Quelle est la différence entre un turbocompresseur et un surpresseur ? What is the difference between a turbocharger and a supercharger?
Un moteur « aspiré normalement » est un moteur conçu pour fonctionner au niveau de la mer, à pression atmosphérique normale. Seulement voilà, le but d’un aéronef est de quitter le plancher des vaches, l’amenant à évoluer dans un milieu où la pression atmosphérique est plus faible. Le moteur, ayant accès à de l’air de moins en moins dense à mesure que l’aéronef monte, fournit de moins en moins de puissance.
Pour maintenir une bonne puissance malgré le gain d’altitude, un moteur peut être équipé d’un turbocompresseur ou d’un surpresseur : deux dispositifs qui augmentent la densité de l’air arrivant au moteur.
A "normally aspirated" or "naturally aspirated" engine is an engine designed to work at sea level under normal atmospheric pressure. Of course, the entire point of an aircraft is to lift off from solid ground into a setting with lower atmospheric pressure. As the aircraft climbs and the air gets less and less dense, the engine provides less and less power.
To provide sufficient power at higher altitudes, engines can be equipped with a turbocharger or a supercharger to increase the density of air entering the engine.
1 - La turbocompression
Avec un turbocompresseur, les gaz chauds d’échappement, au lieu d’être directement expulsés en dehors du moteur, sont acheminés à travers une roue de turbine (ou roue de compresseur) (en rouge sur l’image qui suit) qu’ils font tourner à grande vitesse.
1 - Turbocharging
With a turbocharger, instead of directly expelling the hot exhaust gases, a turbocharged engine sends them through a turbine wheel (or impeller) (in red in the picture below) that they force to spin at high speed.
La roue de turbine est elle-même reliée à un compresseur (en bleu sur l’image) via un arbre. Le compresseur tourne donc à la même vitesse que la turbine. Plus la quantité de gaz d’échappement acheminés à travers la turbine est grande, plus la vitesse de rotation du compresseur est grande, et plus l’air arrivant au moteur est dense : le moteur sera ainsi en mesure de maintenir la puissance qu’il aurait au niveau de la mer en altitude. Un moteur doté de ce système fournira donc sa pleine puissance à une altitude bien supérieure par rapport à un moteur aspiré normalement.
C’est un dispositif très efficace à haute altitude. Il équipe d’ailleurs la plupart des moteurs à piston qui y évoluent.
Le turbocompresseur est situé entre l’admission d’air et le carburateur : l’air est donc comprimé avant d’être mélangé au carburant.
Il y a des moments où le turbocompresseur n’a pas besoin de fonctionner (par exemple à basse altitude ou à faible puissance). Pendant ces moments, une décharge peut se retrouver dans le système d’échappement. Elle permet aux gaz de s’évacuer directement dans l’atmosphère en contournant la turbine. La pression d’admission diminue alors à la pression ambiante et le moteur fonctionne comme un moteur aspiré normalement. Lorsque de l’air plus dense devient nécessaire, la décharge se referme et le turbocompresseur se met en route.
Cette décharge peut aussi s’avérer utile lorsque le turbocompresseur fournit une trop grande quantité d’air au moteur. L’air est alors évacué afin d’éviter tout dommage dans le moteur.
Sur certains aéronefs, la soupape de décharge s’ouvre automatiquement alors que sur d’autres, elle s’ouvre manuellement depuis le poste de pilotage.
The turbine wheel is connected to a compressor (in blue in the picture below) via a shaft. The compressor turns at the same speed as the turbine. The more exhaust gases are sent through the turbine, the faster the compressor spins, and the denser the air coming into the engine is—so the engine can provide the same power at altitude that it would at sea level. This means that an engine with a turbocharging system can function at peak power at a much higher altitude than a normally aspirated engine.
This device is very efficient at high altitude, and is used in most piston engines intended to fly in such conditions.
The turbocharger is located between the air intake and the carburetor, so the air is compressed before it is mixed with the fuel.
There are times when the turbocharger is not necessary (for example, at low altitude or at low power). The exhaust system may include a wastegate for such times. The wastegate allows exhaust gases to bypass the turbine and escape directly into the atmosphere. The intake pressure drops to match the ambient pressure, and the engine works like a normally aspirated engine. When denser air is needed, the wastegate closes and the turbocharger kicks back in.
The wastegate can also be useful when the turbocharger is sending too much air to the engine. Air can be expelled to avoid damaging the engine.
In some aircraft, the wastegate opens automatically; in others, it is opened manually from the cockpit.
Sur cette image, nous pouvons voir :
- La roue de turbine : Elle est entraînée par les gaz d’échappement;
- Le compresseur : Il compresse l’air arrivant de l’extérieur;
- L’arbre : Il fait le lien entre la turbine et le compresseur;
- Le corps de papillon : Il contrôle la quantité d’air arrivant au moteur;
- Le collecteur d’admission : Il envoie l’air compressé vers les cylindres;
- Le collecteur d’échappement : Il guide les gaz d’échappement vers le compresseur;
- L’admission d’air : L’air y pénètre pour être ensuite dirigé vers le turbocompresseur;
- La soupape de décharge : Elle contrôle la quantité de gaz d’échappement allant vers la turbine;
- Le tuyau d’échappement : Il permet d’évacuer les gaz d’échappement.
2 - La surpression
Le compresseur de suralimentation (ou surpresseur) remplit le même rôle que le turbocompresseur. Sa différence majeure réside dans le fait qu’il n’utilise pas les gaz d’échappement, mais directement le moteur pour fonctionner. Il nécessite jusqu’à 16 % de la puissance du moteur. Il est placé en aval du carburateur et provoque l’induction forcée en comprimant le mélange carburant-air à sa sortie du carburateur.
In this picture, we can see:
- Turbine wheel: Set in motion by the exhaust gases
- Compressor: Compresses the air coming in from outside
- Shaft: Connects the turbine and the compressor
- Throttle valve: Controls how much air goes to the engine
- Intake manifold: Sends the compressed air to the cylinders
- Exhaust manifold: Guides the exhaust gases to the compressor
- Air intake: Air enters and is directed to the turbocharger
- Wastegate: Controls how much exhaust gas goes to the turbine
- Exhaust pipe: Allows exhaust gas to escape
2 - Supercharging
The supercharger plays the same role as the turbocharger. The main difference is that, instead of using exhaust gases, it uses the engine to work. It uses up to 16% of the engine’s power. It is located after the carburetor and creates forced induction by compressing the fuel/air mixture as it leaves the carburetor.