Qu'est-ce qu'un moteur de voiture turbocompressé?

Moteur turbocompressé

Moteur turbo. La tâche d'augmenter la puissance et le couple du moteur a toujours été pertinente. La puissance du moteur est directement liée à la cylindrée des cylindres et à la quantité de mélange air-carburant qui leur est fournie. C'est-à-dire que plus de carburant brûle dans les cylindres, plus la puissance est développée par l'unité de puissance. Cependant, la solution la plus simple consiste à augmenter la puissance du moteur. Une augmentation de son volume utile entraîne une augmentation des dimensions et du poids de la structure. La quantité de mélange de travail fourni peut être augmentée en augmentant la vitesse de rotation du vilebrequin. En d'autres termes, la mise en œuvre de plus de cycles de travail en cylindres par unité de temps. Mais il y aura de sérieux problèmes associés à une augmentation des forces d'inertie et à une forte augmentation des charges mécaniques sur les pièces du groupe motopropulseur, ce qui entraînera une réduction de la durée de vie du moteur.

Efficacité du moteur turbo

Le moyen le plus efficace dans cette situation est le pouvoir. Imaginez la course d'aspiration d'un moteur à combustion interne. Le moteur à l'époque fonctionne comme une pompe et est également très inefficace. Le conduit a un filtre à air, des coudes dans le collecteur d'admission et les moteurs à essence ont également une vanne papillon. Tout cela, bien sûr, réduit le remplissage du cylindre. Pour augmenter la pression devant la soupape d'admission, plus d'air sera placé dans le cylindre. Le ravitaillement améliore le remplissage des cylindres avec une nouvelle charge, ce qui leur permet de brûler plus de carburant dans les cylindres et ainsi obtenir une puissance moteur plus élevée. Trois types d'amplification sont utilisés dans un moteur à combustion interne. Résonance qui utilise l'énergie cinétique du volume d'air dans les collecteurs d'admission. Dans ce cas, aucune charge / boost supplémentaire n'est requise. Mécanique, dans ce mode de réalisation, le compresseur est entraîné par une courroie moteur.

Turbine à gaz ou turbo

Turbine à gaz ou turbocompresseur, la turbine est entraînée par un flux d'échappement. Chaque méthode a ses avantages et ses inconvénients, qui déterminent la portée. Collecteur d'admission personnel. Pour un meilleur remplissage du cylindre, la pression devant la soupape d'admission doit être augmentée. En attendant, une pression accrue n'est pas du tout nécessaire. Il suffit de le soulever au moment de la fermeture de la valve et de charger une portion supplémentaire d'air dans le cylindre. Pour une augmentation de pression à court terme, une onde de compression qui longe le collecteur d'admission avec le moteur en marche est idéale. Il suffit de calculer la longueur du pipeline lui-même pour que l'onde réfléchie plusieurs fois depuis ses extrémités atteigne la vanne au bon moment. La théorie est simple, mais sa mise en œuvre nécessite une ingéniosité considérable. La soupape ne s'ouvre pas à différentes vitesses du vilebrequin et, par conséquent, utilise l'effet d'amplification résonante.

Moteur turbo - puissance dynamique

Avec un collecteur d'admission court, le moteur fonctionne mieux à haute vitesse. À basse vitesse, un long chemin d'aspiration est plus efficace. La longueur variable du tuyau d'entrée peut être créée de deux manières. Soit en connectant une chambre résonante, soit en basculant sur le canal d'entrée souhaité ou en le connectant. Cette dernière option est également appelée puissance dynamique. La pression résonante et dynamique peut accélérer le débit de la colonne d'admission. Les effets d'amplification provoqués par les fluctuations de la pression atmosphérique sont de l'ordre de 5 à 20 mbar. À titre de comparaison, en utilisant un turbocompresseur ou un gain mécanique, vous pouvez obtenir des valeurs dans la plage de 750 à 1200 mbar. Pour compléter le tableau, on note qu'il existe encore un amplificateur inertiel. Dans lequel le principal facteur de création d'une surpression devant la vanne est la tête avec une pression d'écoulement élevée dans le tuyau d'entrée.

