supercharger thumbnail

différents types de superchargeurs (et comment ils fonctionnent)

supercharger thumbnail

Les moteurs à combustion interne, comme vous le savez bien, ont besoin de carburant et d’air pour fonctionner. Le carburant est stocké dans le réservoir de carburant et doit être renouvelé régulièrement. L’air est abondamment fourni par l’atmosphère qui nous entoure et nous parvient à une pression au niveau de la mer de 14,7 lb/pi2.

Cela fonctionne très bien, mais c’est toute la pression que vous obtiendrez pour pousser l’air dans votre moteur. Vous obtiendrez encore moins (accompagné d’une puissance également moindre) lorsque vous gravirez le Continental Divide sur un col de haute montagne dans l’un des nombreux États de l’Ouest.

Si seulement nous pouvions augmenter cette pression. Si seulement nous pouvions écraser plus d’air dans le moteur de notre véhicule avec plus de carburant. Ahhh. . . le compresseur. Ces appareils remarquables peuvent comprimer plus d’air dans le système d’admission du moteur de votre voiture et, avec la bonne quantité de carburant, augmenteront ainsi la puissance du moteur de 50 à 75 %.

Qu’est-ce qu’un compresseur ? Comment le compresseur (parfois appelé soufflante ou compresseur) a-t-il vu le jour ? Combien de types de superchargeurs existe-t-il ? Répondons à ces questions.

Qu’est-ce qu’un Supercharger ?

comment fonctionne un compresseur

Un compresseur est un dispositif alimenté par un moteur (ou un moteur électrique) qui augmente le débit d’air vers le moteur, augmentant ainsi la puissance de ce moteur. Depuis les premiers stades du développement des moteurs à combustion interne pour propulser les automobiles, les camions et, oui, les avions, les compresseurs font partie de l’histoire.

La raison en est assez évidente. La suralimentation est un moyen relativement simple d’augmenter considérablement la puissance de presque toutes les conceptions de moteurs à combustion interne, qu’ils soient à deux temps ou à quatre temps, à essence ou diesel . Quel ingénieur pratique ou propriétaire de voiture enthousiaste pourrait résister à une telle tentation ?

Jetons un coup d’œil aux types de compresseurs, comment ils ont vu le jour et comment ils fonctionnent pour augmenter considérablement le débit d’air vers un moteur.

Types de superchargeurs

#1 – Souffleur de racines

roots supercharger
Compresseur de type Roots sur une Mustang GT 2017 ( Crédit )

Remontons dans l’histoire à une époque où les moyens de transport de la plupart des gens nécessitaient de gros quadrupèdes pour la puissance. En 1860, les frères Roots ont conçu et breveté un appareil de ventilation mécanique destiné aux hauts fourneaux et à plusieurs autres applications. Ce fut l’une des premières tentatives de construction d’un ventilateur volumétrique relativement efficace.

Il utilisait deux roues à trois lobes à engrènement montées sur un arbre parallèle. Il s’est avéré très efficace pour déplacer de grands volumes d’air.

Le ventilateur Roots a progressé rapidement et est apparu pour la première fois dans une conception de moteur brevetée par Gottlieb Daimler vers 1885. Son utilisation dans les automobiles de production s’est produite pour la première fois vers 1921 avec des voitures de luxe allemandes fabriquées par Mercedes.

Ces premiers compresseurs se sont avérés capables d’ajouter jusqu’à 30 à 40% d’augmentation de la puissance du moteur avec peu d’autres changements aux moteurs de cette époque.

Les designs Daimler sont rapidement devenus populaires pour les véhicules de rue et de course. Mercedes, Alfa Romeo et Bugatti viennent à l’esprit pour les succès en course utilisant cette technologie.

La conception du ventilateur Roots a été améliorée par General Motors (Detroit Diesel) principalement pour les moteurs de camion diesel à deux temps à la fin des années 1930. Ces soufflantes ont ensuite été souvent appliquées aux moteurs de course automobile.

De telles applications sont encore répandues aujourd’hui. Au niveau de la piste d’accélération, par exemple, il est courant de voir des dragsters utilisant des compresseurs de type Roots perchés sur d’énormes moteurs.

#2 – Compresseur à vis

compresseur à double vis
Compresseur à double vis dans une Mustang GT 2015 ( crédit )

Suivant la voie tracée par les frères Roots, en 1878, le designer allemand Heinrich Krigar fait breveter le compresseur à vis. Semblable au ventilateur Roots, il utilisait deux arbres parallèles mais était capable de produire une augmentation de pression beaucoup plus élevée grâce à la forme de vis de ses rotors.

Cependant, la complexité de la fabrication a retardé sa large utilisation industrielle et automobile pendant plusieurs décennies.

Un ingénieur suédois, Alf Lysholm, au milieu des années 1930, a apporté des technologies de fabrication essentielles qui ont réduit le coût de la conception de la vis. Ce type de compresseur a rapidement trouvé une niche dans le monde de la climatisation et dans d’autres industries où des sorties haute pression très efficaces étaient requises.

