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Qu'est-ce qu'un turbocompresseur?

Sans aucun doute, chacun de nous au moins une fois dans ma vie a remarqué sur la voiture habituelle avec une plaque signalétique "turbo". Les producteurs, comme s'ils le faisaient exprès, fabriquaient ces petites assiettes et les plaçaient dans des endroits discrets afin que les passants non initiés ne s'en aperçoivent pas et passent. Une personne qui comprend par tous les moyens s'arrête et s'intéresse à une voiture. Voici une histoire sur les raisons de ce comportement.

Les concepteurs automobiles (depuis la naissance de cette profession) sont constamment préoccupés par le problème de l'augmentation de la puissance des moteurs. Les lois de la physique disent que la puissance du moteur dépend directement de la quantité de carburant brûlé dans un cycle de travail. Le plus de carburant que nous brûlons, plus de puissance. Et, disons, nous voulions augmenter le «nombre de chevaux» sous le capot - comment le faire? Ensuite, nous sommes confrontés à des problèmes.

Le turbocompresseur se compose de deux "escargots" - l'un passe les gaz d'échappement, et le second "pompe" l'air dans les cylindres.



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La chose est que l'oxygène est nécessaire pour brûler le carburant. Donc, dans les cylindres, pas le carburant brûle, mais le mélange carburant-air. Il n'est pas nécessaire d'interférer avec le carburant avec l'air, pas dans les yeux, mais dans un certain rapport. Par exemple, pour les moteurs à essence, une partie du carburant est censée avoir 14 à 15 parties d'air, selon le mode de fonctionnement, la composition du carburant et d'autres facteurs.

Comme nous le voyons, l'air est très nécessaire. Si nous augmentons l'approvisionnement en carburant (ce n'est pas un problème), nous devrons également augmenter considérablement l'approvisionnement en air. Les moteurs conventionnels l'aspirent d'eux-mêmes en raison de la différence de pression dans le cylindre et dans l'atmosphère. La dépendance devient droite - plus le volume du cylindre est grand, plus il aura d'oxygène à chaque cycle. De même que les Américains, libérant des moteurs énormes avec une consommation de carburant stupéfiante. Y at-il un moyen de conduire plus d'air dans le même volume?

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Les gaz d'échappement du moteur font tourner le rotor de la turbine qui, à son tour, entraîne le compresseur qui pompe l'air comprimé dans les cylindres. Avant que cela se produise, l'air passe à travers le refroidisseur intermédiaire et se refroidit - de sorte que vous pouvez augmenter sa densité.

Il y a, et pour la première fois inventé par son Monsieur Gottlieb Wilhelm Daimler (Gottlieb Wilhelm Daimler). Un nom familier? Pourtant, il est utilisé dans le nom DaimlerChrysler. Donc, cet allemand est très bon à penser à des moteurs et en 1885 est venu avec la façon de conduire plus d'air en eux. Il a supposé pomper de l'air dans les cylindres à l'aide d'un surpresseur, qui était un ventilateur (compresseur), qui a reçu une rotation directement de l'arbre du moteur et a forcé l'air comprimé dans les cylindres.

L'ingénieur-inventeur suisse Alfred J. Büchi est allé encore plus loin. Il a dirigé le développement des moteurs diesel dans la société Sulzer Brothers, et il n'a pas aimé catégoriquement que les moteurs étaient gros et lourds, et la puissance développée peu. Pour enlever l'énergie du «moteur» pour faire tourner le compresseur d'entraînement, il ne voulait pas non plus. Par conséquent, en 1905, M. Büchi a breveté le premier dispositif d'injection au monde, qui utilisait les gaz d'échappement comme propulseur. En termes simples, il est venu avec un turbocompresseur.

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L'idée d'un Suisse intelligent est simple, comme tout ingénieux. Comme les vents font tourner les ailes du moulin, les gaz d'échappement font tourner la roue avec les lames. La seule différence est que la roue est très petite et qu'il y a beaucoup de pales. Une roue avec des lames est appelée un rotor de turbine et est plantée sur un axe avec une roue de compresseur. Ainsi, classiquement, le turbocompresseur peut être divisé en deux parties: le rotor et le compresseur. Le rotor reçoit la rotation des gaz d'échappement, et le compresseur connecté à lui, fonctionnant comme un «ventilateur», injecte de l'air supplémentaire dans les cylindres. Tout ce design délicat s'appelle un turbocompresseur (des mots latins turbo - vortex et compressio - compression) ou turbocompresseur.

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Dans un turbomoteur, l'air qui entre dans les cylindres doit souvent être davantage refroidi - alors sa pression peut être augmentée en injectant plus d'oxygène dans le cylindre. Il est plus facile de presser de l'air froid (déjà dans le cylindre ICE) que chaud.

L'air passant à travers la turbine est chauffé par compression, ainsi que des pièces turbo chauffées par les gaz d'échappement. L'air fourni au moteur est refroidi au moyen d'un intercooler (intercooler). Ceci est un radiateur installé dans le chemin d'air du compresseur aux cylindres du moteur. En passant à travers, il donne sa chaleur à l'atmosphère. Et l'air froid est plus dense - cela signifie qu'il peut être enfoncé dans le cylindre encore plus.

