Le principe de fonctionnement du turbocompresseur et sa conception

Un turbocompresseur (turbine) est un mécanisme utilisé dans les voitures pour forcer l'air dans les cylindres d'un moteur à combustion interne. Dans ce cas, la turbine est entraînée uniquement par le flux de gaz d'échappement. L'utilisation d'un turbocompresseur vous permet d'augmenter la puissance du moteur jusqu'à 40% tout en conservant sa taille compacte et sa faible consommation de carburant.

Comment la turbine est disposée, le principe de son fonctionnement

Le turbocompresseur standard se compose de :

1. Logement Fabriqué en acier résistant à la chaleur. Il a une forme hélicoïdale avec deux tubes orientés différemment munis de brides pour l'installation dans un système de pressurisation.
2. Roue de turbine. Il convertit l'énergie de l'échappement en rotation de l'arbre sur lequel il est rigidement fixé. Fabriqué à partir de matériaux résistants à la chaleur.
3. Roue de compresseur. Il reçoit la rotation de la roue de turbine et pompe l'air dans les cylindres du moteur. La roue du compresseur est souvent en aluminium, ce qui réduit les pertes d'énergie. Le régime de température dans cette zone est proche de la normale et l'utilisation de matériaux résistants à la chaleur n'est pas nécessaire.
4. Arbre de turbine. Relie les roues de turbine (compresseur et turbine).
5. Paliers lisses ou roulements à billes. Nécessaire pour connecter l'arbre dans le boîtier. La conception peut être équipée d'un ou deux supports (roulements). Ces derniers sont lubrifiés par le circuit de graissage général du moteur.
6. soupape de dérivation. PConçu pour réguler le débit des gaz d'échappement agissant sur la roue de turbine. Cela vous permet de contrôler la puissance de suralimentation. Vanne avec actionneur pneumatique. Sa position est contrôlée par l'ECU du moteur, qui reçoit un signal du capteur de vitesse.

Le principe de base du fonctionnement de la turbine dans les moteurs essence et diesel est le suivant :

• Les gaz d'échappement sont dirigés vers le carter du turbocompresseur où ils agissent sur les aubes de turbine.
• La roue de turbine commence à tourner et à accélérer. La vitesse de rotation de la turbine à grande vitesse peut atteindre 250 000 tr/min.
• Après avoir traversé la roue de turbine, les gaz d'échappement sont rejetés dans le système d'échappement.
• La roue du compresseur tourne en synchronisation (car elle est sur le même arbre que la turbine) et dirige le flux d'air comprimé vers le refroidisseur intermédiaire puis vers le collecteur d'admission du moteur.

Caractéristiques des turbines

Par rapport à un compresseur mécanique entraîné par un vilebrequin, l'avantage d'une turbine est qu'elle ne puise pas l'énergie du moteur, mais utilise l'énergie de ses sous-produits. Il est moins cher à fabriquer et moins cher à utiliser.

Bien que techniquement, la turbine d'un moteur diesel soit essentiellement la même que celle d'un moteur à essence, elle est plus courante dans un moteur diesel. La caractéristique principale est les modes de fonctionnement. Par conséquent, des matériaux moins résistants à la chaleur peuvent être utilisés pour un moteur diesel, puisque la température des gaz d'échappement est en moyenne de 700 °C dans les moteurs diesel et de 1000 °C dans les moteurs à essence. Cela signifie qu'il n'est pas possible d'installer une turbine diesel sur un moteur à essence.

D'autre part, ces systèmes ont également différents niveaux de pression de suralimentation. Dans ce cas, il faut tenir compte du fait que le rendement de la turbine dépend de ses dimensions géométriques. La pression de l'air insufflé dans les cylindres est la somme de deux parties : 1 pression atmosphérique plus la surpression créée par le turbocompresseur. Elle peut être de 0,4 à 2,2 atmosphères ou plus. Etant donné que le principe de fonctionnement de la turbine dans un moteur diesel permet d'absorber plus de gaz d'échappement, la conception d'un moteur à essence ne peut pas être installée même dans les moteurs diesel.

Types et durée de vie des turbocompresseurs

Le principal inconvénient de la turbine est l'effet "turbo lag" qui se produit à bas régime. Il représente une temporisation en réponse à un changement de régime moteur. Pour pallier cette lacune, différents types de turbocompresseurs ont été développés :

• Système à double volute. La conception prévoit deux canaux séparant la chambre de la turbine et, par conséquent, le flux des gaz d'échappement. Cela garantit des temps de réponse plus rapides, une efficacité maximale de la turbine et empêche le colmatage des orifices d'échappement.
• Turbine à géométrie variable (tuyère à géométrie variable). Cette conception est la plus couramment utilisée dans les moteurs diesel. Il permet de modifier la section de l'entrée de la turbine grâce à la mobilité de ses aubes. La modification de l'angle de rotation vous permet d'ajuster le débit des gaz d'échappement, ajustant ainsi la vitesse des gaz d'échappement et la vitesse du moteur. Dans les moteurs à essence, on trouve souvent des turbines à géométrie variable dans les voitures de sport.

L'inconvénient des turbocompresseurs est la fragilité de la turbine. Pour les moteurs à essence, il s'agit d'une moyenne de 150 000 kilomètres. En revanche, la ressource turbine d'un moteur diesel est légèrement plus longue et atteint en moyenne 250 000 kilomètres. Avec une conduite prolongée à grande vitesse, ainsi qu'avec un mauvais choix d'huile, la durée de vie peut être réduite de deux, voire trois fois.

Selon le fonctionnement de la turbine dans un moteur à essence ou diesel, les performances peuvent être évaluées. Le signal à vérifier est l'apparition de fumée bleue ou noire, une diminution de la puissance du moteur, ainsi que l'apparition d'un sifflement et d'un râle. Pour éviter les pannes, il est nécessaire de changer l'huile, les filtres à air et d'effectuer un entretien régulier dans le temps.