Partager la publication "Comment fonctionne la suralimentation moteur ? Réponse en infographie animée Supercharger vs Turbo"
Découverte du jour. C’est un lien vers ce qui peut être le moyen le plus simple et le plus divertissant pour apprendre et comprendre comment la suralimentation d’un moteur fonctionne.
Supercharger vs Turbo
La page Web, intitulé ‘Supercharger vs Turbo’ commence avec l’animation de suralimentation, qui sur le site, vous pouvez cliquer/tourner avec votre souris pour regarder de plus près et faire pivoter les éléments graphiques animés. L’animation comprend des zones pour les différents composants, et en dessous il y a les descriptions de ces composants.
suralimentation ?
En génie mécanique, la suralimentation est un procédé qui vise à augmenter le rendement d’un moteur à combustion interne, sans augmenter sa vitesse de rotation.
Pour augmenter la puissance d’un moteur, on peut agir sur sa vitesse de rotation ou sur son couple :
- l’accroissement de la vitesse de rotation d’un moteur est vite limité par l’inertie des pièces en mouvement et les limites de la résistance au frottement des métaux qui le composent, dans la mesure où cela implique de plus fortes contraintes, cela se fait généralement au détriment de la fiabilité.
- le couple du moteur en augmentant la quantité de carburant et de comburant grâce à un dispositif de suralimentation. Celui-ci peut être un turbocompresseur ou un compresseur mécanique entraîné directement par le moteur. C’est ce que l’on nomme la suralimentation : moteur suralimenté.
couple du moteur ?
Le couple est une notion qui traduit la force que le moteur donne dans son mouvement. Mesuré en Newton, avec un ordre de grandeur se situe entre 100 et 300 N.m.
Techniquement, le couple du moteur dépend aussi de l’angle formé entre la bielle* et le vilebrequin**, de la pression des gaz à l’intérieur du cylindre, nommée pression moyenne effective, et de celle de la quantité de carburant introduite. Pour augmenter la quantité de carburant introduite dans le cylindre, il faut aussi augmenter proportionnellement la quantité d’air, (comburant) pour assurer une combustion complète du carburant assurant ainsi le maximum d’efficacité de celui-ci. C’est donc le rôle de la suralimentation, qui permet ainsi d’augmenter la pression moyenne effective, donc le couple du moteur et donc la puissance.
* La bielle permet de transformer le mouvement alternatif du piston en rotation continue du vilebrequin.
** Le vilebrequin est un dispositif mécanique qui permet, par l’intermédiaire d’une bielle, la transformation du mouvement linéaire rectiligne du piston en un mouvement de rotation, et inversement. Présent sur la plupart des moteurs à piston il assure la transmission de l’énergie de combustion du carburant dans les cylindres en énergie mécanique disponible sur l’arbre moteur. Dans un moteur à pistons, le vilebrequin constitue l’arbre moteur. Le vilebrequin entraîne la transmission primaire, l’alternateur, les pompes, les contre-arbres d’équilibrage, et l’arbre à cames dans le cas du moteur thermique 4 temps : admission – compression – combustion/détente – échappement.
Lorsque l’air est mis sous pression, sa température augmente et sa densité est modifiée, il est donc conseillé d’installer un échangeur air/air ou échangeur air/eau de manière à refroidir l’air et ainsi augmenter sa densité pour atteindre le meilleur rendement d’un moteur à explosion
Un compresseur mécanique est un organe mécanique destiné à augmenter la pression d’un gaz, et donc son énergie.
moteur atmosphérique ?
On dit qu’un moteur est atmosphérique quand il n’intègre pas de suralimentation de type turbo. En effet, un turbo suralimente le moteur en air (donc en oxygène), ce qui permet d’accroître la combustion.
moteur avec compresseur ?
Un compresseur est comme un turbo sauf qu’il tourne beaucoup moins vite. En effet son rôle est d’injecteur de l’air compressé dans le moteur. Il tourne moins vite car il est entrainé par le moteur alors qu’un turbo est entrainé par les gaz d’échappement.