Plus le gaz d'échappement entre dans la turbine, plus il tourne vite et plus l'air supplémentaire entre dans les cylindres, plus la puissance est élevée. L'efficacité de cette solution comparée, par exemple, à un suralimenteur est que seule une petite partie de l'énergie du moteur est dépensée en "self-service" du surcompresseur - seulement 1,5%. Le fait est que le rotor de la turbine reçoit l'énergie des gaz d'échappement non pas au détriment de leur décélération, mais en raison de leur refroidissement - après la turbine, les gaz d'échappement sont toujours rapides, mais plus froids. De plus, l'énergie libre dépensée pour la compression de l'air augmente le rendement du moteur. Et la capacité à retirer plus de puissance d'une plus petite capacité signifie moins de perte de charge, moins de poids du moteur (et de la voiture dans son ensemble). Tout cela rend les voitures turbo-chargées plus économiques par rapport à leurs homologues atmosphériques de puissance égale. Il semblerait, ici c'est, le bonheur. Mais non, ce n'est pas si simple. Les problèmes viennent de commencer.

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Premièrement, la vitesse de rotation de la turbine peut atteindre 200 000 tr / min, d'autre part, la température des gaz incandescents atteint, essayez juste d'imaginer, 1000 ° C! Qu'est-ce que tout cela signifie? Le fait que fabriquer un turbocompresseur capable de supporter une telle charge à long terme est très coûteux et pas facile.

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Pour ces raisons, la turbo-suralimentation s'est généralisée seulement pendant la Seconde Guerre mondiale, et même alors seulement dans l'aviation. Dans les années 1950, la société américaine Caterpillar a réussi à l'adapter à ses tracteurs, et les artisans Cummins ont conçu les premiers turbodiesels pour leurs camions. Sur les voitures de série, les turbo-moteurs sont apparus plus tard. Il est arrivé en 1962, quand presque simultanément vu la lumière de Oldsmobile Jetfire et Chevrolet Corvair Monza.

Mais la complexité et le coût élevé de la construction ne sont pas les seuls inconvénients. Le fait est que l'efficacité de la turbine dépend fortement de la vitesse du moteur. Aux faibles vitesses d'échappement, le rotor s'est légèrement desserré et le compresseur ne souffle presque plus d'air dans les cylindres. Par conséquent, il arrive que jusqu'à trois mille tours par minute le moteur ne tire pas du tout, et seulement alors, après quatre ou cinq mille "pousses". Cette mouche est appelée un turbojam. Et plus la turbine est grande, plus elle sera détordue longtemps. Par conséquent, les moteurs à très haute puissance spécifique et les turbines à haute pression, en général, souffrent d'un turboréacteur en premier lieu. Mais dans les turbines qui créent une basse pression, il n'y a presque pas de défaillances de poussée, mais elles n'augmentent pas beaucoup de puissance non plus.

Il y a aussi des designs plus sophistiqués. Par exemple, les ingénieurs ont pensé à installer sur le moteur non pas une, mais deux turbines. On travaille à bas régime, créant une traction sur les "fonds", et ce dernier est allumé plus tard. Cette décision a été appelée twin-turbo et permis de tuer deux oiseaux avec une pierre - et turbojam, et le problème de la pénurie d'électricité. À la fin du siècle dernier, les voitures avec un schéma de connexion séquentielle des turbines avaient une certaine popularité, elles ont été produites par Nissan, Toyota, Mazda et même Porsche. Cependant, en raison de la complexité de la conception des paupières de ces dispositifs, il s'est avéré être de courte durée, et d'autres idées ont été diffusées.

Par exemple, un turbo parallèle, ou biturbo. C'est-à-dire qu'au lieu d'une turbine, deux petites turbines identiques fonctionnent indépendamment l'une de l'autre. L'idée est la suivante: plus la turbine est petite, plus elle se déroule rapidement, plus le moteur est «réactif». En règle générale, deux petites turbines ont été placées sur des moteurs en V, une pour chaque «moitié».

Une autre option est une turbine avec deux "escargots", ou un double-rouleau. L'un d'entre eux (légèrement plus grand) extrait les gaz d'échappement de la moitié des cylindres du moteur, le second (légèrement plus petit) de la seconde moitié des cylindres. Tous les deux servent des gaz à une turbine, la filant efficacement à la fois à petit et à haut régime.

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Mais même sur ce point, les designers ne se sont pas calmés. Naturellement, que de fausser deux turbines, il est beaucoup plus facile d'en gérer une. Il est seulement nécessaire de faire fonctionner la turbine aussi efficacement dans toute la gamme des révolutions. Il y avait donc des turbines à géométrie variable. Ici, le plaisir commence. Selon la vitesse, les lames spéciales tournent et la forme de la buse varie. Le résultat est une "super turbine" qui fonctionne bien dans toute la plage de régime. Ces idées ont été dans l'air pendant plusieurs décennies, mais ils ont été réalisés relativement récemment. Et les premières turbines à géométrie variable sont apparues sur les moteurs diesel, bon, la température des gaz y est bien moindre. Et de voitures à essence, le premier essayé sur une telle turbine Porsche 911 Turbo.

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La construction de moteurs turbo a été évoquée depuis longtemps et leur popularité a récemment augmenté de façon spectaculaire. De plus, les turbocompresseurs se sont révélés prometteurs non seulement en termes de propulsion des moteurs, mais aussi en termes d'économie de carburant et de propreté des gaz d'échappement. Ceci est particulièrement vrai pour les moteurs diesel. Le diesel rare aujourd'hui ne porte pas le préfixe "turbo". Eh bien, l'installation d'une turbine pour les moteurs à essence vous permet de transformer une voiture d'apparence normale en un véritable "briquet". De même, avec une petite étiquette "turbo" à peine perceptible.