Pedeorelha | Comment fonctionnent les superchargeurs

Peter Tucker
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Photo gracieuseté de Superchargers Online
Ford Ranger avec un compresseur sous le capot. images de moteur de voiture.

-Depuis l'invention du moteur à combustion interne, les ingénieurs automobiles, les accros de la vitesse et les concepteurs de voitures de course ont cherché des moyens d'augmenter sa puissance. -Une façon d'ajouter de la puissance est de construire un moteur plus gros. Mais les moteurs plus gros, qui pèsent plus et coûtent plus cher à construire et à entretenir, ne sont pas toujours meilleurs.

Merci
Merci à Jeff Beckman pour son aide avec cet article.

Une autre façon d'ajouter de la puissance consiste à rendre un moteur de taille normale plus efficace. Vous pouvez accomplir cela en forçant plus d'air dans la chambre de combustion. Plus d'air signifie plus de carburant peut être ajouté, et plus de carburant signifie une plus grande explosion et une plus grande puissance. Ajout d'un compresseur est un excellent moyen de réaliser une induction à air forcé. Dans cet article, nous expliquerons ce que sont les suralimenteurs, comment ils fonctionnent et comment ils se comparent aux turbocompresseurs..

Un compresseur est tout appareil qui met sous pression l'admission d'air au-dessus de la pression atmosphérique. Les surpresseurs et les turbocompresseurs le font. En fait, le terme «turbocompresseur» est une version abrégée de «turbocompresseur», son nom officiel.

La différence entre les deux d-evices est leur source d'énergie. Les turbocompresseurs sont alimentés par le débit massique des gaz d'échappement entraînant une turbine. Les superchargeurs sont alimentés mécaniquement par un entraînement par courroie ou par chaîne à partir du vilebrequin du moteur.

Dans la section suivante, nous verrons comment un compresseur fait son travail.

Un moteur de base avec l'ajout d'un compresseur.

Un moteur à quatre temps ordinaire consacre un temps au processus d'admission d'air. Il y a trois étapes dans ce processus:

Le piston descend.
Cela crée un vide.
L'air à la pression atmosphérique est aspiré dans la chambre de combustion.

Une fois que l'air est aspiré dans le moteur, il doit être combiné avec du carburant pour former la charge - un paquet d'énergie potentielle qui peut être transformé en énergie cinétique utile par une réaction chimique connue sous le nom de la combustion. La bougie d'allumage déclenche cette réaction chimique en enflammant la charge. Lorsque le carburant subit une oxydation, une grande quantité d'énergie est libérée. La force de cette explosion, concentrée au-dessus de la culasse, entraîne le piston vers le bas et crée un mouvement de va-et-vient qui est finalement transféré aux roues.

Obtenir plus de carburant dans la charge entraînerait une explosion plus puissante. Mais vous ne pouvez pas simplement pomper plus de carburant dans le moteur car une quantité exacte d'oxygène est nécessaire pour brûler une quantité donnée de carburant. Ce mélange chimiquement correct - 14 parties d'air pour une partie de carburant - est essentiel pour qu'un moteur fonctionne efficacement. L'essentiel: pour mettre plus de carburant, vous devez mettre plus d'air.

C'est le travail du compresseur. Les superchargeurs augmentent l'admission en comprimant l'air au-dessus de la pression atmosphérique, sans créer de vide. Cela force plus d'air dans le moteur, fournissant un «coup de pouce». Avec l'air supplémentaire dans le boost, plus de carburant peut être ajouté à la charge et la puissance du moteur est augmentée. La suralimentation ajoute en moyenne 46% de puissance en plus et 31% de couple en plus. Dans les situations de haute altitude, où les performances du moteur se détériorent parce que l'air a une faible densité et une faible pression, un compresseur fournit de l'air à haute pression au moteur afin qu'il puisse fonctionner de manière optimale.

