Comment fonctionnent les turbocompresseurs

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Galerie d'images: Turbocompresseurs Le système de turbocompresseur de la Mitsubishi Lancer Evolution IX. Voir plus de photos de turbocompresseur. YOSHIKAZU TSUNO / AFP / Getty Images

Quand les gens parlent de voitures de course ou de voitures de sport hautes performances, le sujet turbocompresseurs arrive généralement. Les turbocompresseurs apparaissent également sur les gros moteurs diesel. Un turbo peut augmenter considérablement la puissance d'un moteur sans augmenter considérablement son poids, ce qui est l'énorme avantage qui rend les turbos si populaires.!

Dans cet article, nous allons apprendre comment un turbocompresseur augmente la puissance d'un moteur tout en survivant à des conditions de fonctionnement extrêmes. Nous découvrirons également comment les clapets de décharge, les aubes de turbine en céramique et les roulements à billes aident les turbocompresseurs à faire encore mieux leur travail. Les turbocompresseurs sont un type de système d'induction forcée. Ils compresse l'air circulant dans le moteur (voir Fonctionnement des moteurs de voiture pour une description du flux d'air dans un moteur normal). L'avantage de la compression de l'air est qu'elle permet au moteur de presser plus d'air dans un cylindre, et plus d'air signifie que plus de carburant peut être ajouté. Par conséquent, vous obtenez plus de puissance à chaque explosion dans chaque cylindre. Un moteur turbocompressé produit globalement plus de puissance que le même moteur sans la charge. Cela peut considérablement améliorer le rapport puissance / poids du moteur (voir Comment fonctionne la puissance pour plus de détails).

-Afin d'obtenir cette poussée, le turbocompresseur utilise le débit d'échappement du moteur pour faire tourner un turbine, qui à son tour tourne un pompe à air. La turbine du turbocompresseur tourne à des vitesses pouvant atteindre 150 000 tours par minute (tr / min), soit environ 30 fois plus vite que la plupart des moteurs de voiture. Et comme il est relié à l'échappement, les températures dans la turbine sont également très élevées.

Continuez à lire pour savoir combien de puissance supplémentaire vous pouvez attendre de votre moteur si vous ajoutez un turbocompresseur.

Contenu
  1. Turbocompresseurs et moteurs
  2. Conception du turbocompresseur
  3. Pièces de turbocompresseur
  4. Utilisation de deux turbocompresseurs et plus de pièces de turbo
Emplacement du turbocompresseur dans la voiture.

L'un des moyens les plus sûrs d'augmenter la puissance d'un moteur est d'augmenter la quantité d'air et de carburant qu'il peut brûler. Une façon de faire est d'ajouter des cylindres ou d'agrandir les cylindres actuels. Parfois, ces changements peuvent ne pas être réalisables - un turbo peut être un moyen plus simple et plus compact d'ajouter de la puissance, en particulier pour un accessoire de rechange.

Les turbocompresseurs permettent à un moteur de brûler plus de carburant et d'air en emballant davantage dans les cylindres existants. La poussée typique fournie par un turbocompresseur est de 6 à 8 livres par pouce carré (psi). Étant donné que la pression atmosphérique normale est de 14,7 psi au niveau de la mer, vous pouvez voir que vous recevez environ 50% d'air en plus dans le moteur. Par conséquent, vous vous attendez à obtenir 50% de puissance en plus. Ce n'est pas parfaitement efficace, vous pourriez donc Amélioration de 30 à 40% au lieu.

Une cause de la inefficacité vient du fait que la puissance pour faire tourner la turbine n'est pas gratuite. Avoir une turbine dans le flux d'échappement augmente la restriction dans l'échappement. Cela signifie que sur la course d'échappement, le moteur doit pousser contre une contre-pression plus élevée. Cela soustrait un peu de puissance aux cylindres qui tirent en même temps.-

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Comment un turbocompresseur est installé dans une voiture Image courtoisie Garrett

Le turbocompresseur est boulonné au collecteur d'échappement du moteur. L'échappement des cylindres fait tourner le turbine, qui fonctionne comme un moteur à turbine à gaz. La turbine est reliée par un arbre au compresseur, qui est situé entre le filtre à air et le collecteur d'admission. Le compresseur pressurise l'air entrant dans les pistons.

