allume le bois, c'est donc un peu de la triche, on devrait parler de piezo, mais soit]).

Dans une voiture, on retrouve donc ces éléments : le réservoir apporte le carburant, l'air est naturellement présent, et l'étincelle, et bien on sait la faire (ou elle se fait même toute seule !).

Mais où est le problème me direz-vous ?  Il n'y en a pas vraiment.  Tout ce petit monde fonctionne de concert sans problème.  D'ailleurs, il existe des moteurs sans turbo !

Des performances accrues

Mais à quoi sert le turbo alors ?  Et bien il permet d'augmenter la puissance du moteur sans jouer sur d'autres facteurs !

Reprenons l'analogie du barbecue de chez mamy.

Si vous voulez augmenter sa puissance, vous pourriez ajouter du charbon de bois, et faire un feu plus important.  Mais ça prendrait plus de place, et consommerait plus de carburant.

Vous pouvez aussi jouer sur un autre élément, une autre branche du triangle du feu : l'air.  Eh oui, en activant votre feu à l'aide d'une soufflerie, il va être plus efficient !

Et bien pour une voiture, c'est pareil !  Si vous injectez plus d'air dans les cylindres, le moteur sera plus efficace !  Et ça tombe bien parce qu'on en a à diposition de l'air, tant qu'on veut !

Par contre, il ne suffit pas d'un petit ventilateur pour envoyer l'air dans le moteur, parce que la pression dans les cylindres est trop importante.  Il faut donc sortir les grands moyens, il faut forcer l'air à entrer.  Et si on veut forcer l'air à entrer, on doit le compresser, et donc utiliser...  un turbocompresseur !  (Et oui, 35 lignes après, le voici enfin !!).

Le principe du turbo

Voir un shéma de turbo : https://www.supagro.fr/ress-tice/puissanceenergie/4__web_chap4_gen_web/res/turbo.gif 

D'abord, notons que dans le langage courant: turbo = turbocompresseur = compresseur.

En soi, maintenant, il n'y a plus grand chose à expliquer.  Un turbo, c'est comme un gros ventilateur fermé qui comprime l'air.  Le turbo  envoie donc de l'air sous pression dans le moteur, ce qui permet une meilleur explosion et donc un gain de puissance.  Voilà, fin.

Non, en réalité, il y a un problème.  C'est que le turbocompresseur doit être alimenté pour fonctionner. Comme la soufflerie pour votre babecue, il faut "brancher" le turbo quelque part.  Sur la batterie?  On pourrait.  Mais un petit turbo électrique ne serait pas suffisant.  Il ne permettrait pas d'envoyer l'air sous une pression suffisante.  Donc, on oublie l'idée.

On pourrait aussi alimenter le compresseur directement par le moteur.  Oui, souvenons-nous, le turbo est comme un gros ventilateur fermé, il suffirait alors de le faire tourner, en le reliant aux roues !  Théoriquement, à nouveau, ça fonctionne (ça fonctionne bien d'ailleurs), mais le moteur consacre alors un peu de sa puissance à faire tourner le turbo, et sela rend le moteur moins performant vu qu'en plus de faire tourner les roues, il doit faire tourner le turbo.  Zut, ça ne marche pas non plus.

On a donc trouvé une source d'énergie qui ne coute rien : les gaz d'échappement.

La subtilité consiste alors en une récupération de l'énergie des gaz d'échappement.  En effet, ceux-ci sont expulsés avec une force suffisante pour entrainer une turbine, laquelle entraine via un échangeur le turbocompresseur !  Ce sont donc des gaz qui, en passant dans la turbine, reliée au turbo, propulsent indirectement l'air à l'intérieur des cylindres.

Inconvénient du turbo et solution

Tout cela est magique vous allez me dire !  Et oui, le turbo n'a presque que des avantages.  Mais il existe un inconvénient majeur : vu que le turbo est alimenté par les gaz d'échappement, ils faut que ces derniers soient suffisemment puissants pour pouvoir faire tourner la turbine.  Or, à faible vitesse, le moteur ne fournit pas assez de gaz d'échappement.  Conclusion : le turbo ne tourne pas (ou peu), et ne sert donc à rien.

Le problème, c'est quand vous allez accélérer, le moteur va tourner plus vite, donc produire davantage de gaz d'échappement.  Résultat: le turbo se met en route de façon abrupte.  A bas régime il ne se passe rien puis soudainement...  TURBOOOOOOO !

De même, il faut un certain temps entre le moment où vous appuyez sur la pédale et celui ou les gaz arrivent au turbo.  Il y a donc un "lag", un temps de réaction.

Ces problèmes entrainent par conséquent un comportement un peu imprévisible pour la voiture : à X.000 tours minutes, le véhicule est pris d'une soudaine accélération après quelques instants.

Pour éviter cela, plusieurs solutions existent, notamment placer deux turbos, un petit et un grand.  Ainsi, à faible vitesse, le petit turbo tourne aisément car plus léger et plus adapté, et à haute vitesse c'est le grand turbo qui prend le relais.

Mais ce système étant un peu lourd, on a inventé le turbo à géométrie variable.  En réalité c'est tout bête : il s'agit simplement d'adapter, en temps réel, la taille du turbo : un petit à bas régime, et un plus grand à haut régime.  Ainsi, la puissance des gaz d'échappement est toujours exploitée au maximum !  En pratique, un système de pales s'oriente plus ou moins pour créer la taille du turbo souhaitée.

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Catégories: ~Voiture ~Permis ~Mécanique

Antoine Poncelet - 11 février 2022 à 23:08

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