Contrairement aux turbocompresseurs, qui utilisent les gaz d'échappement créés par la combustion pour alimenter le compresseur, les surpresseurs tirent leur puissance directement du vilebrequin. La plupart sont entraînés par une courroie accessoire qui s'enroule autour d'une poulie reliée à un engrenage d'entraînement. L'engrenage d'entraînement, à son tour, fait tourner l'engrenage du compresseur. Le rotor du compresseur peut être de différentes conceptions, mais son travail consiste à aspirer l'air, à presser l'air dans un espace plus petit et à le décharger dans le collecteur d'admission..

Photo gracieuseté de Muscle Mustang
Compresseur centrifuge ProCharger D1SC

Pour pressuriser l'air, un compresseur doit tourner rapidement - plus rapidement que le moteur lui-même. Rendre le pignon d'entraînement plus grand que le pignon du compresseur fait tourner le compresseur plus rapidement. Les superchargeurs peuvent tourner à des vitesses allant de 50 000 à 65 000 rotations par minute (tr / min).

Un compresseur tournant à 50 000 tr / min se traduit par une augmentation d'environ six à neuf livres par pouce carré (psi). Cela représente six à neuf psi supplémentaires par rapport à la pression atmosphérique à une altitude particulière. La pression atmosphérique au niveau de la mer est de 14,7 psi, donc une poussée typique d'un compresseur place environ 50 pour cent plus d'air dans le moteur.

Au fur et à mesure que l'air est comprimé, il chauffe, ce qui signifie qu'il perd de sa densité et ne peut pas se dilater autant pendant l'explosion. Cela signifie qu'il ne peut pas créer autant d'énergie lorsqu'il est allumé par la bougie d'allumage. Pour qu'un compresseur fonctionne à son efficacité maximale, l'air comprimé sortant de l'unité de refoulement doit être refroidi avant d'entrer dans le collecteur d'admission. Le refroidisseur intermédiaire est responsable de ce processus de refroidissement. Les refroidisseurs intermédiaires sont disponibles en deux modèles de base: les refroidisseurs intermédiaires air-air et les refroidisseurs intermédiaires air-eau. Les deux fonctionnent comme un radiateur, avec de l'air ou de l'eau plus frais envoyés à travers un système de tuyaux ou de tubes. Lorsque l'air chaud sortant du compresseur rencontre les tuyaux plus froids, il se refroidit également. La réduction de la température de l'air augmente la densité de l'air, ce qui entraîne une charge plus dense entrant dans la chambre de combustion.

Ensuite, nous examinerons les différents types de suralimentateurs.

Photo courtoisie Shopper
Le compresseur Eaton, un compresseur Roots modifié.

Il existe trois types de suralimentateurs: Roots, bi-vis et centrifuges. La principale différence est la façon dont ils déplacent l'air vers le collecteur d'admission du moteur. Les racines et les superchargeurs à double vis utilisent différents types de lobes engrenant, et un compresseur centrifuge utilise une turbine qui aspire l'air. Bien que tous ces modèles fournissent un coup de pouce, leur efficacité diffère considérablement. Chaque type de compresseur est disponible en différentes tailles, selon que vous souhaitiez simplement donner un coup de pouce à votre voiture ou participer à une course.

Le compresseur de suralimentation Roots est la conception la plus ancienne. Philander et Francis Roots ont breveté la conception en 1860 comme une machine qui aiderait à ventiler les puits de mine. En 1900, Gottleib Daimler a inclus un compresseur Roots dans un moteur de voiture.

Compresseur Roots

Lorsque les lobes de maillage tournent, l'air emprisonné dans les poches entre les lobes est transporté entre le côté de remplissage et le côté de décharge. De grandes quantités d'air se déplacent dans le collecteur d'admission et «s'empilent» pour créer une pression positive. Pour cette raison, les superchargeurs Roots ne sont en réalité rien de plus que des soufflantes à air, et le terme «soufflante» est encore souvent utilisé pour décrire tous les suralimenteurs..

Photo avec l'aimable autorisation de Sport Truck
Un pick-up Ford des années 40 avec un compresseur Roots.

