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Auteur(s)
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Aimé PAROIS : Ingénieur de l’École nationale supérieure des Arts et Métierset de l’École nationale supérieure du Pétrole et des Moteurs (ENSPM) - Directeur du Centre Moteurs ENSPM
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le but de cet article est de donner au lecteur une meilleure compréhension du fonctionnement du système de suralimentation par turbocompresseur d’un moteur de véhicule routier et de le guider dans la détermination des éléments principaux de la boucle de suralimentation.
On étudiera les caractéristiques d’utilisation du compresseur et de la turbine et leur interaction avec le comportement du moteur. On proposera une méthode simple de définition des éléments principaux d’un système de suralimentation. On présentera les différentes technologies utilisées actuellement et on évoquera les évolutions de ces technologies.
Cet article sera limité à l’application des petits turbocompresseurs utilisés sur les moteurs automobiles et les moteurs de camion. Les machines utilisées sur les gros moteurs industriels relèvent d’une technologie spécifique qui ne sera pas abordée dans cet article.
L’étude détaillée des étages compresseur et turbine faisant déjà l’objet d’articles spécialisés dans ce traité, on se limitera à la présentation des caractéristiques d’utilisation des compresseurs centrifuges et des turbines centripètes utilisés pour des rapports de pression de l’ordre de 3/1.
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Caractéristiques de la boucle de suralimentation
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5. Exemple de calcul d’adaptation de turbocompresseur
Le moteur utilisé pour cet exemple de calcul est un moteur Diesel à injection directe de cylindrée 2,5 L pour lequel on souhaite obtenir une pme de 17 bar dès 1 800 tr / min et une puissance nominale de 120 kW à 4 400 tr / min. Nous donnons ci‐après la démarche de calcul. Dans les tableaux 3, 4 et 5 sont indiqués (en caractères italiques) au fur et à mesure les hypothèses utilisées et les conditions particulières de fonctionnement de ce moteur. Les valeurs utilisées pour cet exemple fictif restent proches des applications actuelles en production.
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Démarche générale : en premier, on détermine le besoin en air du moteur dans les conditions de pleine charge ; dans ce cas particulier, on fera le calcul aux deux régimes de fonctionnement indiqués. Après avoir choisi le compresseur, on définit la turbine et le système de régulation. Dans cet exemple, on considère en premier la turbine simple, puis le cas de cette même turbine avec clapet de dérivation et, en dernier, une turbine à géométrie variable.
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Besoin en air et conditions à l’admission moteur : nous sommes partis de la consommation spécifique de combustible et du rapport air / combustible pour estimer le besoin en air du moteur. Le coefficient de remplissage utilisé est le rapport entre le volume d’air aspiré et le volume géométrique déplacé ; les valeurs trouvées sont typiques de ce type de moteurs. Nous avons fixé une température d’air d’admission que nous avons validée ensuite en vérifiant que l’efficacité du refroidisseur d’air était conforme aux attentes.
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Conditions compresseur : après avoir déterminé les rapports de compression et les valeurs de débit d’air corrigées aux conditions des cartes de compresseur, nous avons choisi un compresseur permettant de bonnes conditions de fonctionnement aux deux points considérés (figure 21) : il présente une garde au pompage acceptable au régime de 1 800 tr / min mais devra être validé pour les fonctionnements à des vitesses inférieures ; il est également acceptable du point de vue de sa vitesse maximale à 4 400 tr /min mais n’a pas...
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Exemple de calcul d’adaptation de turbocompresseur
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MÉRIGOUX (J.‐M.) - Ventilateurs. Compresseurs. Notions fondamentales. Dimensionnement. - (1999).
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(2) - MÉRIGOUX (J.‐M.) - Ventilateurs. Compresseurs. Aspects technologiques. - (1999).
-
(3) - GRATADOUR (M.) - Applications de la suralimentation aux moteurs. - (1991).
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(4) - WATSON (N.), JANOTA (M.S.) - Turbo charging the internal combustion engine. - MacMillan Press Ltd (1982).
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(5) - FOY (M.) - Techniques et applications de la suralimentation par turbocompresseur. - ETAI (1987).
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