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Qu'est-ce que la suralimentation

Sans aucun doute, chacun de nous au moins une fois dans sa vie a remarqué une plaque signalétique «turbo» sur une voiture d'apparence ordinaire. Les fabricants, comme exprès, fabriquent ces plaques signalétiques de petite taille et les placent dans des endroits discrets afin qu'un passant non initié ne le remarque pas et ne passe pas. Et une personne compréhensive s'arrêtera certainement et s'intéressera à une voiture. Voici un résumé des raisons de ce comportement.

Les concepteurs automobiles (depuis la naissance de ce métier) 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 brûlée par cycle de travail. Plus nous brûlons de carburant, plus nous avons de puissance. Et, disons, nous voulions augmenter le «nombre de chevaux» sous le capot - comment faire? C'est là que les problèmes nous attendent.

Le turbocompresseur se compose de deux «escargots» - les gaz d'échappement traversent l'un et le second «pompe» l'air dans les cylindres.



turbocompresseur

Le fait est que l'oxygène est nécessaire à la combustion du carburant. Donc, dans les cylindres, il n'y a pas de carburant brûlé, mais le mélange air-carburant. Mélanger le carburant avec l'air non pas à l'œil, mais dans un certain rapport. Par exemple, pour les moteurs à essence, 14 à 15 parties d'air sont utilisées pour une partie du carburant, selon le mode de fonctionnement, la composition du carburant et d'autres facteurs.

Comme nous pouvons le voir, beaucoup d'air est 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 classiques l'aspirent d'eux-mêmes en raison des différences de pression dans le cylindre et dans l'atmosphère. La dépendance est simple - plus le volume de la bouteille est grand, plus il y a d'oxygène à chaque cycle. C’est ce que les Américains ont fait, libérant d’énormes moteurs avec une consommation de carburant à couper le souffle. Existe-t-il un moyen d'amener plus d'air dans le même volume?

turbocompresseur

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 cela, l'air passe à travers le refroidisseur intermédiaire et est refroidi - vous pouvez donc augmenter sa densité.

Il existe, et pour la première fois, il a été inventé par M. Gottlieb Wilhelm Daimler (Gottlieb Wilhelm Daimler). Nom de famille familier? Pourtant, c'est elle qui est utilisée sous le nom de DaimlerChrysler. Donc, cet Allemand pensait assez bien dans les moteurs et en 1885, il a compris comment y injecter plus d'air. Il a supposé pomper de l'air dans les cylindres à l'aide d'un compresseur, qui était un ventilateur (compresseur), qui recevait une rotation directement de l'arbre du moteur et entraînait de l'air comprimé dans les cylindres.

L'inventeur suisse Alfred J. Büchi est allé encore plus loin. Il a dirigé le développement des moteurs diesel chez Sulzer Brothers, et il détestait fortement que les moteurs étaient gros et lourds, et développaient peu de puissance. Il ne voulait pas non plus prendre l'énergie du «moteur» pour faire tourner le compresseur d'entraînement. Par conséquent, en 1905, M. Buchi a breveté le premier dispositif d'injection au monde, qui utilisait l'énergie des gaz d'échappement comme dispositif de propulsion. Autrement dit, il est venu avec un turbocompresseur.

turbocompresseur

L'idée d'un Suisse intelligent est simple, comme tout brillant. Comme les vents font tourner les ailes du moulin, les gaz d'échappement font tourner la roue avec les pales. La seule différence est que la roue est très petite et qu'il y a beaucoup de lames. Une roue à aubes est appelée rotor de turbine et s'adapte sur un arbre avec la roue du compresseur. Donc, conditionnellement, un turbocompresseur peut être divisé en deux parties - un rotor et un compresseur. Le rotor reçoit la rotation des gaz d'échappement et le compresseur qui y est connecté, fonctionnant comme un «ventilateur», pompe de l'air supplémentaire dans les cylindres. Toute cette conception délicate est appelée turbocompresseur (du latin turbo - vortex et compressio - compression) ou turbocompresseur.

turbocompresseur

Dans un moteur turbo, l'air qui entre dans les cylindres doit souvent être refroidi en plus - puis sa pression peut être augmentée en injectant plus d'oxygène dans le cylindre. En effet, il est plus facile de comprimer de l'air froid (déjà dans le cylindre moteur) que chaud.

L'air traversant la turbine est chauffé par compression, ainsi que par les pièces d'un turbocompresseur chauffées par les gaz d'échappement. L'air fourni au moteur est refroidi à l'aide d'un soi-disant intercooler (intercooler). Il s'agit d'un radiateur monté sur le trajet d'air du compresseur aux cylindres du moteur. En le traversant, il donne sa chaleur à l'atmosphère. Et l'air froid est plus dense - ce qui signifie qu'il peut être encore plus enfoncé dans le cylindre.

