Le contenu de l'article :
- Un peu d'histoire et de théorie générale
- Méthodes de compression
- Principes de fonctionnement du turbocompresseur d'air automobile
- Avantages et inconvénients
- Caractéristiques du travail sur les moteurs à essence
Depuis le développement du moteur à combustion interne, les ingénieurs ont été confrontés à la tâche d'augmenter ses caractéristiques de puissance. Résoudre ce problème en installant plus de cylindres entraîne un certain nombre de problèmes tels qu'une augmentation de la taille et du poids du moteur, par conséquent, ce n'est pas optimal.
Même à l'aube de l'industrie automobile, en 1905, une solution fondamentalement différente a été proposée : augmenter la puissance du moteur en y injectant de l'air supplémentaire... L'une des options pour cette solution est un turbocompresseur.
Un peu d'histoire et de théorie générale sur la turbine
Sur la photo est un turbocompresseur
Pour comprendre le rôle d'un turbocompresseur, il suffit de rappeler que les voitures équipées d'un moteur à combustion interne pouvaient atteindre des vitesses allant jusqu'à 200 km/h dès 1909.
Le chiffre a l'air fantastique jusqu'au moment où un autre chiffre apparaît à côté : le volume du moteur qui a fourni à la voiture cette vitesse était de… 28 litres ! Naturellement, il ne pouvait être question de production en série de tels monstres : ils ne pourraient tout simplement pas être entretenus sans un équipement dimensionnel spécial.
Et pour que le véhicule devienne disponible pour le grand nombre de consommateurs et ne se transforme pas en un analogue d'une locomotive à vapeur, le volume du moteur aurait dû être réduit, tout en en extrayant la puissance maximale, si possible.
L'idée d'un compresseur de débit d'air supplémentaire a permis d'augmenter la puissance du moteur de cinquante pour cent. Il n'est pas difficile de comprendre les principaux points qui déterminent l'action d'un ensemble technique si l'on connaît les principes de fonctionnement d'un moteur automobile basé sur un moteur à combustion interne.
Pour le fonctionnement efficace du moteur à combustion, le pourcentage du rapport air/carburant dans la chambre de combustion est important. La limitation naturelle du volume du mélange air-carburant est le volume de la chambre, où ce mélange pénètre du fait de la chute de pression à la course d'admission du carburant et où il s'enflamme.
Si vous augmentez la quantité de mélange de carburant dans la chambre, plus de puissance sera obtenue lors de sa combustion, ce qui augmentera les capacités de la voiture. L'alimentation du mélange dans la chambre sous pression (compression) permet d'y parvenir.
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Méthodes de compression
Tout au long de l'histoire de l'industrie automobile, les concepteurs ont créé divers dispositifs de compression d'air. Quelque chose est resté dans les pages de l'histoire, quelque chose a traversé le creuset de l'amélioration et a survécu jusqu'à ce jour. Il existe maintenant quatre façons principales de forcer l'air dans la chambre de combustion :
- pressurisation mécanique - produite par le travail du vilebrequin et est à l'origine de toutes les autres solutions d'ingénierie;
- turbocompresseur - un surcompresseur à mélange d'air qui fonctionne en raison de la différence de pression entre le compresseur et les gaz d'échappement;
- turbocompresseur électrique - une méthode d'injection d'air avec un compresseur électrique;
- suralimentation combinée - un appareil qui combine le travail de suralimentation mécanique et turbo.
Principes de fonctionnement du turbocompresseur d'air automobile
Sur la photo, un schéma du fonctionnement du turbocompresseur à air
Il existe une relation directe entre le volume d'air dans les cylindres du moteur et le volume de carburant brûlé dans la chambre de combustion interne. Dans ce cas, plus les gaz d'échappement ont d'énergie, plus le couple reçu par les roues de turbine et, par conséquent, le compresseur lui-même est important.
Un problème particulier dans la conception d'un turbocompresseur est le choix du matériau à partir duquel il est fabriqué. Les aubes de la turbine tournent à plus de dix mille tours par minute et peuvent chauffer jusqu'à mille degrés. Le problème de refroidissement est en partie résolu par l'ajout d'un débit d'air supplémentaire.
Typiquement, un turbocompresseur est équipé d'un anneau d'aube spécial, qui est non seulement capable de maintenir une pression fixe dans la masse de gaz d'échappement, mais également de réguler l'état de ce flux. Autrement dit, les turbocompresseurs ont actuellement pour fonction de modifier la géométrie interne de la turbine.
Expliquons plus en détail. Lorsque le régime moteur est faible et que le débit de gaz d'échappement est faible, la turbine, en réduisant sa section interne, augmente le débit de gaz d'échappement allant à la roue. Si le régime moteur est élevé, le débit de la turbine augmente en raison de l'augmentation de la section transversale, et, par conséquent, la densité de flux des gaz d'échappement qui la traversent diminue.
