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{{ébauche|mécanique}}
{{Voir homonymes|Turbo}}
[[Image:TurboRenaultMagnum.jpg|thumb|right|250px|Turbocompresseur sur un moteur de poids lourd
(Renault Magnum)]]
 
En [[génie mécanique]], la '''suralimentation''' est un procédé qui vise à augmenter la puissance d'un [[moteur à combustion interne]], sans augmenter sa vitesse de rotation, et de réduire sa consommation de carburant.
Un '''turbocompresseur''' est un organe annexe d’un moteur à combustion interne à allumage commandé ou par compression (Diesel), destiné à augmenter la pression des gaz admis, permettant un meilleur remplissage des cylindres en air. Ce type de [[Compresseur mécanique|compresseur]] est entraîné par une [[turbine]] animée par les [[gaz d'échappement]], qui cèdent ainsi une partie de leur [[énergie cinétique]], sans consommer de couple sur l'arbre moteur.
 
== Théorie de la suralimentation ==
== Histoire ==
Le principe de la [[suralimentation]] des moteurs thermiques à combustion interne a été proposé dès les premiers développements de ces moteurs. [[Louis Renault]] dépose en 1902 un brevet sur le principe de suralimentation par ventilateur ou compresseur, qu'il utilise en compétition, mais qui n'est pas encore défini comme un turbocompresseur<ref>Martin (Joseph) & Wauters (Pierre), ''Installations thermiques motrices'', ''Chapitre 5, les moteurs à combustion interne'', p 189., Presses Universitaires de Louvain, 2009. {{ISBN|978-2-87463-161-0}}</ref>.
* Le {{date|13|novembre|1905}} le brevet du principe du turbocompresseur est concédé à l’ingénieur suisse [[Alfred Büchi]], par la ''Deutsches Reischspatent'' (DRP), et le {{date|16|novembre|1905}} un autre pour son application au moteur à explosion<ref>Brevets numéro DE204630A et CH35259A, ''Der Abgasturbolader'', [http://www.deutsches-patentamt.de/index.html Deutsches Patent und Markenamt], [http://depatisnet.dpma.de/DepatisNet/depatisnet?action=pdf&docid=DE000000204630A Le brevet 204630 en pdf], [http://www.dpma.de/docs/service/klassifikationen/ipc/auto_ipc/ch35259a.pdf Le brevet 35259 en pdf]</ref>. Il s'agissait d'un compresseur centrifuge entraîné cette fois par les gaz d'échappement.
* Une des premières applications a été l'adaptation par l’ingénieur [[Auguste Rateau]] du turbocompresseur sur le moteur ''Renault 12 Fe'', un V12 de {{nombre|320|ch}} équipant l'avion de reconnaissance [[Breguet XIV|Breguet XIV A2]] pendant la [[guerre de 1914-1918]]<ref>Hartmann (Gérard), HydroRétro.net, ''Les Moteurs d'aviation Renault'', in Dossiers historiques et techniques, aviation française, 2009. [http://www.hydroretro.net/etudegh/renault.pdf Article pdf]</ref>.
 
Pour augmenter la puissance d'un moteur, on peut agir sur sa vitesse de rotation ou sur son couple.
Cette technique de suralimentation est très souvent appliquée aux moteurs des [[Course automobile|automobiles de course]]. Elle est, en revanche, interdite dans certaines disciplines ([[Formule 1]]), après y avoir fait la loi pendant quelques années.
 
L'accroissement de la vitesse de rotation d'un moteur est vite limité par l'inertie des pièces en mouvement et les limites de la résistance au frottement des métaux qui le composent, de plus celle-ci se fait généralement au détriment de la fiabilité.
Au {{s-|XXI|e}}, ce principe est largement répandu sur les [[moteur diesel|moteurs Diesel]] modernes (JTD et JTDm pour le groupe Fiat, TDI pour le groupe Volkswagen, HDI pour Peugeot-Citroën, CRDI pour Kia, CDTI pour Opel, TDCI pour Ford, DTI puis DCI pour Renault-Nissan) et dans une moindre mesure sur les moteurs à essence ([[PSA/BMW EP (moteur)|THP]] pour Peugeot-Citroën, TCE pour Renault-Nissan, TSI pour le groupe volkswagen et MultiAir pour le groupe Fiat).
 
On peut donc augmenter le couple moteur par l'adjonction d'un dispositif de suralimentation. Celui-ci peut-être un [[turbocompresseur]], pompe entraînée par les gaz d'échappement et insufflant de l'air sous pression dans les cylindres. Ou un [[compresseur mécanique#Milieu Automobile|compresseur]] qui est lui entraîné directement par le moteur.
Ce type de compresseur récupère une partie de l’énergie cinétique et de l'énergie thermique contenues dans les gaz d'échappement, donc de l'enthalpie de ces gaz.
 
