By Jim Middlebrook
La question se pose toujours : pourquoi les constructeurs automobiles (OE) choisissent-ils presque toujours un surcompresseur de type roots ? La réponse en un mot est le prix. Bien sûr, il peut y avoir d’autres influences, comme l’exigence du fournisseur pour le statut de niveau 1, ou les efforts de marketing extrêmes qu’aucun fabricant de centrifugeuses ne peut égaler, en raison des économies d’échelle. Mais le prix bon marché pour les équipementiers est suffisamment convaincant pour compenser toutes les déficiences associées au compresseur de type roots. Veuillez noter que le type roots peut être appelé un compresseur de suralimentation, mais pas un compresseur, car ce n’en est pas un ; c’est un déplaceur d’air.
Une idée fausse concerne le chemin d’écoulement de l’air pour ces superchargeurs Roots : l’air ne circule pas à travers ou entre les rotors, mais plutôt autour, sur les côtés du boîtier à l’intérieur des vides des rotors. Le compresseur roots piège l’air dans une chambre située entre le rotor et le carter, dans le vide entre les lobes du rotor, et transporte cet air piégé vers la sortie, au niveau du collecteur d’admission du moteur. Le fait de faire entrer de l’air dans le collecteur à un rythme supérieur à celui de sa consommation par le moteur crée une pression. Chaque fois que la chambre d’air emprisonné s’ouvre sur le collecteur, l’air du collecteur précédemment pressurisé s’écoule en sens inverse dans la chambre jusqu’à ce que la pression soit normalisée, puis la chambre est fermée et évacuée lorsque les rotors s’engrènent. Cette « réversion », ainsi que les fuites internes entre chaque rotor et le boîtier, combinées au chemin d’écoulement tortueux que l’air doit suivre, expliquent pourquoi le compresseur de type roots est le moins efficace des types disponibles. De plus, ce débit pulsé donne lieu à un cri fort et désagréable à des vitesses élevées. Alors que le processus susmentionné peut offrir des performances raisonnables à basse pression, par exemple 5 à 6 psig, le fonctionnement à une atmosphère (14,7 psig) et plus, montre clairement les limites du dispositif. Lorsqu’un compresseur de Roots fonctionne à des pressions plus élevées, il est probable que la moitié de la puissance d’entrée est consommée pour produire de la chaleur plutôt que de la pression. Cela indiquerait en gros une efficacité adiabatique très faible de 50 %, voire moins. Il est possible pour une centrifugeuse de fonctionner aussi inefficacement, mais cela serait dû à une installation exceptionnellement mal conçue et dimensionnée et certainement pas typique.
Lorsque nous utilisons le terme efficacité de la suralimentation, nous entendons l’efficacité adiabatique comme une expression de la façon dont le processus de suralimentation fonctionne. Tout ce processus de suralimentation consiste à augmenter la densité de l’air (pressurisation ou compression de l’air) et un compresseur de suralimentation inefficace mettra plus de chaleur dans l’air pendant ce processus, et donc réduira la densité, qu’un compresseur efficace. De plus, cette chaleur n’est pas gratuite, elle a été achetée par un prélèvement d’énergie parasite sur le moteur.
Certains fabricants tenteront d’induire en erreur ou de confondre les acheteurs en utilisant le terme d’efficacité volumétrique au lieu d’adiabatique, afin de pouvoir afficher un chiffre très favorable, généralement de l’ordre de quatre-vingt-dix pour cent. Le terme « efficacité volumétrique » ne fait référence qu’à la façon dont les chambres sont remplies et n’a pas grand-chose à voir avec le fonctionnement du compresseur de suralimentation ; ce terme ne s’applique qu’aux dispositifs à déplacement positif et non aux centrifugeuses. D’autres, même les grands fournisseurs OEM, offriront parfois des documents de vente ou des cartes de compresseurs montrant des performances improbables et/ou des efficacités de suralimentation, (ils ont certainement une paille dans le Kool-Aid).
Certains sont impatients de souligner que la suralimentation de type roots fera de la suralimentation à très bas régime du moteur1. C’est vrai ; ils font plus de boost qu’un centrifuge à basse vitesse et moins à haute vitesse, mais cette caractéristique est beaucoup moins utile qu’il n’y paraît à première vue. Tout d’abord, une suralimentation excessive ne peut être utilisée à ces bas régimes. Sur la plupart des moteurs, le calage de l’allumage doit être considérablement retardé pour éviter une détonation destructrice et il est très probable qu’aucune augmentation nette de la puissance ne soit réalisée, surtout si l’on tient compte des pertes d’entraînement parasites. Deuxièmement, les nouveaux moteurs haute performance avec calage variable des soupapes et canaux d’admission ont plus qu’assez de puissance à bas régime pour dépasser la traction disponible des pneus. Troisièmement, ce n’est pas à bas régime que la puissance est produite. Quatrièmement, lorsque les défenseurs du roots soulignent la « zone sous la courbe », ils font généralement référence à une énorme déformation de ce à quoi la courbe devrait ressembler. Les niveaux de suralimentation plus élevés qui sont courants aujourd’hui ne sont pas indiqués et personne ne peut expliquer la signification mathématique de cette zone fantôme ! De plus, ils ignorent l’imprégnation thermique et les performances inhérentes de « nez » du type roots à un régime moteur plus élevé, juste au moment où un véhicule haute performance devrait tirer le plus fort.