Avec cette commande « intelligente », la plage sur laquelle le turbo est efficace est considérablement élargie. De plus, les émissions nocives dans l'atmosphère sont réduites et la consommation de carburant est réduite.
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Avantages et inconvénients d'un turbocompresseur dans une voiture
Quels sont les avantages des turbocompresseurs
Contrairement aux premiers modèles de compresseurs mécaniques, qui fonctionnaient à partir du vilebrequin et utilisaient donc une partie de la puissance du moteur, le fonctionnement des turbocompresseurs utilise essentiellement l'énergie "cadeau" des gaz d'échappement.
Pour cette raison les turbocompresseurs sont certainement une solution d'ingénierie plus efficace.
De plus, le turbocompresseur se caractérise par des caractéristiques de performance plus élevées. À partir d'un litre de moteur, il peut "presser" jusqu'à trois cents chevaux.
Si le moteur est équipé d'un turbocompresseur, jusqu'à 40 pour cent sont ajoutés à sa puissance. Dans le même temps, il y a des économies de carburant importantes.
Si nous parlons d'efficacité, alors le travail du turbo boost est "plus": avec une augmentation de la taille du moteur, son efficacité diminue en raison des pertes par friction et d'une diminution de l'efficacité thermique; par conséquent, plus la taille du moteur est petite (ce qui est exactement ce qui donne la présence de suralimentation), plus son efficacité est élevée.
Inconvénients des turbocompresseurs
La conception donnée présente également des inconvénients et le propriétaire de la voiture doit en être conscient.
- A bas régime, le turbo n'est pas très efficace. Ceci est naturel - la basse pression des gaz d'échappement n'est pas en mesure de "propulser" le volume d'air requis dans la chambre.
Ce problème est en partie résolu avec succès grâce à la fonction de modification de la géométrie de la turbine en fonction de l'intensité du moteur et de la densité du flux de gaz d'échappement.
- Un autre "moins" important est le soi-disant « Effet de décalage du turbo », lorsque le conducteur appuie sur l'accélérateur, mais au premier moment la voiture ne semble pas y réagir. Lisez en détail ce qu'est un décalage turbo et pourquoi il se produit.
L'effet est causé par le fait que sans une connexion mécanique rigide entre le moteur et le compresseur, un écart survient inévitablement entre l'effet du fonctionnement du compresseur et la puissance requise, qui est définie par le conducteur lorsque la pédale d'accélérateur est enfoncée. L'inertie de la turbine fait "chuter" le régime moteur.
Les experts combattent cet effet indésirable en réglant le moteur à l'aide d'une charge électrique supplémentaire ou en installant un deuxième turbocompresseur.
- Après avoir éteint la turbine, elle ne doit pas s'arrêter immédiatement.La vitesse élevée de la roue à aubes exige qu'après l'arrêt de la voiture, la turbine ait fonctionné pendant un certain temps au "ralenti" et se soit refroidie. Sinon, l'appareil devient très rapidement inutilisable.
Afin d'éviter cela, le turbocompresseur est équipé d'un temporisateur turbo, qui est programmé pour faire tourner la turbine au ralenti pendant un certain temps après l'arrêt du véhicule.
Si la voiture est « finie » par une méthode artisanale et est équipée d'une turbine sans turbo temporisateur, l'automobiliste devra veiller à son bon refroidissement et à son arrêt après l'arrêt du moteur.
- Finalement, les turbocompresseurs ne sont pas l'unité technique la moins chère dans une voiture, car il nécessite une grande précision de travail et a pour fonction de changer la géométrie de la turbine en fonction de la densité d'écoulement des gaz d'échappement.
Caractéristiques du travail sur les moteurs à essence
Le turbocompresseur pour moteurs à essence est efficace sur les moteurs à injection. Si vous souhaitez installer cette unité sur un moteur à carburateur, cela nécessitera un certain nombre de modifications - du réglage du niveau de la chambre du flotteur au remplacement des buses par une section plus grande.
Si l'appareil est installé sur un moteur à injection, le travail se limitera à un nouveau firmware.
Les turbocompresseurs ont fait leurs preuves. Ce n'est pas pour rien que la plupart des voitures de sport en sont équipées. Cette unité technique est utilisée à la fois au stade de la production automobile et dans une situation où le propriétaire de la voiture souhaite effectuer le réglage de la voiture. Le haut niveau d'efficacité et un certain nombre de solutions trouvées pour éliminer l'effet turbo lag font de l'utilisation d'un turbocompresseur la plus efficace au niveau des autres méthodes d'augmentation de la pression dans la chambre de combustion.
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