C'est ce que l'on nomme la suralimentation (moteur suralimenté).
== Fonctionnement ==
[[Fichier:Turbocharger.jpg|thumb|right|300px|Turbocompresseur en coupe, avec illustration des différentes parties et températures par couleurs]]
 
Le couple moteur dépend de l'angle formé entre la [[bielle (mécanique)|bielle]] et le [[vilebrequin (moteur)|vilebrequin]], la pression des gaz à l'intérieur du cylindre, nommée [[Pression moyenne effective]] (ou PME) et celle de la quantité de carburant introduite.
Le rendement d'un moteur thermique est en fonction de son rapport volumétrique ; le taux de compression à l'intérieur du cylindre. Plus le rapport volumétrique est élevé, meilleur est le rendement. Et ce avec pour limite le phénomène d'auto-allumage (ou cliquetis), qui, au-delà d'une certaine pression, entraîne une chute des rendements.
Lorsqu'on augmente la quantité de carburant introduite dans le cylindre, il faut aussi augmenter proportionnellement la masse d'air,(comburant) pour assurer une combustion complète de ce carburant. C'est donc le rôle de la suralimentation.
 
== Contrainte ==
Une [[turbine]] placée dans le [[flux]] des gaz d’échappement sortant du moteur est entraînée à grande vitesse (partie rouge sur la photo), elle est reliée par un [[Arbre (mécanique)|arbre]] à un [[compresseur mécanique|compresseur]] placé dans le conduit d’admission du moteur (partie bleue). Ce compresseur de type centrifuge aspire et comprime l’air ambiant, l’envoie dans les cylindres, en passant éventuellement par un [[échangeur air/air]] (''intercooler'') ou plus rarement air/eau pour le refroidir, pour les deux raisons suivantes :
La masse d'air contenue dans un cylindre donné doit être proportionnelle à la pression et inversement proportionnelle à sa température absolue.
# la compression échauffe les gaz, et la température de ces gaz est aussi l'un des principaux facteurs entraînant l'auto-allumage.
Lorsque l'air est mis sous pression, sa température augmente et sa densité est modifiée, il est donc conseillé d'installer un échangeur air-air de manière a refroidir l'air et ainsi récupérer une densité optimale pour pouvoir obtenir le meilleur rendement possible de celui-ci.
# un gaz chaud étant moins dense qu'un gaz froid, il contient moins de molécules d'oxygène à un volume identique. On pourra donc brûler moins de carburant et les gains liés au turbo seront moindres.
 
C'est ce que l'on nomme en anglais le dispositif ''intercooler'' ou [[échangeur air/air]] (refroidissement ou réchauffement de l'air admis dans les cylindres d'un moteur suralimenté).
Le fait d’envoyer l’air comprimé dans les cylindres permet d’améliorer le remplissage de ces derniers, qui sinon se remplissent par dépression, et permet donc d’augmenter sensiblement la quantité du mélange air/carburant. La puissance du moteur s'accroît tout en diminuant sa consommation. On obtient ainsi la même puissance qu'un moteur de cylindrée supérieure, tout en réduisant les pertes mécaniques liées aux grandes cylindrées.
 
== Voir aussi ==
== Avantages/Inconvénients ==
=== Articles connexes ===
[[Fichier:Honda CX 500 turbo.JPG|thumb|right|300px|La Honda CX 500 turbo, une des seules moto à turbocompresseur commercialisées.]]
* [[Turbocompresseur]]
Avantages :
 
* Un turbocompresseur est plus compact, plus léger, et plus facile à installer qu’un compresseur classique entraîné par l'arbre de sortie moteur.
 
* Un turbocompresseur se montre très à l'aise dans les hauts régimes du moteur, là où l'efficacité d'un compresseur mécanique se dégrade sensiblement.
 
* De plus, il exploite l'énergie cinétique des gaz d'échappements (vouée à être dissipée) pour comprimer les gaz d’admission, au lieu de prélever une part de l'énergie du moteur comme le fait un compresseur mécanique.
 
Inconvénients :
 
* L'énergie utilisée par le turbocompresseur n'est pas totalement gratuite, car il gêne le passage des gaz d'échappement.
 
* Il n'est efficace qu'au-delà d'un certain régime moteur, contrairement au compresseur mécanique dont l'efficacité commence dès les plus bas régimes.
 