À l'intérieur d'un turbocompresseur Image courtoisie Garrett

L'échappement des cylindres passe par le des aubes de turbine, faisant tourner la turbine. Plus il y a d'échappement qui traverse les pales, plus elles tournent vite.

À l'autre extrémité de l'arbre auquel la turbine est attachée, le compresseur pompe de l'air dans les cylindres. Le compresseur est un type de pompe centrifuge - il aspire l'air au centre de ses pales et le jette vers l'extérieur en tournant.

Afin de gérer des vitesses allant jusqu'à 150 000 tr / min, l'arbre de turbine doit être soutenu avec beaucoup de soin. La plupart des roulements exploseraient à des vitesses comme celle-ci, de sorte que la plupart des turbocompresseurs utilisent un palier fluide. Ce type de roulement supporte l'arbre sur une fine couche d'huile qui est constamment pompée autour de l'arbre. Cela sert à deux fins: il refroidit l'arbre et certaines des autres pièces du turbocompresseur, et il permet à l'arbre de tourner sans trop de friction.

Il existe de nombreux compromis impliqués dans la conception d'un turbocompresseur pour un moteur. Dans la section suivante, nous examinerons certains de ces compromis et verrons comment ils affectent les performances.

Trop de boost?

L'air étant pompé dans les cylindres sous pression par le turbocompresseur, puis étant davantage comprimé par le piston (voir Comment fonctionnent les moteurs de voiture pour une démonstration), il y a plus de risque de cognement.. Cognement se produit parce que lorsque vous compressez l'air, la température de l'air augmente. La température peut augmenter suffisamment pour enflammer le carburant avant que la bougie ne se déclenche. Les voitures équipées de turbocompresseurs doivent souvent fonctionner avec du carburant à indice d'octane plus élevé pour éviter les chocs. Si la pression de suralimentation est vraiment élevée, le taux de compression du moteur peut devoir être réduit pour éviter de cogner.

Les turbocompresseurs stimulent les moteurs à haute vitesse. © Photographe: Max Dimyadi | Agence: Dreamstime.com

L'un des principaux problèmes des turbocompresseurs est qu'ils ne fournissent pas une augmentation de puissance immédiate lorsque vous appuyez sur l'accélérateur. Il faut une seconde pour que la turbine atteigne sa vitesse avant que le suralimentation ne soit produit. Cela se traduit par une sensation de décalage lorsque vous appuyez sur l'accélérateur, puis la voiture fait un bond en avant lorsque le turbo se met en mouvement.

Une façon de réduire le turbo lag est de réduire le inertie des pièces tournantes, principalement en réduisant leur poids. Cela permet à la turbine et au compresseur d'accélérer rapidement et de commencer à fournir un boost plus tôt. Un moyen sûr de réduire l'inertie de la turbine et du compresseur est de réduire la taille du turbocompresseur. Un petit turbocompresseur fournira une poussée plus rapidement et à des régimes moteur inférieurs, mais peut ne pas être en mesure de fournir une augmentation importante à des régimes moteur plus élevés lorsqu'un très grand volume d'air entre dans le moteur. Il risque également de tourner trop rapidement à des régimes moteur plus élevés, lorsque de nombreux gaz d'échappement traversent la turbine..

La plupart des turbocompresseurs automobiles ont un Wastegate, ce qui permet l'utilisation d'un turbocompresseur plus petit pour réduire le décalage tout en l'empêchant de tourner trop rapidement à des régimes moteur élevés. La soupape de décharge est une soupape qui permet à l'échappement de contourner les aubes de turbine. La soupape de décharge détecte la pression de suralimentation. Si la pression devient trop élevée, cela pourrait indiquer que la turbine tourne trop rapidement, de sorte que la soupape de décharge contourne une partie de l'échappement autour des aubes de la turbine, ce qui permet aux aubes de ralentir..

