Si vous souhaitez, vous trouverez quelques informations de base sur la suralimentation et les turbo-compresseurs ici.

Un turbo twin-scroll ça ressemble à quoi ?

A gauche un turbocompresseur twin-scroll / A droite son collecteur associé

Pour résumer rapidement le fonctionnement d’un turbo-compresseur : on vient détendre (baisse de pression et de température) les gaz brûlés issus de la combustion dans une turbine. Le fait de détendre ces gaz permet de faire tourner la turbine. Le compresseur est entraîné par l’axe de la turbine et comprime l’air frais. Souvent associé à un échangeur (appelé intercooler) qui permet de réduire la température de l’air comprimé, le turbo-compresseur permet d’augmenter la masse volumique de l’air, c’est à dire la masse d’air qui est enfermée dans la chambre de combustion lors de la phase d’admission. Plus on a une masse d’air importante enfermée, plus on peut brûler de carburant donc plus on peut faire de couple.

Bon, ça c’est pour le fonctionnement basique d’un turbo-compresseur.

Regardons maintenant du côté de l’échappement d’un moteur. L’ordre d’allumage le plus courant pour un moteur 4 cylindres en ligne est 1-3-4-2. C’est à dire que la combustion a lieu dans le cylindre 1, puis dans le 3, puis dans le 4 et pour finir dans le 2.

On garde en tête les 4 temps du cycle moteur : admission – compression – combustion/détente – échappement. Ces 4 temps se déroulent en 2 tours (720°) du vilebrequin : 1/2 tour pour chaque temps.

Dans la réalité, l’organisation est un peu plus complexe que ça. Pour décrire les lois admission et échappement on peut utiliser un diagramme de distribution comme celui-ci (c’est un exemple) :

On tourne dans le sens des aiguilles d’une montre (ne pas suivre la flèche « sens de rotation ») et on remarque donc que :

– la soupape d’admission s’ouvre avant le point mort haut (PMH) : c’est l’avance à l’ouverture admission (AOA)

– la soupape d’admission se ferme après le point mort bas (PMB) : c’est le retard à la fermeture admission (RFA)

– la soupape d’échappement s’ouvre avant le PMB : c’est l’AOE

– la soupape d’échappement se ferme après le PMH : c’est le RFE

Je ne détaille pas ici le rôle des AOA, RFA, AOE et RFE : considérons juste qu’ils sont présents pour optimiser le remplissage et la vidange des cylindres.

Ce qui nous intéresse le plus est l’AOE et le RFE : les soupapes d’échappement s’ouvrent donc plus tôt que la théorie et se ferment également plus tard.

Si l’on considère ces modifications et que l’on reprend le graphique représentant les différents temps moteur pour les 4 cylindres, quelques problèmes commencent à se poser :

– la soupape d’échappement du cylindre 2 est encore ouverte (RFE) alors que la soupape d’échappement du cylindre 1 s’ouvre (AOE)

– la soupape d’échappement du cylindre 1 est encore ouverte (RFE) alors que la soupape d’échappement du cylindre 3 s’ouvre (AOE)

– la soupape d’échappement du cylindre 3 est encore ouverte (RFE) alors que la soupape d’échappement du cylindre 4 s’ouvre (AOE)

– la soupape d’échappement du cylindre 4 est encore ouverte (RFE) alors que la soupape d’échappement du cylindre 2 s’ouvre (AOE)

On a donc les interactions suivantes :

– le cylindre 1 avec le 2 et le 3

– le cylindre 2 avec le 1 et le 4

– le cylindre 3 avec le 1 et le 4

– le cylindre 4 avec le 2 et le 3

On comprend donc que pour éviter toute interaction entre les différents cylindres, on peut séparer les cylindres et les grouper de la façon suivante :

– le cylindre 1 avec le 4

– le cylindre 2 avec le 3

C’est exactement ce qu’on fait lorsqu’on utilise un twin-scroll. On récupère les gaz d’échappement des cylindres 1 et 4 dans une partie du collecteur et ceux des cylindres 2 et 3 dans une autre. Comme sur le schéma ci-dessous :

Mais qu’est ce qui se passe quand on ne sépare pas les cylindres et que les interactions ont lieu ?

