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1 - ARCHITECTURE ET TYPES DE COMPRESSEURS

2 - ÉTUDE DU COMPRESSEUR VOLUMÉTRIQUE

3 - APPLICATION À LA SURALIMENTATION VOLUMÉTRIQUE DES MOTEURS

4 - ASPECTS TECHNOLOGIQUES DES COMPRESSEURS VOLUMÉTRIQUES

| Réf : B2632 v1

Étude du compresseur volumétrique
Suralimentation par compresseur volumétrique

Auteur(s) : Bernard BESSON

Date de publication : 10 mai 1992

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Auteur(s)

  • 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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INTRODUCTION

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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-b2632


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2. Étude du compresseur volumétrique

2.1 Rappel : la compression isentropique

La compression théorique appliquée à l’air lors de son passage dans un compresseur volumétrique est représentée par une compression isentropique, c’est‐à‐dire une compression adiabatique réversible :

  • adiabatique car il n’y a pas d’échange de chaleur entre l’air à l’intérieur du compresseur et le milieu ambiant ;

  • et réversible car il n’y a pas de pertes internes par frottement.

Cette compression obéit à la loi de Laplace (ou de Poisson) :

p v γ = Cte
( 1 )

avec :

p
 : 
pression (absolue)
v
 : 
volume massique (volume occupé par l’unité de masse d’air)
γ
 : 
coefficient adiabatique de compression (γ = 1,4 pour l’air dans les conditions de température et de pression de fonctionnement des compresseurs volumétriques).

Si (p1 v1) et (p2 v2) représentent respectivement la pression et le volume massique de l’air en début et en fin de compression (figure 4), la relation [1] permet d’écrire :

( 2 )

Dans le diagramme de Clapeyron (pression-volume massique), la compression isentropique est représentée par la courbe reliant les points 1 et 2 et satisfaisant en tout point à la relation [2]p et v représentent respectivement la pression et le volume massique de l’air en un point quelconque de la courbe.

Dans les conditions habituelles de température et de pression, l’air peut être considéré comme un gaz parfait. Il obéit donc...

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