Plus les gaz d'échappement pénètrent dans la turbine, plus elle tourne vite et plus il y a d'air supplémentaire dans les cylindres, plus la puissance est élevée. L'efficacité de cette solution par rapport, par exemple, à un compresseur de suralimentation est que très peu d'énergie du moteur est dépensée en boosting «self-service» - seulement 1,5%. Le fait est que le rotor de la turbine reçoit de l'énergie des gaz d'échappement non pas en raison de leur décélération, mais en raison de leur refroidissement - après la turbine, les gaz d'échappement continuent de se déplacer rapidement, mais sont plus froids. De plus, l'énergie gratuite dépensée pour comprimer l'air augmente l'efficacité du moteur. Et la capacité de retirer plus de puissance d'un volume de travail plus petit signifie moins de perte de friction, moins de poids du moteur (et de la machine dans son ensemble). Tout cela rend les voitures turbocompressées plus économiques par rapport à leurs homologues atmosphériques de puissance égale. Il semblerait que le bonheur soit là. Mais non, pas si simple. Les problèmes viennent de commencer.

turbocompresseur

D'une part, la vitesse de rotation de la turbine peut atteindre 200 000 tours par minute, et d'autre part, la température des gaz chauds atteint, essayez d'imaginer 1000 ° C! Qu'est-ce que tout cela signifie? Il est très coûteux et difficile de fabriquer un turbocompresseur capable de supporter de telles charges faibles pendant longtemps.

turbocompresseur

Pour ces raisons, la turbocompression n'a été répandue que pendant la Seconde Guerre mondiale, et même alors uniquement dans l'aviation. Dans les années 50, la société américaine Caterpillar parvient à l'adapter à ses tracteurs et les artisans de Cummins conçoivent les premiers turbodiesels pour leurs camions. Les moteurs turbo sont apparus sur les voitures particulières en série encore plus tard. Cela s'est produit en 1962, lorsque presque simultanément ont vu la lumière d'Oldsmobile Jetfire et de Chevrolet Corvair Monza.

Mais la complexité et le coût élevé de la conception ne sont pas les seuls inconvénients. Le fait est que l'efficacité d'une turbine dépend fortement du régime moteur. À bas régime, il y a peu de gaz d'échappement, le rotor tourne légèrement et le compresseur ne souffle presque pas d'air supplémentaire dans les cylindres. Par conséquent, il arrive que jusqu'à trois mille tours par minute le moteur ne tire pas du tout, et alors seulement, après quatre à cinq mille, il «tire». Cette mouche dans la pommade est appelée turboyama. De plus, plus la turbine est grande, plus elle tournera longtemps. Par conséquent, les moteurs avec une puissance spécifique très élevée et des turbines à haute pression souffrent en général d'un turbojama en premier lieu. Mais pour les turbines qui créent une basse pression, il n'y a presque pas de défaillances de tirage, mais elles n'augmentent pas beaucoup non plus.

Il existe des conceptions plus sophistiquées. Par exemple, les ingénieurs ont eu l'idée d'installer non pas une mais deux turbines sur un moteur. L'un fonctionne à bas régime, créant une traction sur le «fond», et le second s'allume plus tard. Cette solution a été appelée twin-turbo et a permis de tuer deux oiseaux avec une pierre - le turbo-joug et le problème du manque de puissance. À la fin du siècle dernier, les voitures avec un schéma de connexion de turbine en série avaient une certaine popularité, elles étaient produites par Nissan, Toyota, Mazda et même Porsche. Cependant, en raison de la complexité de la conception des paupières de ces appareils, elle a été de courte durée et d'autres idées se sont répandues.

Par exemple, la suralimentation parallèle ou biturbo. C'est-à-dire qu'au lieu d'une turbine, deux petites turbines identiques sont installées, qui fonctionnent indépendamment l'une de l'autre. L'idée est la suivante: plus la turbine est petite, plus elle tourne vite, plus le moteur est «réactif». En règle générale, deux petites turbines étaient placées sur des moteurs en V, une pour chaque moitié.

Une autre option est celle des turbines à deux "escargots" ou à double scroll. L'un d'eux (légèrement plus grand) reçoit les gaz d'échappement de la moitié des cylindres du moteur, le second (légèrement plus petit) - de la seconde moitié des cylindres. Les deux fournissent des gaz à une turbine, la faisant tourner efficacement à des vitesses faibles et élevées.

turbocompresseur

Mais les concepteurs ne se sont pas calmés non plus. Naturellement, plutôt que de clôturer deux turbines, il est beaucoup plus facile d'en gérer une. Il suffit de faire en sorte que la turbine fonctionne également efficacement sur toute la plage de régime. 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 sur toute la plage de régime. Ces idées sont dans l'air depuis des décennies, mais elles ont pu les réaliser relativement récemment. De plus, des turbines à géométrie variable sont apparues pour la première fois sur les moteurs diesel, heureusement, la température du gaz y est beaucoup plus basse. Et à partir de voitures à essence, la première a essayé une telle Porsche 911 Turbo.

turbocompresseur

La conception des moteurs turbo a été évoquée pendant longtemps, et récemment leur popularité a considérablement augmenté. De plus, les turbocompresseurs se sont avérés prometteurs non seulement dans le sens de la suralimentation des moteurs, mais également du point de vue de l'augmentation de l'efficacité et de la pureté des gaz d'échappement. Cela est particulièrement vrai pour les moteurs diesel. Un diesel rare aujourd'hui ne porte pas le préfixe "turbo". Eh bien, l'installation d'une turbine sur des moteurs à essence vous permet de transformer une voiture d'apparence ordinaire en un véritable "plus léger". Celui avec une petite plaque signalétique "turbo" à peine perceptible.