Différents types de turbocompresseurs pour les entreprises

Les turbocompresseurs sont des compresseurs centrifuges entraînés par une turbine à gaz d'échappement pour augmenter la pression de l'air de suralimentation du moteur. Les performances du turbocompresseur ont une incidence sur tous les paramètres essentiels du moteur, notamment le rendement énergétique, la puissance et les émissions. Avant d'aborder la mécanique des turbocompresseurs, il est essentiel de comprendre quelques notions de base.

Un turbocompresseur est un compresseur volumétrique alimenté par le moteur. Il s'agit d'un système à arbre coaxial avec deux arbres rotatifs. L'arbre de la turbine est relié à la turbine à gaz d'échappement, qui est placée dans le canal d'échappement du moteur et est alimentée par l'énergie des gaz d'échappement. Le compresseur d'air est relié à l'arbre du compresseur par l'intermédiaire d'un accouplement d'arbres. L'arbre du compresseur est enfermé dans son carter.

Lisez l'article complet pour découvrir les nombreux types de turbocompresseurs disponibles.

Qu'est-ce que le turbocompresseur ?

Le turbocompresseur est le terme générique qui désigne l'ensemble du turbocompresseur. Bien que ce terme soit exact, il est trompeur. La turbine et le compresseur sont les composants rotatifs du turbocompresseur. L'ensemble du turbocompresseur comprend trois éléments : le composant rotatif, le carter de la turbine et le carter du compresseur.

La turbine étant propulsée par les gaz d'échappement, on parle de dispositif à écoulement centrifuge. Lorsque le gaz se déplace des bords intérieurs vers les bords extérieurs de la turbine roue, sa vitesse augmente. Par conséquent, les conditions de vitesse des gaz d'échappement dans la turbine produisent une grande variété de débits, ce qui permet au turbocompresseur de fonctionner à un niveau de rendement élevé.

Comment fonctionnent-ils ?

Un système de turbocompresseur est constitué d'un compresseur d'air, d'une turbine et d'un contrôleur. Le compresseur d'air comprime et fournit de l'air au turbocompresseur. Le compresseur est unique car sa vitesse augmente en même temps que la vitesse d'entrée, ce qui est comparable à une turbine.

L'air comprimé est envoyé du compresseur à la turbine, qui l'accélère avant de le relâcher dans l'atmosphère. Cette pression d'air à haute vitesse entraîne le compresseur. Le compresseur obtient de l'énergie (énergie de pression) de la turbine en raison d'un différentiel de température (énergie de chauffage).

Le contrôleur est un dispositif commandé par ordinateur qui gère le fonctionnement du turbocompresseur. Il contrôle la pression d'air du collecteur d'admission et la pression d'air du compresseur pour gérer la vitesse du moteur. Le contrôleur surveille le moteur et dispose de méthodes pour l'arrêter en cas de défaillance du turbocompresseur.

6 types de turbocompresseurs

Il existe 6 types différents de turbocompresseurs qui sont communément connus dans l'industrie automobile et qui sont mentionnés ci-dessous :

• Mono-turbo
• Twin-Turbo
• Turbo à double spirale
• Turbo à géométrie variable
• Turbo variable à double spirale
• Turbo électrique

1. Turbos simples

Les turbocompresseurs simples sont les turbocompresseurs que la plupart des gens croient exister, avec leurs différentes tailles de composants et leur capacité à générer des couples et des caractéristiques très différents.

Les turbocompresseurs de plus grande taille fournissent presque toujours une plus grande puissance à haut régime, tandis que les turbocompresseurs de plus petite taille peuvent se mettre en marche plus rapidement et générer plus de puissance à bas régime.

Il s'est avéré être un moyen rentable d'améliorer la puissance des moteurs. Il a depuis gagné en popularité, permettant aux petits moteurs d'augmenter leur efficacité en produisant la même quantité de puissance que les gros moteurs atmosphériques tout en étant plus légers.

Ces turbocompresseurs sont optimisés pour des performances à l'intérieur d'une plage de régime spécifique, mais les conducteurs signalent généralement un décalage du turbo jusqu'à ce que le turbo soit activé et que la plage de régime atteigne son maximum.

Pour

• Comparée à d'autres techniques d'amélioration de la puissance et de l'efficacité du moteur, cette méthode est très rentable.
• Facile à utiliser et souvent le moyen le plus simple de turbocompression, avec une gamme d'options d'installation.
• Il permet aux petits moteurs de générer le même niveau de puissance que les gros moteurs à aspiration normale, ce qui se traduit par des économies de poids.

Cons

• En raison de la plage de régime limitée des turbos simples, le dimensionnement est compliqué, car il faut choisir entre un couple approprié à bas régime et une plus grande puissance à haut régime.
• Les configurations turbo peuvent avoir un temps de réponse plus lent que les configurations non turbo.

