Il existe deux façons principales d'obtenir plus de puissance du moteur d'une voiture. La première (et jusqu'à récemment la plus populaire) consiste à augmenter la capacité du moteur. La seconde consiste à augmenter la quantité de mélange carburant/air entrant dans le cylindre.
Généralement, plus il y a de mélange carburant/air dans les cylindres, plus le moteur produira de puissance. Une partie de la solution consiste donc à régler le carburateur, la culasse et les collecteurs pour permettre au moteur de « respirer » plus librement, mais il y a des limites à la quantité de puissance qui peut être extraite d'un moteur par ces moyens tout en maintenant la fiabilité et la flexibilité du moteur. .
Une autre façon d'obtenir plus de mélange carburant/air dans les cylindres est d'utiliser un turbocompresseur.
Un turbocompresseur est essentiellement une pompe entraînée par les gaz d'échappement sortant du collecteur d'échappement. L'unité se compose d'une roue à aubes - la turbine - qui s'insère dans un logement du système d'échappement. De cette turbine, un arbre d'entraînement central court se dirige vers une roue à aubes similaire appelée le compresseur qui alimente l'admission d'air du moteur.
du moteur, ils font tourner la turbine, qui à son tour fait tourner l'arbre d'entraînement pour faire tourner le compresseur. Ainsi, lorsque le moteur tourne, les gaz d'échappement entraînent la turbine qui permet au compresseur de pomper de l'air dans le moteur.
Une quantité fixe de carburant est automatiquement aspirée avec l'air si le moteur est équipé d'un carburateur. Si le moteur est équipé d'une injection de carburant, l'unité de commande informatique est programmée pour s'adapter aux pressions de suralimentation.
Plus le moteur tourne vite, ou plus l'ouverture des gaz est grande ou les deux, plus le turbocompresseur tournera rapidement. Plus le turbo tourne vite, plus il développe de pression ou de boost et plus il force d'air dans le moteur pour créer plus de puissance.
Moteur au ralenti
Turboboost 
Surboost 
Bien que le turbo soit conçu pour pressuriser le mélange entrant dans le moteur, une pression excessive serait dangereuse car elle peut conduire à un « cognement » (pré-allumage) et mettre trop de pression sur les composants internes du moteur. Par conséquent, la pression de suralimentation maximale que le turbocompresseur peut produire doit être limitée par une soupape appelée soupape de décharge.
La soupape de décharge est une soupape de décharge, située dans le turbocompresseur, qui s'ouvre pour laisser certains des gaz d'échappement contourner la turbine et s'écouler directement dans le système d'échappement. Si la pression de suralimentation devient trop élevée, la soupape de décharge est activée par un actionneur sensible à la pression qui détecte la pression produite par le compresseur.
La compression de l'air cause ses propres problèmes. Lorsque l'air est comprimé, il s'échauffe, ce qui a tendance à le faire se dilater. Étant donné que le but du turbo est d'obtenir autant de mélange carburant/air que possible dans le cylindre, cet air chaud doit être refroidi.
Pour ce faire, la plupart des voitures turbocompressées sont équipées d'un refroidisseur intermédiaire. Cela ressemble à un petit radiateur et refroidit l'air comprimé qui sort du turbocompresseur. Au fur et à mesure que l'air se refroidit, son volume diminue, de sorte que la quantité de mélange air/carburant envoyée au moteur - et donc la puissance de sortie - augmente.
L'unité turbo est raccordée au système d'échappement aussi près que possible du moteur. Cela aide à le garder compact et aide également à prévenir le décalage du turbo. S'il y avait une longue longueur de tuyau d'échappement entre le moteur et le turbo, il y aurait un délai entre l'appui sur l'accélérateur, l'augmentation de la vitesse du moteur et l'accélération du turbo. L'effet serait comme avoir un câble d'accélérateur élastique.
Par conséquent, le turbo est souvent boulonné directement sur le collecteur d'échappement. La sortie d'échappement se trouve au centre du carter de la turbine et mène au tuyau d'échappement.
Du côté de l'admission, l'air sous pression quitte le carter du compresseur via un tuyau de gros diamètre. Celui-ci traverse le refroidisseur intermédiaire (le cas échéant), puis le collecteur d'admission, ou parfois la chambre de tranquillisation, où le carburant est ajouté par injection avant que l'air n'entre dans le moteur.