Augmenter la puissance du moteur turbo

Cela donne une légère augmentation de puissance à des vitesses élevées de plus de 140 kilomètres par heure. Principalement utilisé sur les motos. Les remplisseurs mécaniques permettent un moyen assez simple d'augmenter considérablement la puissance du moteur. En amenant le moteur directement du vilebrequin du moteur, le compresseur est capable de pomper de l'air dans les cylindres à une vitesse minimale sans délai, augmentant la pression de suralimentation en stricte proportion avec la vitesse du moteur. Mais ils ont aussi des défauts. Ils réduisent l'efficacité du moteur à combustion interne. Parce qu'une partie de l'énergie générée par l'alimentation est utilisée pour les entraîner. Les systèmes de pression mécaniques prennent plus de place et nécessitent un entraînement spécial. La courroie de distribution ou la boîte de vitesses fait un bruit fort. Charges mécaniques. Il existe deux types de suralimentateurs mécaniques. Volumétrique et centrifuge. Les remplisseurs en vrac typiques sont les super-générateurs Roots et un compresseur de Lysholm. La conception de Roots ressemble à une pompe à engrenages d'huile.

Caractéristiques moteur turbo

La particularité de cette conception est que l'air n'est pas comprimé dans le compresseur, mais à l'extérieur dans le pipeline, pénétrant dans l'espace entre le boîtier et les rotors. Le principal inconvénient est le gain limité. Quelle que soit la précision avec laquelle les pièces de remplissage sont réglées, lorsqu'une certaine pression est atteinte, l'air commence à refluer, ce qui réduit l'efficacité du système. Il existe plusieurs manières de se battre. Augmentez la vitesse du rotor ou faites en sorte que le compresseur soit à deux ou même trois étages. Ainsi, il est possible d'augmenter les valeurs finales à un niveau acceptable, mais les conceptions à plusieurs étages n'ont pas leur principal avantage - la compacité. Un autre inconvénient est la décharge inégale de la sortie, car l'air est fourni par portions. Les conceptions modernes utilisent des mécanismes de pivotement triangulaires et les fenêtres d'entrée et de sortie sont de forme triangulaire. Grâce à ces techniques, les compresseurs volumineux se sont pratiquement débarrassés de l'effet pulsatoire.

Installation du moteur turbo

Les faibles vitesses de rotor et donc la durabilité, associées à de faibles niveaux de bruit, ont permis à des marques bien connues telles que DaimlerChrysler, Ford et General Motors d'équiper généreusement leurs produits. Les compresseurs à cylindrée augmentent les courbes de puissance et de couple sans changer leur forme. Ils sont déjà efficaces à des vitesses faibles à moyennes et cela reflète le mieux la dynamique d'accélération. Le seul problème est que ces systèmes sont très sophistiqués à fabriquer et à installer, ce qui signifie qu'ils sont assez chers. Une autre façon d'augmenter simultanément la pression d'air dans le collecteur d'admission a été proposée par l'ingénieur Lisholm. La conception des raccords Lysholm rappelle quelque peu un hachoir à viande conventionnel. Deux pompes à vis supplémentaires sont installées à l'intérieur du boîtier. Tournant dans différentes directions, ils captent une partie de l'air, le compriment et le placent dans des cylindres.

Moteur turbo - réglage

Un tel système se caractérise par une compression interne et une perte minimale en raison de jeux calibrés avec précision. De plus, la pression de la vis agit dans presque toute la plage de régimes moteur. Silencieux, très compact, mais extrêmement coûteux en raison de difficultés de fabrication. Cependant, ils ne sont pas négligés par des studios de tuning bien connus comme AMG ou Kleemann. Les remplisseurs centrifuges rappellent les turbocompresseurs dans la conception. Une pression excessive dans le collecteur d'admission crée également une roue de compresseur. Ses pales radiales captent et poussent l'air autour du tunnel à l'aide de la force centrifuge. La différence par rapport au turbocompresseur ne concerne que l'entraînement. Les soufflantes centrifuges ont un défaut d'inertie similaire, quoique moins visible. Mais il y a une autre caractéristique importante. En fait, la grandeur de la pression générée est proportionnelle à la vitesse carrée de la roue du compresseur.