Dans le monde automobile, les compresseurs à vis sont parfois appelés aujourd’hui compresseurs à double vis.

#3 – Superchargeur centrifuge

compresseur centrifuge
Compresseur centrifuge dans une Dodge Challenger R/T 2012 ( Crédit )

Le troisième type de compresseur est le centrifuge. Au début des années 1900, le designer français Louis Renault a breveté le premier compresseur centrifuge à usage automobile. En l’espace d’environ trois ans, le constructeur américain de voitures de course, Lee Chadwick, a repris le design de Renault, a empilé trois étages (trois rotors) et a commencé une carrière couronnée de succès en pilotant de puissantes voitures de course de côte.

Les surpresseurs centrifuges d’aujourd’hui n’utilisent qu’une seule turbine avec des aubes incurvées complexes montées à l’intérieur d’un boîtier en forme de volute. L’air pénètre dans la roue à proximité du centre du logement. La roue à aubes en rotation l’élingue au passage extérieur du boîtier en augmentant la vitesse de l’air.

L’air est ensuite acheminé à travers un diffuseur de diamètre croissant qui ralentit le débit et augmente la pression. Cet air à haute pression est ensuite forcé à travers le système d’induction vers le moteur.

Un avantage majeur de ce type de compresseur est sa relative simplicité. Il a essentiellement une pièce mobile, la roue. La roue tourne à l’intérieur d’un boîtier avec des jeux relativement importants, ce qui rend son coût de fabrication raisonnablement faible.

Tous ces types de compresseurs sont directement entraînés par le moteur. L’utilisation d’un système d’entraînement par engrenages ou d’un entraînement par courroie beaucoup plus simple permet à la vitesse du compresseur et donc à la suralimentation d’augmenter proportionnellement à l’augmentation de la vitesse du moteur.

La pression de sortie vers le moteur peut varier en fonction des besoins en énergie du conducteur grâce à l’utilisation d’une soupape de dérivation qui s’ouvre lorsque la surpression doit être évacuée. Les sorties de débit d’air de ces compresseurs sont modulées de concert avec le débit d’injection de carburant par le module de commande du groupe motopropulseur (PCM) du véhicule.

Les automobiles de production qui ont bénéficié de la technologie de suralimentation comprennent les Studebakers historiques du début des années 50 utilisant des soufflantes Paxton, les Ford Shelby Mustangs et les automobiles à moteur semi-moteur Dodge populaires.

En utilisant des compresseurs à vis compacts, certains des véhicules de rue Dodge produisent facilement plus de 800 BHP. Un pied droit prudent est de mise avec l’une de ces voitures étonnantes.

#4 – Superchargeur à entraînement électrique

compresseur électrique
Compresseur électrique sur la Mazda Miata 2017 ( Crédit )

Un quatrième type de compresseur qui fait son apparition est à entraînement électrique. Chacune des trois configurations de soufflante décrites ci-dessus peut être entraînée par un moteur à courant continu à aimant permanent très efficace. Cette disposition permet aux vitesses de suralimentation d’être continuellement ajustées aux besoins en air du moteur par le PCM du véhicule.

Un moteur électrique pour faire tourner les pièces internes du compresseur est un système d’entraînement beaucoup plus simple que les courroies ou engrenages complexes utilisés dans les entraînements mécaniques. Cela pourrait potentiellement être une réduction des coûts et une amélioration de la fiabilité par rapport aux anciens compresseurs à entraînement mécanique.

Comment la suralimentation a profité à l’industrie aéronautique

Bien que coûteuses en dollars et tragiques en termes d’horribles pertes humaines, les guerres ont été le terrain d’essai de nombreuses avancées technologiques. C’est également vrai avec la suralimentation.

La Seconde Guerre mondiale a vu le besoin croissant d’avions capables d’atteindre des altitudes élevées. Les aéronefs à moteur à pistons à aspiration normale ne pouvaient pas fonctionner efficacement dans les airs raréfiés bien au-dessus de 20 000 pieds.

Les superchargeurs sont devenus courants dans ces chasseurs et bombardiers en temps de guerre permettant des altitudes allant jusqu’à 50 000 pieds. Avec de telles altitudes, la vitesse et la portée des avions ont également été grandement améliorées.

Les moteurs sous les superchargeurs

La suralimentation peut augmenter les pressions de combustion et les sorties de puissance de nombreux types de moteurs différents. Ces augmentations de pression et de puissance seront toujours accompagnées de températures moteur et de charges structurelles internes nettement plus élevées.

Les concepteurs ont dû compenser cela par un refroidissement et une lubrification améliorés du moteur, une métallurgie améliorée pour les carters de moteur et les pièces internes ainsi que des carburants de qualité supérieure. Ces avancées technologiques ont été transmises aux voitures et aux camions que nous conduisons aujourd’hui.

Leave a Reply

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *