La première chose à comprendre est ce qu'est le décalage. Sur les moteurs suralimentés, lorsque le conducteur appuie à fond sur l'accélérateur, le moteur ne répond pas de façon linéaire à sa demande de "plus de puissance". Au lieu de cela, ce qu'il fait est de gagner un peu de couple lorsque les flux de gaz d'échappement s'accélèrent. Lorsque ceux-ci atteignent une vitesse critique pour pousser efficacement le turbocompresseur, le moteur délivre soudainement une dose de couple "supplémentaire".
Le véritable problème des moteurs fortement turbocompressés réside dans le temps de réponse à l'accélérateur.
Le temps qui s'écoule entre le moment où l'on demande plus de puissance et celui où l'on reçoit ce "coup" est appelé "décalage".
Le décalage provient de l'inertie du système de turbocompression. Comme vous le savez probablement déjà, le turbocompresseur utilise l'énergie des gaz de combustion qui sortent du collecteur d'échappement pour faire tourner une turbine. Cette turbine est associée à une autre turbine, qui comprime l'air entrant dans l'admission du moteur.
Comme ces deux turbines ont une masse non négligeable, les accélérer et les freiner n'est pas une question de millisecondes. En outre, ils ont une zone de fonctionnement optimale, en dessous de laquelle ils n'offrent pas de "pression d'appoint" efficace.
En d'autres termes, lorsque la turbine du turbocompresseur tourne à bas régime, elle n'est pas en mesure de comprimer l'air dans le collecteur d'admission. Comme le moteur est conçu pour fonctionner comme un turbo, le taux de compression effectif dans la chambre de combustion, lorsque le turbo ne souffle pas, est trop faible, et il n'est donc pas possible d'injecter de l'essence à plein régime, ni d'obtenir de grandes doses de puissance.
Lorsque le conducteur appuie fortement sur l'accélérateur, un effet en chaîne se produit : le papillon des gaz s'ouvre et la quantité d'air et de carburant entrant dans le moteur augmente. Avec plus d'air et de carburant, les gaz d'échappement et leur énergie sont accrus, de sorte qu'ils entraînent la turbine du turbocompresseur un peu plus rapidement. Cela comprime un peu plus l'air d'admission, ce qui génère plus de flux d'air dans la chambre de combustion, plus de puissance, plus d'énergie dans les gaz d'échappement, ce qui entraîne encore plus la turbine du compresseur... Et ainsi de suite jusqu'à atteindre la vitesse critique du turbo qui parvient à répondre à la demande du conducteur.
Pour un pilote, être capable de gérer "au millimètre" avec le pied droit la réponse du moteur en termes de couple envoyé aux roues est vital pour pouvoir gérer le lacet de la voiture par rapport aux courbes, pour lâcher l'arrière à volonté, ou pour corriger les lignes.
Cet effet en chaîne signifie que le conducteur doit appuyer sur l'accélérateur jusqu'à deux secondes avant d'avoir besoin du couple aux roues, en anticipant ce qui l'attend, afin d'éliminer le temps perdu en raison du décalage, pendant que le turbocompresseur est chargé.
Cet inconvénient majeur des moteurs turbocompressés a été l'un des grands casse-tête des équipes de course, qui reconnaissaient la puissance spécifique supplémentaire du moteur turbocompressé, mais devaient en atténuer les effets négatifs sur le contrôle de la voiture.
La première étape pour améliorer la réponse du moteur a été de réduire la taille des turbocompresseurs afin de diminuer l'inertie. Il a également été possible de jouer avec des turbos à double entrée, ou même à géométrie variable, pour pouvoir mieux répondre sur toute la plage de régime.
Mais c'est en 1994 que, dans le championnat du monde de rallye, la "grande solution parfaite" a été réalisée, en introduisant le "bang-bang", le système anti-lag, pour éliminer le temps de réponse.
Comment cela fonctionne-t-il ?
Tout commence lorsque le conducteur relâche l'accélérateur. Dans les moteurs normaux, pour éviter que l'air comprimé ne continue à pousser sur les cylindres, empêchant le moteur de se retenir, une soupape libère l'air comprimé.
Avec le système antilag, l'air comprimé de la turbine d'admission est directement dérivé vers le collecteur d'échappement. Dans le même temps, bien que le conducteur ait cessé d'accélérer, le papillon d'admission reste ouvert (de 15 à 20 %), comme si le conducteur avait maintenu l'accélérateur enfoncé.
Le système compliqué de tuyauterie des gaz du turbocompresseur du moteur Mitsubishi WRC
Mais c'est l'unité de contrôle électronique du moteur qui modifie la gestion du moteur. Il s'agit de retarder autant que possible le point d'allumage de la bougie. Ainsi, c'est lorsque le piston du moteur est déjà dans sa course d'expansion que le mélange s'enflamme. Ainsi, la grande majorité de l'énergie de cette combustion est propulsée dans le cylindre lors de la course d'échappement, qui envoie le mélange brûlant et toute cette énergie vers la turbine à gaz. De plus, ces gaz sont mélangés à l'air à haute pression qui arrive dans le collecteur d'échappement en provenance de la turbine d'admission.
De cette façon, le turbo dispose encore d'énergie sous forme de gaz d'échappement à haute vitesse et haute température, et continue donc à comprimer l'air à haute pression.
En 1994, le système anti-lagueur a commencé à être utilisé sur les étapes du WRC.
D'une certaine manière, ce système antilag est équivalent à l'utilisation du turbocompresseur comme une turbomachine thermique similaire à un moteur d'avion.
Comme la pression générée par le turbocompresseur pour l'air propre reste élevée, lorsque le pilote appuie sur l'accélérateur, la soupape de dérivation coupe le flux d'air comprimé vers le collecteur d'échappement et le renvoie vers le poumon d'admission, ce qui génère une pression d'admission presque instantanée.
Cette solution réduit le décalage au point qu'il est imperceptible pour le conducteur. Ce n'est que grâce au perfectionnement de la gestion électronique du moteur et des soupapes qui gèrent les flux d'air du turbocompresseur que nous avons pu arriver à cette situation, avec des moteurs très fins malgré l'utilisation de ce principe de fonctionnement.
Mais pourquoi n'est-il pas utilisé dans les voitures routières ?
Ce n'est pas un système à monter sur votre voiture de ville.
Il existe plusieurs bonnes raisons pour lesquelles ces systèmes anti-lagueur ne sont pas une bonne idée dans une voiture de route. La première raison est que du carburant est encore brûlé lorsque le moteur est au ralenti, de sorte que la consommation de carburant d'un tel moteur est beaucoup, beaucoup plus élevée que celle d'un moteur classique.
La deuxième raison est que la combustion des gaz dans le collecteur d'échappement plutôt que dans la chambre de combustion génère une énorme contrainte thermique sur la turbine à gaz du turbocompresseur, ce qui a un impact négatif sur sa fiabilité. Rendre un tel système fiable pour la rue serait très complexe.
La troisième raison est l'augmentation des émissions polluantes, car la combustion du carburant en dehors du point optimal de la course de compression est inefficace.
Et la quatrième raison est que, pour les voitures de route, qui utilisent des turbos de plus petit diamètre, avec double entrée, et avec la possibilité (dans le cas des turbos et de certains moteurs à essence spécifiques) d'utiliser la géométrie variable, ce système serait redondant.
Malheureusement, la FIA a interdit l'expérimentation de turbines à géométrie variable, ce qui aurait probablement rendu ces systèmes anti-lagage superflus dans le moteur "mondial" de 1,6 litre utilisé en WRC, en WTCC, et l'a également interdit pour les futurs moteurs de F1. Ainsi, les avantages pour les voitures routières qui pourraient être obtenus par le développement de turbines à géométrie variable pour les moteurs à essence ne seront pas consolidés dans la concurrence. Des trucs de la FIA.
La bonne nouvelle, c'est que les turbos couplés à des moteurs électriques de la F1 pourront travailler à l'élimination du décalage sans avoir recours à des systèmes anti-décalage de type bang-bang, et cette solution pourrait être appliquée aux voitures de route. Mais nous en parlerons un autre jour.
Rapport initialement publié en décembre 2013, sauvé pour Pistonudos.
