Principe de la suralimentation
Mode de travail d’un moteur à combustion suralimenté
Un turbocompresseur doit permettre d’obtenir des couples élevés et donc des puissances
de moteur supérieures. On obtient ce résultat du fait que l’air aspiré est comprimé.
Du fait de la densité élevée, davantage d’oxygène peut ainsi arriver lors de chaque cycle
d’émission dans la chambre de combustion du moteur. Une teneur en oxygène supérieure permet
une meilleure combustion et la puissance augmente.
Les énergies de chaleur et de mouvement des gaz d’échappement du moteur sont utilisées
pour entraîner la turbine à gaz d’échappement du turbocompresseur. La turbine à gaz
d’échappement fait fonctionner le compresseur. Celui-ci comprime l’air aspiré, de sorte
qu’il se réchauffe. Il est à nouveau refroidi dans le refroidisseur d’air de suralimentation.
Un moteur à piston à quatre temps est commandé par des soupapes. Contrairement au moteur
à deux temps, sur lequel tous les cycles de travail se déroulent pendant une rotation de
l’arbre de vilebrequin, le moteur à quatre temps a besoin de 2 rotations de l’arbre de
vilebrequin pour un cycle.
Mode de fonctionnement d’un moteur à allumage commandé quatre temps suralimenté
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- 1er temps : admission
Le piston se déplace en direction de l’arbre de vilebrequin (point mort bas).
La soupape d’admission est ouverte. Le mélange air-carburant est aspiré par la dépression formée.
- 2ème temps : compression
Les soupapes d’entrée sont fermées et le piston se déplace en direction du point mort haut.
Comme le volume du mélange air-carburant se réduit alors, la pression et la température du mélange augmentent en même temps.
- 3ème temps : travail
Toutes les soupapes sont fermées. Au moment de la compression maximale, le mélange
air-carburant est allumé sur le moteur à allumage commandé par la bougie, et sur
le moteur diesel, il est tellement comprimé qu’il s’allume spontanément. Le volume
du mélange air-carburant augmente, et les gaz qui se dilatent effectuent un travail
en appuyant le piston en direction du point mort bas.
- 4ème temps : échappement
Lorsque le point mort bas est atteint, la soupape d’échappement s’ouvre. Le piston
se déplace alors en direction du point mort haut. Par l’ouverture de la soupape d’échappement,
la pression baisse jusqu’à une valeur proche de la pression d’air extérieure. A la fin de ce
cycle, la soupape d’échappement se ferme et la soupape d’entrée s’ouvre. Un nouveau cycle de quatre temps démarre.
Afin de se conformer aux aspects actuels tels que rentabilité, émission de CO2 et émissions sonores,
la suralimentation par turbocompresseur convient particulièrement dans le cas présent.
Energie des gaz d’échappement
Avec la suralimentation par turbosoufflante à gaz d’échappement, une grande partie de l’énergie
des gaz d’échappement perdue à proprement parler est utilisée pour l’entraînement du turbocompresseur.
A l’intérieur du turbocompresseur, une roue de turbine est entraînée par cette énergie des gaz
d’échappement, qui entraîne alors un arbre sur l’extrémité duquel est logée une roue de compresseur.
Cette roue de compresseur comprime l’air d’admission pour le moteur.
Poids
Par l’arrivée d’air d’admission comprimé, la puissance du moteur augmente. Les moteurs suralimentés
peuvent être construits et fabriqués de façon plus petite (Downsizing) et donc plus légère que des
moteurs à aspiration naturelle identiques en puissance. Cette économie de poids entraîne en plus une
réduction de la consommation de carburant.
Emissions de CO2
L’utilisation de systèmes actuels de suralimentation à turbocompresseur réduit les émissions de CO2
par un meilleur remplissage des cylindres avec le mélange air-carburant dans pratiquement tous les
états de service et garantit ainsi une combustion "plus propre".
Consommation
Toutes ces considérations cumulées créent les conditions de base préalables à une faible consommation.
Aujourd'hui, une amélioration des performances de moteurs à allumage commandé, comme celle qu’on
connaît par les débuts des turbocompresseurs, n’est plus la seule raison d’une suralimentation. De nos
jours et avec cette technique, c’est plutôt la réduction des émissions qui est au premier plan.
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