Les vitesses élevées auxquelles la turbine peut tourner créent des problèmes de lubrification et de refroidissement. Dans certains turbocompresseurs, la turbine peut tourner jusqu'à 200 000 tr/min, et les parties les plus chaudes du turbo seront à ou près de la température des gaz d'échappement d'environ 900 °C.
La plupart des unités turbo ont le palier central de l'arbre d'entraînement alimenté par l'huile du moteur. Le système de lubrification du turbocompresseur est spécialement conçu pour supporter des températures élevées.
Le tuyau de vidange d'huile est de grand diamètre pour assurer que l'huile, qui développe une consistance crémeuse après avoir traversé le turbocompresseur, revienne au carter par gravité. S'il y avait un débit restreint dans ce tuyau, cela provoquerait une accumulation de pression autour du roulement dans le carter central, ce qui entraînerait des fuites d'huile sur le turbocompresseur.
Certains turbos ont un palier central refroidi à l'eau pour réduire encore plus la chaleur. L'avantage est que, comme l'eau est toujours réchauffée par le moteur, elle continue de circuler et d'évacuer la chaleur du palier pendant quelques minutes après que le moteur a été arrêté.
Les premières critiques des moteurs turbo portaient sur leurs mauvaises performances hors boost - lorsque le moteur ne tournait pas assez vite pour faire tourner la turbine rapidement - et sur le temps qu'il fallait au turbocompresseur pour commencer à booster une fois que l'accélérateur était enfoncé.
Les mauvaises performances hors boost étaient dues au fait que les moteurs turbo routiers n'ont généralement pas un taux de compression très élevé. Forcer beaucoup de pression dans les cylindres équivaut à augmenter le taux de compression. Ainsi, si le moteur démarrait avec une compression élevée, à forte suralimentation, les pressions à l'intérieur du moteur pourraient favoriser des problèmes de détonation, ou « cogner », ce qui entraînerait de graves dommages au moteur.
À titre indicatif, chaque trois livres de suralimentation équivaut à augmenter le taux de compression d'un facteur de un. Donc, si un moteur avec un taux de compression de 8:1 avait un turbo qui pouvait fournir neuf livres de suralimentation, le taux de compression effectif serait d'environ 11:1. Une voiture familiale moyenne a un taux de compression de 9:1.
Un meilleur contrôle du moteur et du turbo est la réponse - presque tous les systèmes turbo utilisent maintenant une forme de gestion du moteur qui s'occupe de l'allumage électronique et des systèmes d'injection de carburant, retardant légèrement l'allumage si le moteur commence à cogner. APC de Saab (Automatique
Performance Control) va encore plus loin. Non seulement il réduit la pression de suralimentation à un niveau sûr, mais il permet également au moteur de fonctionner avec n'importe quelle qualité de carburant, car le système de gestion compense automatiquement, même si vous n'obtenez les meilleures performances qu'avec la qualité la plus élevée.
Les premiers moteurs turbo souffraient d'un décalage du turbo, en partie à cause d'une mauvaise gestion du moteur et en partie parce que le manque d'unités turbo appropriées signifiait souvent que les moteurs et les turbos n'étaient pas parfaitement adaptés les uns aux autres - un gros turbo sur un petit moteur donnera une bonne puissance haut de gamme mais manquera souplesse. Lagis presque inévitable parce qu'un petit moteur mettrait du temps à "faire tourner" une grosse unité turbo. Un petit turbo sur un gros moteur donne une bonne puissance à mi-régime avec peu ou pas de décalage, mais la puissance ultime est compromise.
Ces problèmes ont été minimisés par une meilleure adaptation des tailles de turbo et de moteur, et en utilisant des matériaux plus légers tels que la céramique et de nouvelles conceptions telles que des buses à débit variable (voir annexe au verso).
L'avantage évident d'un moteur turbocompressé est celui d'une performance accrue combinée à l'économie - un moteur de deux litres turbocompressé donne des performances similaires à un moteur de trois litres non turbocompressé, sans consommer beaucoup plus de carburant qu'un deux litres.
Il est souvent plus simple pour un constructeur de suralimenter un moteur existant que d'en concevoir et développer un nouveau plus gros. L'ajout d'un turbo à un moteur n'augmente généralement pas la consommation de carburant de manière significative à moins que les performances améliorées ne soient pleinement utilisées.
