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Auteur(s)
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Bernard BESSON : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure des Arts et Métiers et de l’École Nationale Supérieure du Pétrole et des Moteurs - Directeur Scientifique à la société Moteur Moderne
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La suralimentation est un procédé qui consiste, par une compression préalable, à élever la masse volumique de l’air à l’admission des moteurs alternatifs pour en augmenter la puissance spécifique (puissance par litre de cylindrée moteur) et également les puissances volumique et massique (puissance par dm3 ou kg de moteur).
Parmi les différents procédés existants, la suralimentation volumétrique est caractérisée par l’utilisation d’une machine volumétrique (ou pompe à air) entraînée mécaniquement par le moteur, dont le débit-volume théorique aspiré est proportionnel au régime (débit-volume aspiré par tour constant).
Les premières tentatives de suralimentation volumétrique à l’aide de compresseurs alternatifs à pistons datent du début du XX e siècle. Aux environs de 1910, Marius Berliet effectue des essais de suralimentation à l’aide d’un cylindre de précompression. La suralimentation volumétrique connaît son grand développement entre les années 20 et 40 ; c’est l’ère du compresseur, le compresseur alternatif à pistons étant alors remplacé par le compresseur à pistons rotatifs (type Roots) ou le compresseur à palettes (type Zoller).
La suralimentation volumétrique est appliquée à cette époque sur les moteurs d’avion pour compenser la perte de puissance en altitude due à la diminution de la pression atmosphérique, sur les voitures de course et les voitures de tourisme de prestige pour en augmenter les performances, et sur les moteurs deux temps pour réaliser le balayage. La suralimentation par compresseur entraîné fut appliquée, pour la première fois à l’automobile, dans le domaine de la compétition par la société Fiat. Par la suite, tous les constructeurs de voitures de sport et de course d’avant‐guerre l’ont adoptée : Alfa‐Romeo, Auto‐Union, Bentley, Bugatti, Delage, Maserati, Mercedes‐Benz, etc. Après la Seconde Guerre mondiale, la suralimentation volumétrique est utilisée quelque temps sur les gros moteurs diesels, puis disparaît progressivement, remplacée par la turbosuralimentation, sauf sur les moteurs deux temps. Dans le domaine de l’automobile, la suralimentation, quelle qu’elle soit, disparaît rapidement du fait de règlements sportifs défavorables.
Ces dix dernières années ont vu le renouveau de la suralimentation à travers le développement de turbocompresseurs adaptés aux cylindrées automobiles. Cependant, les avantages spécifiques de la suralimentation volumétrique et le développement de compresseurs performants et adaptés sont à l’origine de nombreux travaux actuellement menés par les constructeurs dans ce domaine. La voiture Lancia Trévi‐Volumex est actuellement équipée d’un moteur suralimenté par un compresseur à pistons rotatifs type Roots et la Volkswagen Polo G‐40 utilise un nouveau principe, le compresseur à spirale.
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Architecture et types de compresseurs4. Aspects technologiques des compresseurs volumétriques
4.1 Compresseur à lobes
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Compresseur Roots
Le compresseur à lobes le plus largement connu est le compresseur Roots. Il est composé de deux lobes à deux dents à profils conjugués tournant dans un carter (figure 12) dont la section est formée par deux portions de cercle. Les deux lobes sont entraînés en rotation par un engrenage placé à l’extérieur de la chambre du compresseur qui assure en même temps la synchronisation. Le graissage des pignons est réalisé soit par un niveau d’huile, soit par une circulation à partir du graissage moteur. L’entraînement et la synchronisation des lobes par un engrenage permet de supprimer tout contact entre les lobes et entre ceux‐ci et le carter, et donc toute lubrification interne.
De part sa conception, ce type de compresseur ne présente pas de possibilité de variation interne du volume d’air transvasé. Il est donc sans compression interne.
Le compresseur présente un rendement mécanique très élevé (les pertes mécaniques sont limitées aux pertes dans les roulements de paliers et dans l’engrènement des pignons d’entraînement) et une possibilité de fonctionnement à haut régime.
Par contre, les jeux entre les lobes et entre ceux‐ci et le carter (jeux radial et axial) sont à l’origine de fuites internes importantes. Les fuites étant proportionnelles au temps alors que le débit théorique est proportionnel au régime de rotation, le rendement volumétrique du compresseur Roots est de ce fait relativement faible surtout à bas régime et à rapport de pression élevé.
À titre d’exemple, les caractéristiques courantes sont les suivantes :
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régime de rotation : 10 000 tr/min et plus, suivant les dimensions ;
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rapport de pression : possible jusqu’à 1,7 ou 1,8 mais à limiter vers 1,5-1,6 pour conserver des performances acceptables ;
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rendement volumétrique : 0,75 à 0,85 suivant le régime, la pression et la qualité de construction ;
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rendement adiabatique : de l’ordre du rendement adiabatique théorique ;
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rendement mécanique : 0,95 à 0,98 suivant la qualité de la réalisation.
La difficulté technologique majeure pour la réalisation d’un compresseur Roots performant réside dans l’obtention de jeux faibles (0,1...
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