La phase d’échappement a, comme son nom l’indique, pour objectif de vider le cylindre des gaz brûlés issus de la combustion. Cet échappement, ou vidange, ne se fait pas aussi facilement qu’on pourrait le croire. On essaye de profiter d’une pression encore légèrement élevée pour « expulser » les gaz d’échappement en dehors de la chambre (lors de l’ouverture à l’AOE) et on essaye d’utiliser l’inertie pour vider au maximum la chambre (lors de la fermeture au RFE).

Si les phases d’échappement de deux cylindres se chevauchent, on va avoir une onde de pression générée par un cylindre (à l’AOE) qui va se propager vers l’autre cylindre (avant le RFE). Le résultat : l’onde de pression empêche le second cylindre de se vider correctement et/ou fait retourner des gaz brûlés dans la chambre de combustion.

Qu’est ce qui se passe si on ne vide pas correctement la chambre de combustion ? Les gaz brûlés, qui sont chauds, occupent un volume non négligeable. C’est un volume qui ne pourra pas être occupé par de l’air. Qui dit moins d’air, dit moins de carburant à brûler et donc moins de couple. De plus, le fait d’avoir des gaz brûlés résiduels entraîne une sensibilité au cliquetis plus importante, et donc une diminution du couple (si vous ne savez pas ce qu’est le cliquetis je vous renvoie vers cet article).

Lorsqu’on est face à un moteur suralimenté (enfin principalement) on peut également avoir recours à ce que l’on appelle le balayage. Le balayage,c’est le fait d’avoir les soupapes d’échappement et d’admission ouvertes en même temps. Si l’on a une pression admission supérieure à la pression échappement, l’air va directement passer de l’admission à l’échappement, et venir emporter sur son passage les gaz brûlés. C’est du propre et ça fonctionne plutôt bien pour vider au maximum la chambre.

Malheureusement, la condition « pression admission > pression échappement » est indispensable à un bon balayage. Si l’on a des interférences entre les cylindres, elle peut être inversée et ça ne fonctionne plus.

Autre chose si des interférences ont lieu et que des ondes de pression se propagent d’un cylindre à un autre, c’est de l’énergie perdue et qui ne sera pas récupérée par la turbine. En séparant les cylindres, un collecteur d’échappement twin-scroll permet de récupérer plus d’énergie sur la turbine qu’un collecteur traditionnel : c’est bien pour la puissance et pour lutter contre le turbo lag (phénomène de mise en route du turbo).

En résumé, le twin-scroll (bien noter que c’est l’association d’un collecteur et d’une turbine) permet de :

– améliorer la vidange des cylindres : phase d’échappement « traditionnelle » + balayage

– réduire les risques de cliquetis

– récupérer plus d’énergie sur la turbine et donc augmenter la pression de suralimentation

Toutes ces améliorations autorisent une augmentation des performances notamment pour les faibles régimes moteurs.

Ou peut-on trouver des moteurs équipés de turbo-compresseurs twin-scroll ?

– chez PSA/BMW sur le fameux 1,6 THP

– chez BMW, sur des 6 en ligne (moteur N55 qui équipe les 135i, 335i, …)

– encore chez BMW, sur des V8 (S63, qui équipe notamment la dernière M5)

– chez Mitsubishi sur les Lancer Evolution depuis la Evolution IV en 1996

– et d’autres…

Dernière question, pour voir si vous avez bien suivi : avec l’arrivée des moteurs 3 cylindres suralimentés, va-t-on voir arriver des 3 cylindres twin-scroll ? 😉

La réponse est non pour la raison suivante :

Dans un moteur 4 cylindres, on a une combustion tous les (4*180)/4 = 180° car 4 temps, 1 temps = 180° et 4 cylindres.

Dans un moteur 3 cylindres maintenant, on a une combustion tous les (4*180)/3 = 240°

Lorsque l’on regarde le schéma ci-dessous, ce décalage a pour effet de séparer les phases entre les différents cylindres. On a en effet vu précédemment que, pour un moteur 4 cylindres, le début de l’échappement d’un cylindre coincide avec la fin de l’échappement d’un autre cylindre. Pour un moteur 3 cylindres, on a une marge de 60°. On dit que le moteur 3 cylindre a une capacité naturelle a balayer les gaz d’échappement : il n’y pas de risque d’avoir une surpression à l’échappement qui proviendrait d’un autre cylindre et donc pas besoin d’un collecteur et d’un turbo twin-scroll.

Illustrations : wikipedia.fr, bimmerfile.com, BMW, PSA, performancespecialties.files.wordpress.com, all-peugeot.the-up.com

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