* Lors d'un coup d'accélérateur, le turbocompresseur peut manifester un certain « temps de réponse », laps de temps où la quantité de gaz d'échappement ne suffit pas encore à faire tourner la turbine du turbocompresseur au régime idéal. Cet inconvénient est absent des compresseurs mécaniques.
 
=== Précautions d'emploi ===
 
Un turbocompresseur est soumis principalement à deux contraintes : la [[friction]] de l'axe de turbine, et la température des gaz d'échappement.
 
Afin de préserver cet élément de l'usure et le refroidir, le turbocompresseur partage avec le moteur le même système de [[lubrification]] par huile. Cette caractéristique a pour inconvénient de stopper la lubrification du turbocompresseur lors de l'arrêt du moteur, car la pompe à huile n'est plus entraînée, ce qui à la longue va endommager le dispositif. En effet, l'huile alors présente entre l'axe et le palier de turbine se met à chauffer de manière excessive, car la température dans la turbine peut s'élever à 1000&nbsp;°C, voire plus. Il se crée alors un résidu néfaste, composé de corps solides très abrasifs qui vont produire un jeu excessif à la longue. De plus la turbine, encore entraînée par son [[inertie]], n'est plus ni lubrifiée ni refroidie, et peut alors casser du fait de contraintes thermiques et mécaniques trop importantes. Cela concerne n'importe quel turbocompresseur, car ils fonctionnent tous selon ces mêmes principes de base.
 
Par conséquent, il est conseillé de laisser le moteur tourner au ralenti pendant environ une à trois minutes avant de couper le contact, afin que la turbine interne voie sa vitesse de rotation chuter. La lubrification du moteur, donc du turbocompresseur, continue de s'effectuer et de dissiper la chaleur du système. Si cette procédure, si souvent oubliée par le néophyte, ne peut parfois pas être réalisée, ne serait-ce qu'à cause du temps requis pour sa mise en œuvre, un équipement de seconde monte peut être installé par un spécialiste en accessoires automobiles : un ''[[turbo timer]]'', qui aura pour charge de stopper le moteur une fois le turbo convenablement refroidi seulement, même si le contact est coupé à la clef.
 
Certains constructeurs automobiles, dont BMW ou PSA, équipent leurs moteurs d'un système permettant à une pompe à eau électrique de fonctionner, même après l'extinction du moteur. Celle-ci est présente notamment sur le moteur [[PSA/BMW EP (moteur)|1.6L PSA/BMW]], qui équipe des petites sportives comme la Mini Cooper S, ou la Peugeot 207 RC.
 
== Autre signification ==
Un turbocompresseur est un compresseur, centrifuge ou axial, entraîné par une turbine alimentée soit par de la vapeur (turbine vapeur), soit par un autre gaz (turbine à gaz), ou soit par la détente d'un gaz (turbine de détente).
 
== Vitesse du turbocompresseur ==
Un turbocompresseur peut atteindre une vitesse rotative d'environ {{nombre|250000|tr/min}}.
Mais son régime moyen se situe entre {{nombre|100000|tr/min}} et {{nombre|200000|tr/min}}.
À l'heure actuelle la plus grande vitesse atteinte est de {{nombre|287000|tr/min}} dans une Smart diesel (Informations GARRET).
 
== Articles connexes ==
* [[Moteur à combustion interne]]
* [[Compresseur mécanique]]
* [[Honeywell]]
 
== Notes et références ==
<references/>
 
=== Liens externes ===
{{Portail|Génie mécanique|automobile|camion}}
{{Autres projets|wiktionary = suralimentation}}
* [http://www.bancmoteur.com Site offrant une explication ludique des notions de puissance et de couple moteur]
* [http://absolutecars.free.fr/suralimentation.htm Pour tout savoir sur l'histoire de la suralimentation]
 
[[Catégorie:Dispositif{{Portail|Génie mécanique]]|automobile}}
[[Catégorie:Organe d'un moteur à explosion]]
[[Catégorie:Compresseur]]
 
[[Catégorie:Moteur à combustion interne]]
{{Lien BA|de}}
 
[[afca:Turbo-aanjaerSobrealimentació]]
[[de:Motoraufladung]]
[[ar:شاحن توربيني]]
[[en:Forced induction]]
[[bg:Турбокомпресор]]
[[es:Sobrealimentación]]
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[[nn:Turboladar]]
[[no:Turbo]]
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[[pt:Turbo]]
[[ro:Grup de turbosupraalimentare]]
[[ru:Турбонаддув]]
[[simple:Turbocharger]]
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[[sv:Turbo]]
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[[tr:Turboşarj]]
[[zh:渦輪增壓器]]
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