Les superchargeurs Roots sont généralement de grande taille et reposent sur le dessus du moteur. Ils sont populaires dans les muscle cars et les hot rods car ils dépassent du capot de la voiture. Cependant, ils sont le compresseur le moins efficace pour deux raisons: ils ajoutent plus de poids au véhicule et ils déplacent l'air en rafales discrètes au lieu d'un flux régulier et continu..

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Compresseur à deux vis

Un compresseur à deux vis fonctionne en tirant de l'air à travers une paire de lobes engrenant qui ressemblent à un ensemble d'engrenages à vis sans fin. Comme le compresseur Roots, l'air à l'intérieur d'un compresseur à deux vis est emprisonné dans des poches créées par les lobes du rotor. Mais un compresseur à deux vis comprime l'air à l'intérieur du boîtier du rotor. En effet, les rotors ont un cône conique, ce qui signifie que la taille des poches d'air diminue à mesure que l'air se déplace du côté de remplissage vers le côté de décharge. Au fur et à mesure que les poches d'air rétrécissent, l'air est pressé dans un espace plus petit.

Compresseur à deux vis

Cela rend les suralimenteurs à double vis plus efficaces, mais ils coûtent plus cher car les rotors à vis nécessitent plus de précision dans le processus de fabrication. Certains types de suralimentateurs à deux vis se trouvent au-dessus du moteur, comme le compresseur Roots. Ils font aussi beaucoup de bruit. L'air comprimé sortant de la sortie de décharge crée un gémissement ou un sifflement qui doit être maîtrisé avec des techniques de suppression du bruit.

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Compresseur centrifuge ProCharger D1SC

Un compresseur centrifuge alimente une turbine - un dispositif similaire à un rotor - à des vitesses très élevées pour aspirer rapidement de l'air dans un petit carter de compresseur. Les vitesses de la turbine peuvent atteindre 50 000 à 60 000 tr / min. Lorsque l'air est aspiré au niveau du moyeu de la roue, la force centrifuge le fait rayonner vers l'extérieur. L'air quitte la roue à grande vitesse, mais à basse pression. Un diffuseur - un ensemble d'aubes fixes qui entourent la roue - convertit l'air à haute vitesse et basse pression en air à basse vitesse et haute pression. Les molécules d'air ralentissent lorsqu'elles heurtent les aubes, ce qui réduit la vitesse du flux d'air et augmente la pression.

Compresseur centrifuge

Les superchargeurs centrifuges sont les plus efficaces et les plus courants de tous les systèmes à induction forcée. Ils sont petits, légers et se fixent à l'avant du moteur plutôt qu'au sommet. Ils émettent également un gémissement distinctif lorsque le moteur monte en régime - une qualité qui peut faire tourner les têtes dans la rue.

Photos avec l'aimable autorisation de Shopper
Le Monte Carlo et le Mini-Cooper S sont disponibles avec des suralimentateurs.

N'importe lequel de ces superchargeurs peut être ajouté à un véhicule en tant qu'amélioration après-vente. Plusieurs entreprises proposent des kits qui viennent avec toutes les pièces nécessaires pour installer un compresseur dans le cadre d'un projet de bricolage. Dans le monde des voitures amusantes et des coureurs de carburant, une telle personnalisation fait partie intégrante du sport. Plusieurs constructeurs automobiles incluent également des suralimentateurs dans leurs modèles de production.

Ensuite, nous découvrirons les avantages de la suralimentation de votre voiture.

Le plus grand avantage d'avoir un compresseur est l'augmentation de la puissance. Fixez un compresseur à une voiture ou un camion par ailleurs normal, et il se comportera comme un véhicule avec un moteur plus gros et plus puissant.

Mais que faire si quelqu'un essaie de choisir entre un compresseur et un turbocompresseur? Cette question est vivement débattue par les ingénieurs automobiles et les passionnés de voitures, mais en général, les suralimenteurs offrent quelques avantages par rapport aux turbocompresseurs..