2. Twin-Turbo

Comme leur nom l'indique, les turbos doubles sont des moteurs équipés d'un second turbocompresseur. Chaque rangée de cylindres d'un moteur V6 ou V8 se voit attribuer un turbocompresseur distinct. Un petit turbocompresseur est utilisé à bas régime, mais un turbocompresseur beaucoup plus gros est utilisé à haut régime.

En outre, la technologie de double turbocompresseur séquentiel offre une plage de régime plus élevée et des performances accrues avec un décalage réduit du turbo. Cela permet de fournir de la puissance à haut régime. En outre, l'utilisation de deux turbos augmente la complexité et les coûts associés au système.

Pour

• De meilleures performances sans pénalité de poids
• Extension de la plage de puissance du moteur
• Réduit le décalage du turbo

Cons

• Plus complexe qu'un simple système turbo
• Augmentation des coûts

3. Turbo à double volute

Les turbocompresseurs à double volute comprennent un carter de turbine séparé et un collecteur d'échappement qui couple individuellement les cylindres du moteur. Par exemple, dans un moteur à quatre cylindres avec un ordre d'allumage de 1-3-4-2, les cylindres 1 et 4 peuvent alimenter un seul turbocompresseur à spirale, tandis que les cylindres 1 et 4 peuvent alimenter un seul turbocompresseur à spirale. cylindres 2 et 3 peuvent alimenter un turbo-scroll séparé.

Cette conception permet un transfert efficace de l'énergie des gaz d'échappement vers le turbo, ce qui se traduit par un apport d'air extrêmement dense et pur dans le cylindre. La quantité d'énergie fournie à la turbine d'échappement détermine la puissance générée. Ces types de turbos ont un coût puisqu'ils s'attaquent à la complexité d'un système qui nécessite des boîtiers de turbine, des collecteurs d'échappement et des turbos complexes.

Pour

• Plus durable que les turbos à simple spirale
• Fournit de l'énergie à grande et à petite vitesse
• Il est plus léger que les autres turbos

Cons

• Extrêmement complexe
• Contrôle plus difficile de la contre-pression d'échappement
• Moins d'espace disponible

4. Turbo à géométrie variable

Les VGT sont des turbocompresseurs dotés d'un anneau aérodynamique d'ailettes à l'entrée de la turbine. Les turbos des voitures et des camions peuvent tourner de manière synchronisée pour modifier l'angle de tourbillonnement des gaz et la surface de la section transversale. Les ailettes internes ajustent le rapport surface/rayon du turbo en fonction du régime du moteur.

Un faible régime signifie un faible rapport A/R, ce qui permet au turbo de se mettre en marche rapidement en augmentant la vitesse des gaz d'échappement. Un régime plus élevé augmente le rapport A/R, ce qui accroît le débit d'air. Un seuil de suralimentation bas, un retard de turbo réduit et une bande de couple large et régulière.

Alors que les VGT sont largement utilisés dans les moteurs diesel en raison de l'effet de refroidissement des gaz d'échappement, leur application dans les moteurs à essence a été limitée en raison de leur coût élevé et de la nécessité d'utiliser des matériaux inhabituels. Les ailettes doivent être fabriquées dans un matériau résistant à la chaleur pour éviter tout dommage. Cette application a été limitée aux automobiles haut de gamme et aux moteurs à hautes performances.

Pour

• La courbe de couple est relativement plate et large. Il s'agit d'une technologie de turbocompression puissante qui fonctionne sur une large plage de régime.
• Elle ne nécessite qu'un seul turbo, alors qu'une configuration séquentielle en nécessite deux.

Cons

• Ils sont le plus souvent utilisés dans les applications diesel en raison des gaz d'échappement plus faibles, qui empêchent les ailettes d'être détruites par la chaleur.
• Bien que les applications à essence soient d'un coût prohibitif, elles doivent être utilisées pour préserver la fiabilité. Bien que cette technologie ait été utilisée dans la Porsche 997, seuls quelques moteurs à essence VGT sont actuellement utilisés en raison de leur coût exorbitant.

5. Turbo à double spirale variable

Comme son nom l'indique, un turbocompresseur VTS est un turbocompresseur qui combine les avantages des turbocompresseurs à double volute et des turbocompresseurs à géométrie variable. Pour ce faire, on utilise une soupape qui dirige le flux d'air d'échappement vers une seule volute ou on ajuste simplement la durée de l'écoulement de l'air dans la volute. la vanne est ouverte pour permettre aux gaz d'échappement de se répartir entre les deux volutes.

Les turbocompresseurs VTS sont une alternative plus rentable et plus durable que les turbocompresseurs VGT, ce qui les rend utilisables pour les moteurs à essence. C'est pourquoi les moteurs à essence ont été préférés aux moteurs diesel.

Pour

• Ils sont nettement moins coûteux que les VGT, ce qui permet d'envisager la turbocompression de l'essence.
• Il permet d'obtenir une courbe de couple large et plate.
• Ces turbocompresseurs ont une architecture plus résistante que les turbocompresseurs à géométrie variable, qui dépendent des matériaux.