Moteur turbo

En termes simples, il doit tourner très rapidement afin de pomper la charge d'air nécessaire dans les cylindres. Parfois dix fois le régime moteur. Ventilateur centrifuge efficace à haute vitesse. Les centrifugeuses mécaniques sont moins pratiques à utiliser et plus durables que les centrifugeuses à gaz. Parce qu'ils travaillent à des températures extrêmes plus basses. La simplicité et, par conséquent, le bon marché de leur conception ont gagné en popularité dans le domaine du réglage amateur. Moteur intercooler. Le circuit de contrôle de surcharge mécanique est assez simple. À pleine charge, le couvercle de dérivation est fermé et l'inductance est ouverte. Tout le flux d'air entre dans le moteur. Pendant le fonctionnement à charge partielle, le papillon des gaz se ferme et le registre du tuyau s'ouvre. L'excès d'air est renvoyé à l'entrée du compresseur. L'air de refroidissement de charge inclus dans le circuit Intercooler est un composant presque indispensable non seulement des systèmes d'amplification mécaniques, mais aussi des turbines à gaz.

Moteur turbocompressé

L'air comprimé est pré-refroidi dans le refroidisseur intermédiaire avant d'être introduit dans les cylindres du moteur. De par sa conception, il s'agit d'un radiateur classique, qui est refroidi soit par le flux d'air d'admission, soit par le liquide de refroidissement. Abaisser la température de l'air chargé de 10 degrés vous permet d'augmenter sa densité d'environ 3%. Cela, à son tour, vous permet d'augmenter la puissance du moteur d'environ le même pourcentage. Moteur turbocompresseur. Dans les moteurs de voitures modernes, les turbocompresseurs sont plus largement utilisés. En fait, il s'agit du même compresseur centrifuge, mais avec un circuit d'entraînement différent. C'est la plus importante, peut-être la différence fondamentale entre les compresseurs mécaniques et le turbocompresseur. Il s'agit du circuit de commande, qui détermine en grande partie les caractéristiques et les applications de diverses conceptions.

Les avantages d'un moteur turbo

Le turbocompresseur a une turbine située sur le même arbre que la turbine, une turbine. Qui est intégré dans le collecteur d'échappement du moteur et est entraîné par les gaz d'échappement. La vitesse peut dépasser 200 000 tr / min. Il n'y a pas de connexion directe au vilebrequin du moteur et l'alimentation en air est contrôlée par la pression d'échappement. Les avantages d'un turbocompresseur comprennent. Amélioration du rendement et de l'économie du moteur. Une transmission mécanique reçoit la puissance du moteur, la même utilise l'énergie d'échappement, donc l'efficacité augmente. Ne confondez pas les performances spécifiques et globales du moteur. Naturellement, le fonctionnement d'un moteur dont la puissance a augmenté en raison de l'utilisation d'un turbocompresseur nécessite plus de carburant qu'un moteur similaire avec moins de puissance avec un aspirateur naturel.

Puissance du moteur turbo

En fait, le remplissage des cylindres avec de l’air s’améliore, rappelons-le, pour y brûler plus de carburant. Mais la fraction massique de carburant par unité de puissance par heure pour un moteur équipé d'une pile à combustible est toujours inférieure à celle d'une conception similaire d'une unité puissante sans amplification. Le turbocompresseur vous permet d'atteindre les caractéristiques spécifiées de l'unité de puissance avec des dimensions et un poids plus petits. Que en cas d'utilisation du moteur atmosphérique. De plus, le moteur turbo a les meilleures performances environnementales. La pression dans la chambre de combustion entraîne une baisse de température et, par conséquent, une diminution de la formation d'oxydes d'azote. Lors du ravitaillement en carburant des moteurs à essence, une combustion plus complète du carburant est obtenue, en particulier dans des conditions transitoires. Dans les moteurs diesel, une alimentation en air supplémentaire vous permet de repousser les limites de la fumée, c'est-à-dire traiter les émissions de particules de suie.

Moteur turbo diesel

Les moteurs diesel sont beaucoup plus adaptés à la suralimentation en général et au turbocompresseur en particulier. Contrairement aux moteurs à essence, où la pression de suralimentation est limitée par le danger de détonation, ils ne sont pas conscients de ce phénomène. Un moteur diesel peut être mis sous pression jusqu'à la limite des contraintes mécaniques dans ses mécanismes. De plus, l'absence d'un étranglement d'air d'admission et un niveau de compression élevé fournissent une pression d'échappement plus élevée et une température plus basse par rapport aux moteurs à essence. Les turbocompresseurs sont plus faciles à fabriquer, ce qui est payant avec un certain nombre d'inconvénients inhérents. À bas régime, la quantité de gaz d'échappement est faible, respectivement, l'efficacité du compresseur est faible. En outre, un moteur turbocompressé a généralement un soi-disant Turboyama.

Turbo rotor en céramique en métal

La principale difficulté est la température élevée des gaz d'échappement. Un rotor de turbine en métal céramique est environ 20% plus léger que ceux fabriqués à partir d'alliages résistants à la chaleur. Et il a également un moment d'inertie plus faible. Jusqu'à récemment, la durée de vie de l'ensemble de l'appareil était limitée à la vie du camp. Il s'agissait essentiellement de bagues en forme de vilebrequin qui étaient lubrifiées avec de l'huile sous pression. L'usure de ces roulements conventionnels était, bien sûr, importante, mais les roulements sphériques ne pouvaient pas résister aux vitesses énormes et aux températures élevées. La solution a été trouvée lorsqu'il a été possible de développer des roulements à billes en céramique. L'utilisation de la céramique n'est cependant pas surprenante, les roulements sont remplis d'un apport constant de lubrifiant. Se débarrasser des défauts du turbocompresseur permet non seulement de réduire l'inertie du rotor. Mais aussi l'utilisation de circuits de contrôle de pression de suralimentation supplémentaires, parfois assez complexes.

Le principe de fonctionnement d'un turbo

Les tâches principales dans ce cas sont de réduire la pression à haut régime et de l'augmenter à bas régime. Tous les problèmes peuvent être complètement résolus à l'aide d'une turbine à géométrie variable, d'une turbine à tuyère variable. Par exemple, avec des lames mobiles, dont les paramètres peuvent être modifiés sur une large plage. Le principe de fonctionnement du turbocompresseur VNT est d'optimiser le flux des gaz d'échappement dirigés vers la roue de turbine. À bas régime et à faible volume d'échappement, le turbocompresseur VNT dirige tout le flux d'échappement vers la roue de la turbine. Augmentant ainsi sa puissance et sa pression. À des vitesses élevées et des débits de gaz élevés, le turbocompresseur VNT place les pales mobiles en position ouverte. Une augmentation de la section transversale et l'élimination de certains gaz d'échappement de la roue.

Protection moteur turbo

Protection contre les vitesses excessives et maintien de la pression de suralimentation au niveau requis du moteur, éliminant la surcharge. En plus des systèmes d'amplification simples, l'amplification à deux étages est courante. Le premier étage, qui entraîne le compresseur, fournit une amplification efficace à bas régime. Et le second, un turbocompresseur, utilise l'énergie des gaz d'échappement. Dès que le groupe motopropulseur atteint une vitesse suffisante pour le fonctionnement normal de la turbine, le compresseur s'arrête automatiquement et lorsqu'il tombe, il redémarre. De nombreux fabricants installent deux turbocompresseurs sur leurs moteurs à la fois. Ces systèmes sont appelés biturbo ou twinturbo. Il n'y a pas de différence fondamentale entre eux, à une exception près. Biturbo implique l'utilisation de turbines de différents diamètres, et donc de productivité. De plus, l'algorithme pour leur inclusion peut être à la fois parallèle et séquentiel.

Questions et réponses

A quoi sert la turbocompression ? L'augmentation de la pression d'air frais dans le cylindre assure une meilleure combustion du mélange air-carburant, ce qui augmente la puissance du moteur.

Que signifie moteur turbocompressé ? Dans la conception d'une telle unité de puissance, il existe un mécanisme qui fournit un flux d'air frais amélioré dans les cylindres. Pour cela, un turbocompresseur ou une turbine est utilisé.

Comment fonctionne la turbocompression sur une voiture ? Les gaz d'échappement font tourner la roue de la turbine. À l'autre extrémité de l'arbre, une roue de pompage est fixée, installée dans le collecteur d'admission.