Les superchargeurs ne souffrent pas de décalage - un terme utilisé pour décrire le temps qui s'écoule entre le conducteur enfonçant la pédale d'accélérateur et la réponse du moteur. Les turbocompresseurs souffrent de retard car il faut quelques instants avant que les gaz d'échappement atteignent une vitesse suffisante pour entraîner la roue / turbine. Les superchargeurs n'ont pas de temps de latence car ils sont entraînés directement par le vilebrequin. Certains suralimenteurs sont plus efficaces à bas régime, tandis que d'autres sont plus efficaces à régime plus élevé. Les racines et les superchargeurs à double vis, par exemple, fournissent plus de puissance à un régime plus bas. Les superchargeurs centrifuges, qui deviennent plus efficaces lorsque la roue tourne plus vite, fournissent plus de puissance à un régime plus élevé.

L'installation d'un turbocompresseur nécessite une modification importante du système d'échappement, mais les surpresseurs peuvent être boulonnés sur le dessus ou sur le côté du moteur. Cela les rend moins chers à installer et plus faciles à entretenir et à entretenir.

La configuration de base pour un avion avec un compresseur centrifuge ou un compresseur.

Enfin, aucune procédure d'arrêt spéciale n'est requise avec les suralimentateurs. Comme ils ne sont pas lubrifiés par l'huile moteur, ils peuvent être arrêtés normalement. Les turbocompresseurs doivent tourner au ralenti pendant environ 30 secondes avant l'arrêt pour que l'huile de graissage ait une chance de refroidir. Cela dit, un bon échauffement est important pour les suralimentateurs, car ils fonctionnent le plus efficacement à des températures de fonctionnement normales..

Les superchargeurs sont des ajouts courants aux moteurs à combustion interne des avions. Cela a du sens si l'on considère que les avions passent la plupart de leur temps à haute altitude, où beaucoup moins d'oxygène est disponible pour la combustion. Avec l'introduction des suralimentateurs, les avions ont pu voler plus haut sans perdre les performances du moteur.

Les superchargeurs utilisés avec les moteurs d'avion fonctionnent exactement comme ceux des voitures. Ils tirent leur puissance directement du moteur et utilisent un compresseur pour souffler de l'air sous pression dans la chambre de combustion. L'illustration ci-dessus montre la configuration de base d'un avion suralimenté.

Nous découvrirons ensuite quelques inconvénients des suralimentateurs.

Le meilleur des deux mondes
Volkswagen a récemment sorti un moteur "Twincharger" sur une Golf GT. Le Twincharger est livré avec un compresseur et un turbocompresseur. À bas régime du moteur, le compresseur envoie de l'air dans les cylindres pour améliorer le couple à bas régime. À régime élevé, lorsque les gaz d'échappement ont été produits en quantité suffisante, le turbocompresseur intervient pour augmenter les performances haut de gamme. La GT, qui n'est disponible qu'en Europe, atteint 100 km / h en 7,9 secondes. Il peut également atteindre 136 miles par heure tout en livrant 39 miles par gallon.

Le plus gros inconvénient des suralimenteurs est également leur caractéristique déterminante: parce que le vilebrequin les entraîne, ils doivent voler une partie de la puissance du moteur. Un compresseur peut consommer jusqu'à 20 pour cent de la puissance totale d'un moteur. Mais comme un compresseur peut générer jusqu'à 46% de puissance supplémentaire, la plupart pensent que le compromis en vaut la peine..

La suralimentation met une pression supplémentaire sur le moteur, qui doit être puissant pour gérer la poussée supplémentaire et les explosions plus importantes. La plupart des fabricants en tiennent compte en spécifiant des composants lourds lorsqu'ils conçoivent un moteur destiné à une utilisation suralimentée. Cela rend le véhicule plus cher. Les superchargeurs coûtent également plus cher à entretenir, et la plupart des fabricants suggèrent un gaz de qualité supérieure à indice d'octane élevé.

Malgré leurs inconvénients, les superchargeurs restent le moyen le plus rentable d'augmenter la puissance. Les superchargeurs peuvent entraîner des augmentations de puissance de 50 à 100%, ce qui les rend parfaits pour la course, le remorquage de charges lourdes ou simplement pour ajouter de l'excitation à l'expérience de conduite typique.

Pour en savoir plus sur les superchargeurs et les sujets connexes, consultez les liens sur la page suivante.