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Apr 09, 2023

Qu'est-il arrivé au turbo lag dans les moteurs d'aujourd'hui ?

Quand je pense aux moteurs turbocompressés, la première chose qui me vient à l'esprit est

Quand je pense aux moteurs turbocompressés, la première chose qui me vient à l'esprit est le turbo lag. Le décalage du turbo est le temps qu'il faut au turbocompresseur ou aux turbocompresseurs pour s'enrouler et générer une pression de suralimentation après que la pédale d'accélérateur a été enfoncée. En regardant en arrière à peine une décennie ou deux, le décalage du turbo semblait être beaucoup plus courant et plus grave. Il semblait que vous pouviez appuyer sur la pédale, compter jusqu'à cinq, vérifier votre montre, PUIS vous sentiriez enfin le coup de pouce.

Donc, cela soulève la question suivante : si les moteurs turbocompressés sont tellement plus courants aujourd'hui, qu'est-il arrivé au turbo lag ? Il a été résolu grâce à des années de développement et à un peu d'ingénierie intelligente.

Ce n'est un secret pour personne que les constructeurs automobiles ont dû faire preuve de créativité pour respecter les normes d'émissions et d'économie de carburant. Ces normes ont présenté un véritable défi aux constructeurs automobiles et les ont obligés à "sortir des sentiers battus". En regardant l'histoire, nous n'avons jamais hésité à relever un défi. La bombe atomique de la Seconde Guerre mondiale, l'atterrissage lunaire pour mettre fin à la course à l'espace, la liste s'allonge encore et encore.

Mais dans le cas de la résolution du turbo lag, je ne dirais pas qu'une avancée particulière a simplement mis fin à la course en un seul bond. Au lieu de cela, cela a été un long parcours avec beaucoup de joueurs, tous faisant une différence et se dirigeant vers la solution finale. Jetons un coup d'œil à certaines des façons dont les constructeurs automobiles ont résolu le décalage du turbo dans leurs moteurs modernes.

Des moteurs plus petits, un boost plus intelligent

Partout où vous regardez, il semble que les moteurs soient devenus plus petits en cylindrée. Ford a ses moteurs EcoBoost à quatre cylindres et V6, Nissan/Infiniti a les moteurs VR de 3,0 L et Chevrolet a récemment commencé à offrir un turbo de 2,7 L dans le Silverado. Ces moteurs de plus petite cylindrée offrent une meilleure économie de carburant que les moteurs qu'ils remplacent, mais sans turbocompresseur, ils ne pourraient pas offrir le même type de puissance.

C'est là qu'un boost plus intelligent entre en jeu. Les moteurs de plus petite cylindrée peuvent utiliser des turbos plus petits pour combler les lacunes dans la bande de puissance. Les turbos plus petits sont capables de s'enrouler plus rapidement, ce qui entraîne une meilleure réponse et une alimentation en puissance plus prévisible. Les turbos modernes sont également montés plus près du moteur que jamais auparavant. Cela signifie que les gaz d'échappement n'ont pas à voyager aussi loin une fois qu'ils quittent la chambre de combustion, et le turbo peut s'accélérer plus rapidement.

Regardons les moteurs 1.8T et 2.0T actuellement construits par VW et Audi. Ces moteurs utilisent une conception de culasse avec un collecteur d'échappement incorporé. Cela signifie que le collecteur d'échappement fait partie du moulage de la culasse et qu'il est entouré de chemises de refroidissement. Il y a deux avantages principaux à cette conception :

• Lorsque le moteur est froid, les gaz d'échappement chauds contribuent à réchauffer le liquide de refroidissement du moteur. Cela signifie que le système HVAC peut commencer à chauffer l'habitacle du véhicule beaucoup plus tôt et que le moteur peut atteindre sa température de fonctionnement beaucoup plus rapidement, ce qui réduit les émissions nocives.

• Lorsque le moteur est à température de fonctionnement, le liquide de refroidissement du moteur est capable de réduire la température des gaz d'échappement. Cela signifie que l'unité de commande du moteur (ECU) peut exécuter un rapport air-carburant plus pauvre et maximiser la température et les performances du catalyseur.

Il convient de noter que VW et Audi ne sont pas les seuls constructeurs automobiles à avoir opté pour une conception de collecteur d'échappement intégré. Ford a utilisé un collecteur d'échappement intégré sur son moteur EcoBoost à trois cylindres de 1,0 L, ainsi que sur certains de ses moteurs quatre cylindres et V6 turbo. Honda a utilisé ce design sur la Civic Type R, Toyota (enfin, techniquement BMW) l'a utilisé sur le nouveau moteur Supra et la liste s'allonge encore et encore. L'utilisation d'un collecteur intégré présente d'autres avantages, notamment un poids réduit, des économies d'espace et bien plus encore.