Pour un rendement similaire, un compresseur de suralimentation de type roots l’emportera plusieurs fois sur un centrifuge, et nécessitera généralement un système de refroidissement de charge plus grand et plus lourd. De plus, il est nécessairement placé au pire endroit possible : très haut et en avant, juste au-dessus de tous les autres poids. Un pilote de circuit compétent peut sentir ce poids indésirable.
Ajouter un compresseur de type roots à un moteur qui a des couloirs accordés, ou des couloirs variables, le système d’admission nécessitera généralement le retrait du système accordé et la perte de ces avantages gratuits. Un centrifuge ne nécessite pas ce retrait et tout le réglage conçu par le moteur peut encore être apprécié.
La masse rotative d’un compresseur de suralimentation de type roots typique pour un V8 est grande, avec une inertie très élevée par rapport à la plupart des compresseurs centrifuges. La puissance qu’il faut pour accélérer cette inertie, pour l’accélérer ou la ralentir peut être énorme et cela est indépendant de la réalisation effective de tout travail utile.
Donc, avec un compresseur de suralimentation de type roots, vous obtenez :
Un dispositif de circulation d’air bruyant, lourd, à forte inertie, mal placé, qui fait trop de boost quand vous ne pouvez pas l’utiliser et pas assez quand vous pouvez, qui est aussi bon un chauffage qu’un compresseur de suralimentation, qui montre des performances encore plus faibles après un réchauffement complet. Et quand les profileurs flashent ce gros chiffre de puissance sur You tube, vous pouvez parier sur deux choses, c’était un premier « pull » avec un moteur refroidi et ils ne montreront pas un deuxième « pull » parce qu’il sera beaucoup plus bas, et un troisième pull, encore plus.
Les compresseurs centrifuges sont dans une ligue différente. Ils peuvent facilement faire plus de pression et de débit qu’un type roots et sont beaucoup plus efficaces, surtout à des rapports de pression plus élevés.
1Dans le numéro de février2012 de Car and Driver « My Not-So-Little Pony », l’ingénieur en chef de Ford SVT Jamal Hameedi a été cité « Nous avions déjà plus de couple de premier rapport que nécessaire, donc cela facilite le lancement de la voiture ». Ceci en référence à l’augmentation du rapport de transmission final sur la Mustang GT500.
Les chiffres
Point d’essai:
Débit : 71,2 M/min (960 CFM)
Pression : 21,72 PR (10,6 psig)
Ambiance:
Temp. 70°F
Pression : 29,83 In. Hg. (14.65 psia)
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Les informations ci-dessus proviennent de la carte de compresseur imprimée d’un grand fabricant de type roots et de la carte de compresseur de Vortech pour un compresseur de V-.3 Si. Le point de test ci-dessus a été utilisé pour être cohérent avec une installation GM LS7 comme utilisé dans l’article. Une installation normale de compresseur centrifuge de suralimentation utiliserait l’efficacité de pointe supérieure de 78% du compresseur V-3 Si.
Mais attendez, il y a plus!
Dans l’article Road & Track (« Corvette Fever », avril 2012), une Corvette Z06 à aspiration naturelle a été comparée à une ZR1 suralimentée roots. À part le moteur, les voitures étaient pratiquement identiques, (pneus, roues, freins, options, etc.). La ZR1, à cause de son compresseur, pesait 20 kg de plus que la Z06, mais elle avait aussi un plus grand splitter avant. Les voitures ont été conduites sur le même circuit, par le même pilote, le même jour. La ZR1 est censée avoir 133 CV de plus que la Z06 (638 contre 505), mais je pense que cette « évaluation » doit être faite avant que les choses ne se réchauffent. Dans l’article : « …Tommy Milner était environ 1 sec. plus rapide autour de Spring Mountain dans la Z06 que dans la ZR1. » Eh bien, ça dit à peu près tout. Oh, attendez, l’analyse des tours dans l’article montre que la Z06 était plus rapide sur la partie la plus droite de la piste, et cela veut tout dire. Le compresseur roots a en fait rendu la voiture plus lente que la voiture à aspiration naturelle en raison de l’imprégnation thermique. Un compresseur centrifuge ne souffre d’aucun de ces défauts.
Alors, lorsque vous choisissez un système de suralimentation : Voulez-vous de la puissance, ou voulez-vous une décoration ?