Supercharger vs Turbo – Infographic
Assez parlé/écrit, profitons de cette superbe infographie animée réalisée par Animagraffs publiée sur le site Tyroola :
Comme dit/écrit en début d’article, la page Web, intitulé ‘Supercharger vs Turbo’ commence avec l’animation de suralimentation, qui sur leur site, vous pouvez cliquer/tourner avec votre souris pour regarder de plus près et faire pivoter les éléments graphiques animés. L’animation comprend des zones pour les différents composants, et en dessous il y a les descriptions de ces composants.
Of course, vous pouvez voir que le texte est écrit in English, donc à la suite sur DESIGNMOTEUR, on va « traduire » en français, non pas mot à mot, mais proposer une explication qui est relatif au texte de l’infographie.
Supercharger?
Supercharger – static pics – via Tyroola – by Animagraffs
1 – Filtre à air
2 – Tubes d’admission d’air
3 – Collecteur d’admission
4 – Supercharger
5 – système d’entraînement de vitesse
6 – Rotor & lobes
7 – Discharge port
8 – Poulie
9 – Courroie de transmission
Roots?
Un compresseur Roots est un compresseur mécanique à lobes. Ce type de compresseur fut un temps utilisé dans l’automobile pour suralimenter les moteurs.
Le compresseur a lobes, souvent appelé compresseur roots, est un système mécanique comprenant deux lobes qui emprisonnent l’air lors de leur rotation. Le volume emprisonné et le rapport de leur vitesse de rotation par rapport à celle du moteur qu’il alimente détermine le taux de compression.
Twin screw?
Le compresseur axial est un compresseur dont le flux d’air suit l’axe de rotation. Le compresseur axial génère un flux continu d’air comprimé et fournit un rendement élevé pour une masse volumique donnée et une section donnée du compresseur. Il est nécessaire d’avoir plusieurs étages de pales pour obtenir des pressions élevées et des taux de compression équivalent a ceux d’un compresseur centrifuge.
Le compresseur à vis comporte deux vis synchronisées contre rotatives qui permettent de comprimer le gaz. Comme pour le compresseur à piston, on joue ici sur une diminution du volume pour augmenter la pression. L’aspiration du gaz, se fait d’un côté dans l’axes des vis (En haut sur la photo), du côté ou l’empreinte des vis est la plus creusée, de l’autre côté, après un parcours de plus en plus étroit entre les vis, le gaz comprimé est libéré.
Centrifugal?
Le terme « compresseur centrifuge » (aussi appelé « compresseur radial ») désigne un type de turbomachines à circulation radiale et à absorption de travail qui comprend des pompes, des ventilateurs, des soufflantes et des compresseurs
Turbocharger?
Turbocharger – static pics – via Tyroola – by Animagraffs
1 – Collecteur d’échappement
2 – section de turbine
3 – roue d’échappement
4 – arbre
5 – section Compressor
6 – Compresseur wheelcompression.
7 – admission d’air collecteur
8 – tuyau d’admission d’air
9 – Filtre à air
10 – Turbo scroll
moteur turbo ?
Un turbocompresseur (dit « turbo », en langage courant) est l’un des trois principaux systèmes connus de suralimentation généralement employés sur les moteurs à combustion et explosion (essence ou Diesel), destinés à augmenter la puissance volumique — les deux autres étant le compresseur mécanique et l’injection gazeuse.
Le principe est d’augmenter la pression des gaz admis, permettant un meilleur remplissage des cylindres en mélange « air/carburant », permettant ainsi d’augmenter la puissance volumique du moteur afin d’augmenter la puissance ou de réduire la consommation avec un moteur de plus faible cylindrée.
turbine ?
Ce type de compresseur est entraîné par une turbine (d’où son nom) animée par la vitesse des gaz d’échappement, qui cèdent une partie de leur énergie cinétique pour faire tourner la turbine, sans consommer de puissance sur l’arbre moteur.
