Les passionnés de performance ont généralement le désir de savoir et de comprendre tout ce qu’ils peuvent sur les modifications qu’ils apportent à leur moteur, et pour cause. Plus la compréhension est approfondie, meilleure est l’application du composant et/ou du système. Tout le monde connaît le mot turbo, mais beaucoup ne comprennent pas les composants internes. Comprendre les composants et comment ils fonctionnent ensemble vous aide à développer une compréhension plus globale pour les turbos et aide au service, à la communication, au dépannage et au diagnostic des pannes de turbo.
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Les composants principaux
Il y a deux composants principaux du compresseur : la roue du compresseur et le couvercle du compresseur. Au sein de ces composants, il existe de nombreux types de conception critiques et des caractéristiques spécifiques telles que le diffuseur, une caractéristique critique qui est généralement conçue dans le couvercle du compresseur. Comprendre la nomenclature des turbocompresseurs et les caractéristiques de conception aidera dans les discussions futures par rapport à l’appariement, à la conception du système, à la reconstruction et à l’analyse des défaillances.
Pour commencer une compréhension de base des compresseurs, il est important de revoir (ou d’introduire !) certains des principes thermodynamiques impliqués. Bien que le domaine de la thermodynamique soit vaste, l’un des domaines les plus importants relatifs aux turbocompresseurs provient peut-être de la première loi de la thermodynamique, la loi des gaz parfaits. Simplifiée, la loi des gaz parfaits stipule que la relation entre le volume (V), la pression (P) et la température (T) peut être exprimée comme suit : PV / T = Constante, Où P = pression du gaz, V = le volume qu’il occupe, T = la température du gaz
En termes plus simples, si le volume est une constante, une augmentation de la température entraîne une augmentation proportionnelle de la pression. Si la pression est constante, une augmentation de la température entraîne une augmentation proportionnelle du volume. Inversement, si le volume diminue et que la pression reste constante, la température doit diminuer. La pression et le volume sont directement proportionnels à la température et inversement proportionnels l’un à l’autre.
Les relations internes de ces propriétés dans les gaz sont toujours présentes et utilisées dans la vie quotidienne, allant de la réfrigération à la façon dont un moteur diesel fonctionne comme un moteur à allumage par compression. Lors de l’application de la loi des gaz parfaits aux compresseurs de turbocompresseurs, nous pouvons plus facilement comprendre comment et pourquoi la pression de suralimentation devient si chaude et pourquoi il est important de gérer cette chaleur pour un réglage correct et une sortie maximale.
Les limites
Les compresseurs de turbocompresseur ont des limites de conception par rapport à la façon dont ils font leur travail de compression de l’air d’admission. Chaque compresseur a son efficacité de débit optimale, sa capacité de débit maximale (étranglement) et un point de pression où, en dessous, il ne s’écoulera pas à une quantité donnée de masse ou il s’arrêtera (surtension). Lorsqu’un compresseur fonctionne à son efficacité maximale dans sa plage de débit, cette efficacité est exprimée en pourcentage de la distance à laquelle il se rapproche de la compression du gaz pour répondre aux exigences mathématiques de la loi des gaz parfaits. Si un compresseur était efficace à 100 %, la température de refoulement du compresseur pourrait virtuellement être calculée en ne connaissant que la température d’entrée et la pression de refoulement. Un tel compresseur serait dit adiabatique.
Le terme adiabatique signifie littéralement : se produisant sans gain ni perte de chaleur. Par conséquent, lorsqu’un compresseur est référencé comme ayant un niveau d’efficacité spécifique de, par exemple, 76 % ; cela signifie essentiellement qu’il a la capacité de comprimer l’air avec un niveau d’efficacité adiabatique de 76 %.
Cependant, l’efficacité adiabatique d’un compresseur n’atteindra jamais 100 %, simplement parce qu’il existe des facteurs qui ajoutent de la chaleur indésirable, mais inévitable. L’accélération de l’air provoque un frottement interne entre les molécules d’air, les jeux de contour de fonctionnement provoquent un glissement et confèrent un frottement interne supplémentaire de l’air, l’air passant rapidement à travers les pièces de la roue du compresseur et du couvercle provoque de la chaleur par frottement, etc.
Différentes conceptions de compresseurs comportent différentes caractéristiques conçues autour de la gestion efficace de l’air lorsqu’il est comprimé pour permettre à ce compresseur de transmettre le moins de chaleur possible et donc d’augmenter son efficacité adiabatique. Dans le même temps, le compresseur doit être conçu pour avoir efficacement une plage de débit massique suffisante pour répondre à la plage de débit d’air requise par son moteur. En règle générale, le débit massique du compresseur est cartographié pour montrer les plages de débit supérieures à 65 %. Les niveaux d’efficacité inférieurs ont tendance à transmettre trop de chaleur supplémentaire dans l’air, ce qui cause divers problèmes. Si votre turbo tourne en dessous de ce niveau, il est temps de changer pour un meilleur turbo en échange standard par exemple.
La roue du compresseur
La roue de compresseur est peut-être le composant le plus souvent discuté à l’intérieur d’un turbo. C’est peut-être parce que c’est le plus facile à comprendre, et parce que c’est l’objectif du turbo d’être une pompe à air pour commencer. La roue du compresseur du turbocompresseur est appelée compresseur radial car elle aspire de l’air frais et l’accélère radialement, ou la tourne de 90 degrés, contrairement aux compresseurs axiaux utilisés dans les moteurs à réaction qui accélèrent l’air dans la même direction qu’il va déjà.
La roue du compresseur comporte un certain nombre de zones critiques, dont beaucoup sont modifiables au sein des familles de modèles de turbocompresseurs, ce qui se traduit par les différentes garnitures disponibles pour ajuster les paramètres de débit et adapter correctement le compresseur au moteur. Ces modifications ne doivent pas être effectuées par le propriétaire du turbo et doivent être effectuées par le fabricant au moment de la fabrication du turbo. La modification de ces formes par le propriétaire du turbo détruira la relation de conception entre la roue du compresseur et le contour du couvercle du compresseur.
Pour conclure
Le fonctionnement d’un turbo peut paraitre compliqué, mais en y regardant de plus près, on se rend rapidement compte qu’il ne s’agit que de logique.