Cons

• Une technologie plus coûteuse
• Encombrement plus important
• Plus difficile à gérer

6. Turbo électrique

Les turbocompresseurs électriques sont un type de turbocompresseur utilisé pour éliminer le décalage du turbo et aider un turbocompresseur normal à bas régime, là où le turbo conventionnel est inefficace.

Pour ce faire, on intègre un moteur électrique qui fait tourner le compresseur du turbocompresseur dès le départ et à bas régime jusqu'à ce que la puissance du volume d'échappement atteigne son maximum, ce qui permet au turbocompresseur de fonctionner.

Cette stratégie introduit un décalage dans le turbo tout en augmentant la plage de régime dans laquelle le turbo peut fonctionner efficacement. Il est également disponible en tant que turbocompresseur électronique, la solution ultime à tous les inconvénients associés aux turbocompresseurs conventionnels, mais il présente certains inconvénients.

La plupart de ces problèmes sont d'ordre financier et technique, car le moteur électrique doit être logé, chargé et refroidi pour minimiser les problèmes de fiabilité.

Pour

• Le turbo lag peut être évité en attachant directement un moteur électrique à la roue du compresseur. Lorsque l'énergie électrique est nécessaire, l'insuffisance des gaz d'échappement produits par le compresseur en rotation peut pratiquement l'éliminer.
• En connectant un moteur électrique à la turbine d'échappement, l'énergie qui semble être gaspillée peut être récupérée.
• Le couple est réparti sur une large plage de régimes effectifs.

Cons

• Un moteur électrique compliqué et coûteux qui fonctionne à une température constante pour éliminer les problèmes de fiabilité, ainsi que des commandes supplémentaires.
• Lorsqu'une deuxième batterie est nécessaire à bord pour fournir suffisamment d'énergie au turbo à tout moment, l'emballage et le poids posent problème.
• On a découvert que les rouleaux jumelés permettaient d'obtenir le même effet, mais à un coût nettement inférieur.

 Facteurs susceptibles de provoquer des pannes de turbo

Les turbocompresseurs sont assez fiables. En effet, seulement environ 1% des inspections de garantie découvrent Les turbos qui explosent sont généralement le résultat de problèmes de lubrification du moteur ou de l'entrée de corps étrangers.

Huile/Lubrification

Une voiture filtre à huile moteur est littéralement son élément vital. Lorsqu'il est utilisé, il maintient les pièces mobiles critiques lubrifiées, exemptes de corrosion et froides.

Le turbocompresseur a besoin d'une alimentation régulière en huile propre et de haute qualité. Les polluants s'accumulent dans le moteur en cas de manque d'huile (manque d'huile), d'utilisation d'une huile de mauvaise qualité ou de contamination de l'huile (contamination de l'huile). Cela peut entraîner des dommages abrasifs à l'intérieur du turbocompresseur.

Il est essentiel de changer l'huile moteur et le filtre à huile aux intervalles suggérés par le fabricant.

Joints endommagés

L'huile s'infiltre dans le système d'échappement si les joints entre le compresseur et le moteur sont usés ou fissurés. En conséquence, le turbocompresseur doit travailler plus fort pour générer une pression d'air supplémentaire.

La surrégime est un autre terme pour désigner ce problème. Il en résulte une baisse de l'efficacité et de la puissance du turbo. Pour éviter ce problème, il convient d'utiliser un Fournisseur de pièces de moteur OEM et aftermarket qui peut fournir les meilleurs produits est nécessaire.

Objets étrangers/dépôts

Un turbocompresseur est composé de deux éléments fondamentaux : le compresseur à l'avant et la turbine à l'arrière. Il arrive que de la poussière, de la saleté, des feuilles et de petits cailloux pénètrent dans l'entrée du turbocompresseur ou de la turbine.

Le corps étranger pénètre généralement dans le boîtier du compresseur par le filtre à air. Cependant, lorsqu'un corps étranger endommage la turbine, le moteur est typiquement défectueux.

Lorsque des corps étrangers commencent à endommager les roues du compresseur ou les aubes de la turbine, l'efficacité du turbo s'en ressent. Pour éviter cela, le filtre à air doit être entretenu et remplacé régulièrement. En outre, il convient d'inspecter le turbo pour vérifier qu'il n'y a pas de débris.

Usure et détérioration

Les turbos sont censés durer toute la vie du véhicule (environ 150 000 miles) ; cependant, en fonction de l'intensité avec laquelle vos clients conduisent la voiture et de la qualité initiale de la construction du turbo, ils peuvent tomber en panne au fil du temps.

Dernières paroles

Ces différents types de turbocompresseurs ont leurs avantages et leurs inconvénients. Le point commun entre ces différentes technologies est qu'elles visent toutes à réduire le décalage du turbo en améliorant le taux de compression.

Les turbocompresseurs peuvent être ajustés et réglés en fonction d'une application spécifique afin de donner au moteur la poussée supplémentaire dont il a besoin. Après tout, ils ne coûtent pas aussi cher que les turbocompresseurs et ils permettent d'augmenter considérablement les performances. 

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