Certains turbocompresseurs utilisent roulements à bille au lieu de paliers à fluide pour soutenir l'arbre de turbine. Mais ce ne sont pas vos roulements à billes ordinaires - ce sont des roulements ultra-précis fabriqués à partir de matériaux avancés pour gérer les vitesses et les températures du turbocompresseur. Ils permettent à l'arbre de turbine de tourner avec moins de friction que les paliers à fluide utilisés dans la plupart des turbocompresseurs. Ils permettent également d'utiliser une tige légèrement plus petite et plus légère. Cela aide le turbocompresseur à accélérer plus rapidement, réduisant encore plus le décalage du turbo.

Pales de turbine en céramique sont plus légers que les pales en acier utilisées dans la plupart des turbocompresseurs. Encore une fois, cela permet à la turbine de tourner pour accélérer plus rapidement, ce qui réduit le décalage du turbo.

Un coupé rotatif Mazda RX-8 équipé d'un système de turbocompresseur de rechange. TOSHIFUMI KITAMURA / AFP / Getty Images

Certains moteurs utilisent deux turbocompresseurs de différentes tailles. Le plus petit tourne très rapidement à la vitesse, ce qui réduit le décalage, tandis que le plus gros prend le relais à des régimes moteur plus élevés pour fournir plus de boost.

Lorsque l'air est comprimé, il chauffe; et lorsque l'air se réchauffe, il se dilate. Ainsi, une partie de l'augmentation de la pression d'un turbocompresseur est le résultat du chauffage de l'air avant qu'il n'entre dans le moteur. Afin d'augmenter la puissance du moteur, l'objectif est de faire entrer plus de molécules d'air dans le cylindre, pas nécessairement plus de pression d'air.

Une refroidisseur intermédiaire ou refroidisseur d'air est un composant supplémentaire qui ressemble à un radiateur, sauf que l'air passe à l'intérieur comme à l'extérieur de l'intercooler. L'air d'admission passe à travers des passages scellés à l'intérieur du refroidisseur, tandis que l'air plus froid de l'extérieur est soufflé à travers les ailettes par le ventilateur de refroidissement du moteur.

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L'intercooler augmente encore la puissance du moteur en refroidissant l'air sous pression sortant du compresseur avant qu'il n'entre dans le moteur. Cela signifie que si le turbocompresseur fonctionne à une suralimentation de 7 psi, le système à refroidissement intermédiaire mettra 7 psi d'air plus froid, qui est plus dense et contient plus de molécules d'air que l'air plus chaud..

Un turbocompresseur aide également à hautes altitudes, où l'air est moins dense. Les moteurs normaux connaîtront une puissance réduite à haute altitude car pour chaque course du piston, le moteur recevra une plus petite masse d'air. Un moteur turbocompressé peut également avoir une puissance réduite, mais la réduction sera moins spectaculaire car l'air plus mince est plus facile à pomper pour le turbocompresseur..

Les voitures plus anciennes équipées de carburateurs augmentent automatiquement le taux de carburant pour correspondre à l'augmentation du débit d'air entrant dans les cylindres. Les voitures modernes à injection de carburant le feront également jusqu'à un certain point. Le système d'injection de carburant repose sur des capteurs d'oxygène dans l'échappement pour déterminer si le rapport air / carburant est correct, de sorte que ces systèmes augmenteront automatiquement le débit de carburant si un turbo est ajouté..

Si un turbocompresseur avec trop de suralimentation est ajouté à une voiture à injection de carburant, le système peut ne pas fournir suffisamment de carburant - soit le logiciel programmé dans le contrôleur ne le permettra pas, soit la pompe et les injecteurs ne sont pas capables de le fournir. Dans ce cas, d'autres modifications devront être apportées pour tirer le meilleur parti du turbocompresseur.

Pour plus d'informations sur les turbocompresseurs et des sujets connexes, consultez les liens sur la page suivante.

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