cummins SIMPLIFIÉ: LES TYPES DE TURBOCOMPRESSEURS

Les principaux types de turbocompresseurs de suralimentation sont les turbocompresseurs de suralimentation à géométrie fixe, les turbocompresseurs de suralimentation à soupape de décharge et les turbocompresseurs de suralimentation à géométrie variable. Les fabricants de groupes moteurs tiennent compte de plusieurs facteurs lorsqu'ils choisissent le type de turbocompresseur de suralimentation qui convient le mieux à leur moteur et à leur application. Cet article vous aidera à comprendre les différences fondamentales entre ces types de turbocompresseurs de suralimentation. Si vous êtes intéressé, vous pouvez également lire comment Cummins a réussi à tester à froid ses turbocompresseurs de suralimentation.

Les turbocompresseurs de suralimentation augmentent le flux d'air vers les cylindres du moteur, ce qui permet une plus grande densité de puissance du moteur, améliorant la combustion. Les turbocompresseurs de suralimentation utilisent l'énergie contenue dans les gaz d'échappement du moteur pour faire tourner une turbine à grande vitesse. Un arbre relie la roue de la turbine à la roue d'un compresseur. Le compresseur rotatif augmente la pression et le flux d'air frais vers le moteur.

Les différences entre les types de turbocompresseurs de suralimentation décrits dans cet article sont basées sur la manière dont les gaz d'échappement sont manipulés avant d'atteindre la roue de la turbine.

Turbocompresseurs de suralimentation à géométrie fixe
Les gaz d'échappement circulent à travers le boîtier de turbine du turbocompresseur de suralimentation avant d'atteindre la roue de la turbine. Une cavité dans le boîtier de la turbine s'appelle « volute ». Avec les turbocompresseurs de suralimentation à géométrie fixe, 100 % des gaz d'échappement circulent à travers la volute vers la roue de la turbine. La roue de la turbine et la forme de la volute affectent les performances du turbocompresseur de suralimentation et du moteur. Le boîtier de la turbine et les géométries des roues sont conçus pour optimiser les performances à différents régimes et charges du moteur. Certains turbocompresseurs de suralimentation à géométrie fixe sont également dotés d'une buse avec des aubes fixes pour améliorer les performances de la turbine dans des conditions de fonctionnement spécifiques.

Comparativement avec d'autres modèles, les avantages des turbocompresseurs de suralimentation à géométrie fixe sont la simplicité de la conception, leur faible coût et leur taille réduite. Le principal inconvénient est le manque de flexibilité dans l'optimisation des performances du moteur. Compte tenu de la géométrie fixe, des compromis doivent être faits entre la réponse transitoire optimale du moteur, la capacité de puissance de pointe et le régime et la puissance nominaux du moteur.

Les turbocompresseurs de suralimentation à géométrie fixe sont souvent utilisés dans les groupes moteurs fonctionnant à un régime constant. Ceux-ci incluent les groupes moteurs utilisés dans la production d'électricité et les grandes applications industrielles et marines. Les turbocompresseurs de suralimentation à géométrie fixe sont rarement utilisés dans les applications sur route.

Turbocompresseurs à soupape de décharge
Un turbocompresseur à soupape de décharge est similaire à un turbocompresseur de suralimentation à géométrie fixe avec un composant supplémentaire dans le boîtier de la turbine : une soupape de décharge. Lorsque la soupape est ouverte, une partie des gaz d'échappement contourne la roue de la turbine et réduit sa vitesse. Cela permet de réguler le flux d'air du compresseur vers le moteur. Avec les turbocompresseurs de suralimentation à soupape de décharge, un boîtier de turbine plus petit peut être sélectionné pour augmenter le flux d'air vers le moteur à bas régime. Cela améliore la réponse du moteur et l'accélération du véhicule. La soupape de décharge est ensuite ouverte à des régimes plus élevés pour éviter de surcharger le moteur et d'empêcher le turbocompresseur de suralimentation dépasser sa limite de vitesse de rotation.

Par rapport aux turbocompresseurs de suralimentation à géométrie fixe, un grand avantage des turbocompresseurs de suralimentation à soupape de décharge est qu'ils offrent une plus grande flexibilité dans l'optimisation des performances du moteur. L'un des défis est que les turbocompresseurs de suralimentation à soupape de décharge sont légèrement plus chers et plus grands en raison de l'ajout d'un actionneur (un composant qui produit de la force ou de la puissance) pour actionner la soupape de décharge. Les actionneurs peuvent être pneumatiques (mécaniques) ou électriques.

Les turbocompresseurs de suralimentation à soupape de décharge sont principalement utilisés dans des applications à différents régimes et charges du moteur. Ces groupes moteurs sont utilisés dans une variété d'applications sur route et hors route.

Turbocompresseurs de suralimentation à géométrie variable
Les turbocompresseurs de suralimentation à géométrie variable sont plus complexes que les turbocompresseurs de suralimentation à géométrie fixe et à soupape de décharge. Les turbocompresseurs de suralimentation à géométrie variable fonctionnent en faisant varier la zone du passage des gaz d'échappement immédiatement avant leur pénétration dans la roue de la turbine. La réduction de la zone augmente la pression et la vitesse des gaz d'échappement entrant dans la roue de turbine. Ainsi, la pression de suralimentation et le flux d'air vers le moteur augmentent lorsque cela est nécessaire. Les camions lourds qui fonctionnent dans divers environnements avec des charges variables peuvent être un excellent exemple où les avantages du turbocompresseur de suralimentation à géométrie variable peuvent être utiles.

Les turbocompresseurs de suralimentation à géométrie variable peuvent être plus chers que les autres types de turbocompresseurs. Bien qu'ils soient coûteux, les turbocompresseurs de suralimentation à géométrie variable permettent une optimisation significative des performances du moteur à différents régimes et charges. Ces turbocompresseurs de suralimentation peuvent également être utilisés pour améliorer le freinage sur échappement, permettre le recyclage des gaz d'échappement et soutenir la gestion thermique du traitement secondaire des gaz d'échappement. Holset VGTTM breveté de Cummins continue d'offrir des performances et une durabilité supérieures dans les applications commerciales.

Les turbocompresseurs de suralimentation à géométrie variable sont utilisés dans une grande variété d'applications pour aider à répondre aux réglementations les plus strictes en matière d'émissions. On les trouve principalement dans les applications sur route et hors route à des régimes et charges variables, car ils aident à assurer des performances optimisées dans de nombreuses applications et divers cycles de service.

Les fabricants de groupes moteurs tiennent compte de divers compromis lorsqu'ils choisissent les turbocompresseurs de suralimentation et les architectures de traitement de l'air. Certains groupes moteurs utilisent un seul turbocompresseur de suralimentation tandis que d'autres en utilisent plusieurs disposés en série ou en parallèle.

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