Comment les suralimentateurs augmentent l'efficacité et les performances du moteur

Qu'est-ce qu'un suralimentateur ?

Un suralimentateur est un composant mécanique utilisé dans les moteurs à pistons pour pomper de l'air sous pression dans le collecteur d'admission via un compresseur ou une soufflante. Cette surpression augmente la quantité d'air admise dans le cylindre pendant la course d'admission.

Les suralimentateurs permettent au moteur de brûler plus de carburant et de produire plus de travail, chaque cycle d'admission apportant davantage d'oxygène. Ces dispositifs sont entraînés mécaniquement par un engrenage, une courroie, un arbre ou une chaîne reliée au vilebrequin du moteur.

C'est là qu'un autre composant présente un avantage : le turbocompresseur. Bien que le terme « supercharger » soit parfois utilisé pour les deux, le turbocompresseur (ou turbosuralimentateur) utilise une turbine actionnée par les gaz d'échappement en fin de cycle de combustion.

L'une des différences fondamentales réside donc dans la source d'énergie : le suralimentateur est entraîné par le vilebrequin, tandis que le turbocompresseur exploite l'énergie des gaz d'échappement.

Comme tout dispositif de suralimentation, la fonction principale du suralimentateur est d'augmenter l'air entrant dans le collecteur d'admission, permettant ainsi de brûler plus de carburant et d'augmenter la puissance.

Types de suralimentateurs

Voici les principaux types utilisés sur les moteurs automobiles :

Suralimentateurs centrifuges

Ces suralimentateurs s'intègrent facilement dans les installations aftermarket. Ils utilisent un compresseur centrifuge à rapport variable, doté d'une poulie à variation continue montée sur un compresseur conventionnel.

Sur les moteurs en V, les suralimentateurs d'origine sont généralement logés dans la vallée du V, ce qui favorise un encombrement plus long, plus bas et plus étroit.

Suralimentateurs Roots

Les suralimentateurs Roots sont les plus répandus. Leur conception repose sur deux arbres contrarotatifs à lobes qui refoulent l'air à travers les arbres. L'air entre généralement par le haut et sort par le bas.

Suralimentateurs à double vis (Twin-screw)

Ces modèles compriment l'air d'une extrémité à l'autre du boîtier, offrant un flux continu et une efficacité thermique supérieure aux modèles Roots.

Principe de fonctionnement

Le fonctionnement diffère selon les trois types principaux : centrifuge, Roots et twin-screw. Leur différence réside dans la manière de pressuriser l'air vers le collecteur d'admission.

Les modèles centrifuges utilisent une turbine qui aspire l'air, tandis que les types Roots et twin-screw emploient des lobes engrenants. Tous récupèrent leur puissance de rotation du vilebrequin et offrent un niveau de suralimentation variable.

Le suralimentateur Roots, le plus ancien (breveté en 1860 par Philander et Francis Roots pour la ventilation de mines), a été adapté aux moteurs automobiles en 1900 par Gottlieb Daimler.

Dans un Roots, les lobes engrenants piègent l'air dans des poches entre le côté admission et le côté refoulement. De grandes quantités d'air affluent dans le collecteur et s'accumulent pour créer une surpression positive.

Le suralimentateur Roots est généralement placé au sommet du moteur en raison de son volume. C'est le moins efficace des trois : il alourdit le véhicule et fournit l'air par à-coups plutôt qu'en flux continu.

Similitudes et différences entre suralimentateur et turbocompresseur

Les deux augmentent la puissance du moteur et possèdent un compresseur qui force l'air dans le collecteur d'admission. Leur finalité est identique.

La différence tient à la source d'énergie : le suralimentateur utilise la puissance mécanique du vilebrequin (via engrenage, courroie ou chaîne), alors que le turbocompresseur exploite l'énergie des gaz d'échappement. Le turbocompresseur est donc un suralimentateur à turbine.

Lequel est meilleur ? Les deux peuvent améliorer le rendement énergétique et la puissance, chacun avec ses avantages et inconvénients. Le turbocompresseur récupère une énergie gratuite (gaz d'échappement), mais augmente la contre-pression d'échappement, ce qui charge légèrement le moteur. Cette charge reste inférieure à celle d'un suralimentateur.

Le suralimentateur impose une charge mécanique bien plus élevée en raison de son volumineux compresseur, pouvant absorber jusqu'à 900 ch sur un moteur de 7 500 ch.

Son atout : une réponse quasi instantanée, sans le « turbo lag » des turbocompresseurs qui attendent une pression d'échappement suffisante. C'est pourquoi les suralimentateurs sont encore utilisés, bien que la plupart des constructeurs privilégient les turbos pour ne pas gaspiller la puissance du vilebrequin.

Le twincharging (double suralimentation)

Le twincharging combine un suralimentateur à courroie et un turbocompresseur à gaz d'échappement. Un système complexe de soupapes de dérivation et d'embrayage électromagnétique permet : à bas régime, le suralimentateur assure la suralimentation ; à mi-régime, les deux systèmes fonctionnent ensemble ; à haut régime, le suralimentateur est désengagé. Cette association élimine les inconvénients de chaque système.

Avantages et inconvénients des suralimentateurs

Avantages

• Excellente atomisation du carburant
• Mélange air/carburant optimal
• Puissance accrue
• Meilleur balayage des gaz
• Couple favorable sur toute la plage
• Combustion douce et complète
• Utilisation de carburants à faible indice d'octane
• Réduction des fumées d'échappement
• Amélioration du rendement mécanique
• Démarrage à froid facilité
• Accélération franche
• Réponse immédiate à la demande de puissance

Inconvénients

• Augmentation de la charge gazeuse
• Pertes thermiques accrues par turbulence
• Besoins de refroidissement élevés
• Contraintes thermiques accrues
• Tendance au cliquetis accrue sur moteurs à allumage commandé

En conclusion, le suralimentateur reste un dispositif majeur pour booster la puissance des moteurs à pistons. Nous avons défini son rôle, ses types, son fonctionnement et comparé avec le turbocompresseur.