Simplifié : les types de turbocompresseurs
Les turbocompresseurs sont des composants essentiels utilisés pour optimiser les performances des moteurs on-highway et off-highway. Ils augmentent l'alimentation des moteurs, améliorent l'efficacité du carburant et contribuent à réduire les émissions des moteurs à combustion interne. Cummins Inc. propose une gamme de turbocompresseurs pour soutenir une large variété d'exigences moteur utilisées dans d'innombrables applications.
Les principaux types de turbocompresseurs sont les turbocompresseurs à géométrie fixe, les turbocompresseurs à soupape de décharge et les turbocompresseurs à géométrie variable. Les fabricants de moteurs prennent en compte plusieurs facteurs lorsqu'ils choisissent le type de turbocompresseur qui est le mieux adapté à leur moteur et à leur application. Cet article vous aidera à comprendre les différences essentielles entre ces types de turbocompresseurs. Si vous êtes intéressé, vous pouvez également lire comment Cummins a trouvé du succès dans le test à froid de ses turbocompresseurs.
Qu'est-ce qu'un turbocompresseur et comment fonctionne-t-il ?
Les turbocompresseurs augmentent le débit d’air vers les cylindres du moteur, permettant ainsi une plus grande densité d'alimentation du moteur, ce qui améliore la combustion. Les turbocompresseurs utilisent l'énergie des gaz d'échappement du moteur pour faire tourner une turbine à grande vitesse. Un arbre relie la roue de turbine à la roue de compresseur. Le compresseur rotatif augmente la pression et le débit d'air frais vers le moteur.
Quels sont les types de turbocompresseurs ?
Les différences entre les types de turbocompresseurs décrits dans cet article reposent sur la manière dont les gaz d’échappement sont manipulés avant d’atteindre la roue de la turbine.
Turbocompresseurs à géométrie fixe
Les gaz d'échappement traversent le boîtier de turbine du turbocompresseur avant d'atteindre la roue de turbine. Une cavité dans le boîtier de la turbine s'appelle la volute. Avec les turbocompresseurs à géométrie fixe, 100 % des gaz d'échappement s'écoulent à travers la volute vers la roue de turbine. La roue de la turbine et la forme de la volute influencent le turbocompresseur ainsi que les performances du moteur. Le boîtier de turbine et les géométries des roues sont conçus pour optimiser les performances à différents régimes et charges du moteur. Certains turbocompresseurs à géométrie fixe incluent également une tuyère à aubes fixes pour optimiser les performances de la turbine dans des conditions de fonctionnement spécifiques.
Les avantages des turbocompresseurs à géométrie fixe, par rapport aux autres conceptions, sont la simplicité de leur conception, leur faible coût et leur taille réduite. Le principal inconvénient réside dans le manque de flexibilité pour optimiser les performances du moteur. Étant donné sa géométrie fixe, des compromis doivent être réalisés entre la réponse transitoire optimale du moteur, la capacité de puissance de pointe et la vitesse et l'alimentation nominales du moteur.
Les turbocompresseurs à géométrie fixe sont souvent utilisés dans des moteurs qui fonctionnent à une vitesse constante. Cela inclut les moteurs utilisés dans l'alimentation et de grandes applications industrielles et marines. Les turbocompresseurs à géométrie fixe sont rarement utilisés dans les applications on-highway.
Turbocompresseurs à soupape de décharge
Un turbocompresseur à soupape de décharge est similaire à un turbocompresseur à géométrie fixe, avec une caractéristique supplémentaire dans le carter de la turbine : une soupape de décharge. Lorsque la soupape est ouverte, une partie des gaz d'échappement contourne la roue de turbine et diminue sa vitesse. Cela permet de réguler le flux d'air du compresseur vers le moteur. Avec les turbocompresseurs à soupape de décharge, un boîtier de turbine plus petit peut être choisi pour augmenter le débit d'air vers le moteur à bas régimes. Cela améliore la réactivité du moteur et l'accélération du véhicule. La soupape de décharge est ensuite ouverte à des régimes moteur plus élevés pour éviter de suralimenter le moteur et d'empêcher le turbocompresseur de dépasser sa limite de vitesse de rotation.
Par rapport aux turbocompresseurs à géométrie fixe, un des grands avantages des turbocompresseurs 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 à soupape de décharge sont légèrement plus coûteux et de plus grande taille en raison de l'ajout d'un actionneur (un composant qui produit une force ou un couple) pour faire fonctionner la soupape de décharge. Les actionneurs peuvent être pneumatiques (mécaniques) ou électriques.
Les turbocompresseurs à soupape de décharge sont principalement utilisés dans des applications qui fonctionnent à des vitesses et des charges de moteur variables. Ces moteurs sont utilisés dans une variété d'applications on-highway et off-highway.
Turbocompresseurs à géométrie variable
Les turbocompresseurs à géométrie variable sont plus complexes que les turbocompresseurs à géométrie fixe et les turbocompresseurs à soupape de décharge. Les turbocompresseurs à géométrie variable fonctionnent en ajustant la surface du passage des gaz d'échappement immédiatement avant que ceux-ci n'entrent dans la roue de la turbine. Réduire la surface augmente la pression et la vitesse des gaz d'échappement entrant dans la roue de la turbine. Cela augmente à son tour la pression de suralimentation et le débit d'air vers le moteur lorsque vous le souhaitez. Les camions lourds qui opèrent dans des environnements variés avec des charges différentes peuvent être un excellent exemple où les avantages du turbocompresseur à géométrie variable peuvent être bénéfiques.
Les turbocompresseurs à géométrie variable peuvent être plus coûteux que d'autres types de turbocompresseurs. Bien qu’ils soient coûteux, les turbocompresseurs à géométrie variable offrent l’avantage d’une optimisation significative des performances du moteur sur une large gamme de régimes et de charges. Ces turbocompresseurs peuvent également être utilisés pour améliorer le frein moteur, favoriser le recyclage des gaz d'échappement et soutenir la gestion thermique du post traitement. Le turbocompresseur breveté Holset VGTTM de Cummins continue d’offrir des performances et une durabilité supérieures dans les applications commerciales.
Les turbocompresseurs à géométrie variable sont utilisés dans une large gamme d'applications pour répondre aux réglementations les plus strictes en matière d'émissions. Ils se trouvent principalement dans des applications on-highway et off-highway avec des régimes et des charges de moteur variables, car ils contribuent à garantir des performances optimisées dans de nombreuses applications et cycles de service.
Les fabricants de moteurs prennent en compte divers compromis lors du choix des turbocompresseurs et des architectures de gestion de l'air. Certains moteurs utilisent un seul turbocompresseur, tandis que d'autres utilisent plusieurs turbocompresseurs disposés en série ou en parallèle.
Cummins propose une gamme de turbocompresseurs pour répondre aux besoins de ses clients. En plus de concevoir des turbocompresseurs pour les moteurs diesel, Cummins est un leader technologique dans le domaine des turbocompresseurs pour les carburants alternatifs, y compris le gaz naturel et hydrogène. Contactez-nous pour en savoir plus sur nos produits.