Pour résumer rapidement le fonctionnement d’un turbo-compresseur : on vient détendre (baisse de pression et de température) les gaz brûlés issus de la combustion dans une turbine. Le fait de détendre ces gaz permet de faire tourner la turbine. Le compresseur est entraîné par l’axe de la turbine et comprime l’air frais. Souvent associé à un échangeur (appelé intercooler) qui permet de réduire la température de l’air comprimé, le turbo-compresseur permet d’augmenter la masse volumique de l’air, c’est à dire la masse d’air qui est enfermée dans la chambre de combustion lors de la phase d’admission. Plus on a une masse d’air importante enfermée, plus on peut brûler de carburant donc plus on peut faire de couple.
Une turbine est placée dans le flux des gaz d’échappement sortant du moteur est entraînée à grande vitesse (partie rouge sur la photo). Elle est reliée par un arbre à un compresseur placé dans le conduit d’admission du moteur (partie bleue). Ce compresseur de type centrifuge aspire et comprime l’air ambiant, l’envoie dans les cylindres, en passant éventuellement par un échangeur air/air (intercooler) ou plus rarement air/eau pour le refroidir
Le fait d’envoyer l’air comprimé dans les cylindres permet d’améliorer le remplissage de ces derniers, qui sinon se remplissent par dépression, et permet donc d’augmenter sensiblement la quantité du mélange air/carburant. La puissance du moteur s’accroît tout en diminuant sa consommation. On obtient ainsi la même puissance qu’un moteur de cylindrée supérieure, tout en réduisant les pertes mécaniques liées aux grandes cylindrées.
Un turbocompresseur peut atteindre une vitesse de rotation d’environ 250 000 tr/min mais son régime moyen se situe entre 100 000 et 200 000 tr/min.
down-sizing ?
Les volonté d’efficience grandissantes font qu’on assiste de plus en plus à un phénomène de ‘down-sizing’ dans la conception des moteurs automobiles par les grands constructeurs. Le principe vise à réduire les émissions polluantes et la consommation en diminuant la cylindrée des moteurs. Un moteur de faible cylindrée étant forcément moins puissant, on compense cette perte avec le turbocompresseur.
turbo lag ?
Lors d’un « coup » d’accélérateur, le turbocompresseur peut manifester un certain temps de réponse, laps de temps où la quantité de gaz d’échappement ne suffit pas encore à faire accélérer et tourner la turbine du turbocompresseur au régime idéal. En jargon automobile, on parle fréquemment de « lag ».
Cet inconvénient est absent avec les compresseurs mécaniques. En course automobile, dans les années 1980, certaines voitures ayant des moteurs de faible cylindrée avec des turbos très puissant, possédaient un lag tellement important qu’il n’était pas rare que le pilote appuie déjà sur l’accélérateur avant-même d’avoir commencé à rentrer dans son virage, afin que le turbo ait eu le temps de se lancer durant le passage de la courbe. Cette pratique obligeait alors le pilote à freiner du pied gauche, tout-en maintenant le moteur dans les tours avec le pied droit sur l’accélérateur.
bi-turbo ?
Le principal problème d’un turbocompresseur étant son relativement long temps de mise en action, dû à l’inertie de sa roue de turbine, il existe beaucoup de voitures sportives dotées de moteurs « bi-turbo », équipées d’un turbocompresseur souvent plus petit pour charger l’admission dans les bas régimes, ensuite relayé par le plus gros pour remplir les cylindres, une fois le moteur dans les tours.
L’avantage de ce type de montage est la quasi-absence de temps de réponse et l’absence d’à-coups sur la transmission causés par la mise en pression d’un seul gros turbocompresseur, la plage de couple étant répartie plus uniformément, mais ce système prend plus de place dans le compartiment moteur et nécessite un entretien sérieux pour rester fiable dans le temps.