Contrôle de suralimentation plus intelligent

Les soupapes de décharge et les soupapes de dérivation plus anciennes étaient contrôlées par le vide et étaient plutôt lentes à réagir aux changements d'entrée du conducteur ou aux conditions de conduite. Les unités modernes sont contrôlées électroniquement et permettent des réglages beaucoup plus précis. Le remplacement des solénoïdes et des diaphragmes de contrôle du vide par des actionneurs électroniques à action rapide signifie que l'ECU peut être proactif avec le contrôle de suralimentation, et non réactif. L'ECU peut faire fonctionner ces deux soupapes pour réduire le décalage, maintenir le turbo enroulé et fournir une puissance plus constante.

Le calage variable des soupapes (VVT) peut être utilisé pour optimiser le fonctionnement du turbo. Les systèmes VVT modernes offrent un contrôle plus précis que jamais et permettent un contrôle maximal du turbo dans un certain nombre de conditions de conduite. L'ouverture de l'échappement peut être utilisée pour maintenir le turbo enroulé ou pour aider à évacuer les gaz d'échappement de l'intérieur du cylindre. En ajustant le chevauchement des soupapes, l'ECU peut également réduire les pertes de pompage du moteur.

Turbocompresseurs Twin Scroll

Les constructeurs automobiles se sont tournés vers une technologie innovante pour maximiser les performances et la réponse du turbo. Un tel exemple est la conception à double volute (Figure 1 ). Les turbos à double volute et les collecteurs d'échappement contiennent deux canaux d'air séparés à l'intérieur. Les flux d'air étant séparés, deux cylindres sont capables de créer un seul flux de gaz d'échappement jusqu'à ce qu'il atteigne la turbine.

Garder ces canaux d'air séparés permet d'éviter que les cylindres individuels n'interfèrent les uns avec les autres, provoquant un ralentissement involontaire de la turbine. Mais le plus grand avantage d'un turbo à double volute est l'augmentation du couple à bas régime. Cela est dû en partie à la séparation des canaux d'air - et au fait que les gaz d'échappement sont répartis plus uniformément sur les aubes de turbine.

Turbocompresseurs Hot-V

Terminons notre liste avec une dernière méthode que les constructeurs automobiles ont utilisée pour résoudre le turbo lag : le "hot V". Dans ce type de configuration de moteur, les collecteurs d'admission sont montés à l'extérieur de la culasse (là où vous pourriez vous attendre à ce que les collecteurs d'échappement soient), et les collecteurs d'échappement et le(s) turbo(s) sont situés à l'intérieur du "V" du moteur (Figure 2).

Ce changement apparemment mineur a un impact important sur les performances du moteur. Les turbos sont montés extrêmement près des culasses, de sorte que les canaux d'échappement sont très courts. Cela maximise la réponse du turbo et réduit le décalage. Cela empêche également une perte excessive de vitesse d'échappement, ainsi qu'une perte de chaleur à travers le collecteur. Les températures peuvent être contrôlées grâce à des solutions de refroidissement intelligentes, notamment des circuits de refroidissement dédiés, des écrans thermiques, des déflecteurs d'air, etc.

BMW, Audi et Mercedes-Benz ont tous intégré cette conception de moteur dans certaines de leurs gammes. Audi a trouvé un moyen de maximiser l'espace à l'intérieur du V en faisant tourner chaque turbine dans des directions opposées (figure 3).

Je sais que les véhicules électriques arrivent et que nous devons penser à nous éloigner des combustibles fossiles, mais je ne peux m'empêcher de m'émerveiller devant l'ingénierie de la dernière décennie ou deux dans le domaine automobile. Chaque fois qu'il nous a semblé que nous avions atteint le summum de la performance, comme si nous ne pouvions pas tirer une autre once de performance de la combustion interne, quelqu'un trouve un moyen. Ce dynamisme créatif, cet esprit d'innovation, je crois, est profondément enraciné en nous en tant qu'espèce.

Certains d'entre vous peuvent déplorer la vague d'électrification qui approche, et je vous dirais ceci : pensez simplement à ce que nous pouvons réaliser avec les véhicules électriques si nous mettons le même effort dans le développement de cette technologie. Pour ma part, j'ai hâte de voir ce qui se passe au coin de la rue.