Il existe aussi un système bi-turbo plus classique, sur lequel chaque turbo suralimente un banc de trois cylindres uniquement, les turbos étant montés de part et autre du V6. À noter que d’autres constructeurs, comme BMW, ont recours à ce principe mais en installant les turbos à l’intérieur du V.
==> BMW 7serie 750d : limousine à moteur Diesel six cylindres en ligne quad-turbocompresseurs
à géométrie variable ?
Certains turbocompresseurs sont « à géométrie variable ». Cette solution permet un comportement beaucoup plus linéaire du moteur et une réponse du turbocompresseur dès 1 500 tr/min au lieu d’une réponse souvent entre 3 000 et 4 000 tr/min sur les turbocompresseurs classiques.
==> Porsche 718 Boxster : flat-4, 2.5L, suralimenté par turbo à géométrie variable. 350 ch.
technique de suralimentation en sport auto
La technique de suralimentation est très souvent appliquée aux moteurs des automobiles de course. En Formule 1 par exemple, elle a révolutionné la motorisation à partir de 1977 avec Renault et remporté de nombreux succès avant les changement de réglementation en 1989. La saison 2014 du championnat voit le retour dans la discipline, avec un moteur V6 de 1 600 cm³ turbocompressé, que les motoriste dénomme par Power Unit pour un ensemble mécanique.
==> Sous le capot moteur F1 – Fonctionnement du Power Unit V6 Turbo Renault Sport – Bilan un an après !
Animagraffs?
La page est mise en place par Tyroola, un site australien qui vend des pneus (ou ‘tyres’, comme ils les appellent là-bas). Les animations sont l’œuvre du Team Animagraffs, à l’origine un Graphiste talentueux qui avait publié en 2013 une infographie détaillant le fonctionnement de chaque type de moteur automobile : How a Car Engine Works?
==> Comment fonctionne un moteur ? réponse en infographie animée
L’animation utilise les GIF d’une manière inédite, alors en 2013, et a connu un succès internationale sur le Web, autrement dit, l’infofraphic a fait le buzz. Récemment, le graphiste et maintenant avec son frère, ont donc continué et propose leur création.
‘I made the first Animagraff in 2013 called “How a Car Engine Works”. The project went viral, crashing my personal graphic design site with 30k plus views in a day from a social media traffic spike. It’s a moment I’d heard creators and entrepreneurs talk about – a definitive moment, an undeniable response to a creation.’
‘My brother Wes joined me in April of 2016 here in beautiful Portland, Oregon. We got to talking one day and realized that our values align perfectly, and to us, that’s the essential ingredient. From our conversations he decided to come work with me, and it’s been just as awesome as it sounds. Working with my brother to make amazing, beautiful things.’
- Animagraffs
English summary
These Excellent Animations Show Exactly How Turbochargers and Superchargers Work
With forced induction quickly becoming the norm on today’s cars, it’s important to understand how it all works. Turbo- and superchargers are fairly simple devices in principle, but a good visual is sometimes the best way to show how something functions. This website put together by Australian tire seller Tyroola provides excellent visual explainers for how many different types of forced induction work.
The animations are simple enough for even the most mechanically averse to understand, but details enough for the best automotive engineers to appreciate. Tyroola’s site lets users explore a cutaway of a supercharged V6 and a turbocharged inline-four in 360 degrees, with key components and airflow all cleanly indicated. The site also explains the three most common types of superchargers–roots, twin-screw, and centrifugal–and the three popular turbocharging setups–single turbo, twin turbo, and twin scroll.
Exploring these animations also reveals why turbocharging is all the rage today, when supercharging has been relegated to a handful of performance cars. Supercharging offers benefits in instant throttle response and easier heat management, but they’re inefficient. Turbos take much less power to operate, which is why they make sense for engine downsizing.
English text via roadandtrack.com
Source et images :
animagraffs.com
tyroola.com.au
via This Brilliant Webpage Is The Ultimate Way To Learn How Turbos And Superchargers Work, jalopnik.com
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Ewen LJ
