Turbocompresseur

[alopex]

Le turbo améliore le rendement en récupérant la détente résiduelle des gaz en sortie de cylindre. Le dispositif pourrait être amélioré en ajoutant une chambre de combustion entre l’échappement et l’admission de la turbine et en couplant le turbo à l’arbre moteur. Ce serait analogue à une turbine à gaz à « resurchauffe » ou combustion séquentielle comme ils disent chez Alstom. On combinerait les avantages du turbo classique sur le rendement et du compresseur sur le temps de réponse. Bon ca suppose un excès d’air dans le cylindre pour conserver du comburant pour le deuxième étage. Quid alors des émissions (Nox) et du rendement du premier étage ? Le gain est-il trop limité du fait de la charge thermique déjà importante sur la turbine en temps normal ? N’est ce pas un dispositif de ce type mais en simplifié qui est utilisé en rallye (« bang-bang ») pour maintenir le turbo en charge au lâcher de gaz par injection de carburant en amont du turbo ?
Dans le même ordre d’idée, un gain de rendement peut il être escompté par injection d’eau dans l’air admis pour refroidir l’air en cours de compression et réduire ainsi le travail de compression, comme on le fait sur les turbines industrielles et même sur les turboprop d’avions ?
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[invited604dd85]

faut en parler à un motoriste ....
Y a t' il un motoriste dans la salle ??

[alopex]

Juste une petite réflexion "philosophique"
Je suis toujours étonné de voir tout le raffinement technologique mis en oeuvre pour affiner les détails de la conception des moteurs dont l'organisation générale n'a pourtant guère évolué depuis leur invention.
De temps en temps, on redécouvre des techniques imaginées il y a une éternité et ca finit quand même par un progrès plus spectaculaire. Le turbo par exemple, ca été imaginé et même réalisé il y a très longtemps...Et ca fait quoi 10 ans que c vraiment utilisé a grande échelle.
Certaines Bugatti avaient déja 4 soupapes par cylindre, des ACT, un compresseur.
La conception des automobiles est elle le fait d'indécrottable conservateurs? Pareil dans les centrales électriques! Il n'existe aucune turbine à gaz combinant intercooler, récupérateur sur échappement et deux étages de combustion (resurchauffe) alors que ca permettrait d'atteindre dans les 45 voire 50% de rendement en cycle simple! Et c'est décrit dans des bouquins des années 50!!
La Toyota Prius est la seule voiture innovante sortie depuis belle lurette! Mais la encore rien de neuf, que des techniques connues de longue date enfin appliquées.
Pourquoi il faut toujours une éternité entre l'invention conceptuelle et la réalité? C'est simple, le comptable vous dit "faites pas chier avec vos inventions, tant qu'on peut vendre nos antiquités avec une grosse marge!"

[phuphus]

C'est sûr que conceptuellement, le turbo, l'injection directe ou le camless ont été décrits par Rudolf Diesel lui-même il y a pas mal de temps déjà. Mais entre dire : "il faudrait contrôler le mouvement des soupapes avec précision et comme on le veut" ou bien encore "la turbulence est favorable à la combustion" et mettre au point un camless ou un turbo fabricables en grande série, il y a un fossé... Les motoristes ne sont pas seulement confrontés à la science mais aussi à la technique et à l'industrie. Et quand tu penses que ton système devra être fabricable, montable par un ouvrier, maintenable par un garagiste, etc. et que malgré tout ta voiture devra tenir 200 000 km, beaucoup de belles idées s'envolent. Une voiture de rallye doit tenir quelques dizaines de km et un moteur de formule 1 pendant 2 grand prix. La voiture de monsieur tout le monde doit pouvoir faire 20 000 bornes sans l'intervention de personne, et ce 10 fois au cours de sa vie. C'est un tout autre défi.

Le turbo améliore le rendement en récupérant la détente résiduelle des gaz en sortie de cylindre

Il améliore surtout le remplissage (et un peu le rendement en augmentant la turbulence dans le cylindre), je ne suis pas sûr que le rendement serait augmenté dans des proportions suffisantes pour compenser le carburant brûlé dans un deuxième étage si cette solution était adoptée.

Quant aux innovations des motoristes sortant du moteur alternatif à combustion interne, elles existent (moteur Wankel, ou encore moteur rotatif à plateau, etc.), mais ne sont finalement pas si fantastiques que cela : en effet, dans le principe elles sont très belles mais elles soulèvent des problèmes techniques qui empêchent leur faisabilité. Sur le principe, le Wankel est formidable : simple, sans aucun besoin d'équilibrage. Mais sa faisabilité pratique, c'est une autre paire de manches (étanchéité et frottements notamment). Certes, on peut arguer que si on avait mis autant d'efforts dans la recherche à propos de solutions comme le Wankel, il serait peut-être largement à la hauteur maintenant... Qui sait ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite0bc10d8a]

Avec un moteur essence, la température en entrée de turbine peut atteindre 1000°C et jusqu’à maintenant on devait enrichir le mélange sous pleine charge afin de maintenir cette dans température dans des limites acceptables. Les derniers types de turbine supportent jusqu’à 1050°C, mais installer encore un chambre de combustion intermédiaire est hors de question. Mieux vaut brûler le carburant dans le cylindre lui-même.

Par contre, coupler l’arbre du turbocompresseur au vilebrequin est une chose qui se fait et qui s’appelle « turbocompounding » mais il faut de préférence une transmission à variation continue. Tapes « Napier Nomad » sur Google et tu verra. Volvo et Scania commercialisent des moteurs turbocompound avec une 2ème turbine récupératrice accouplée à l’arbre par un train d’engrenage et un coupleur hydraulique destiné à absorber les vibrations de torsion. Volvo a pris un brevet pour coupler le turbocompresseur à l’arbre moteur par l’intermédiare d’un variateur Torotrak. Les 18 cylindres en double étoile Wright « Turbocylone » R-3350 des DC7C et Superconstellation avaient 3 turbines d’échappement qui renvoyaient leur puissance à l’arbre moteur.

On peut aussi faire un montage diesel-turbine style des 3 locomotives du Dr Geislinger (1955), avec un accouplement différentiel entre l’arbre de sortie, sa turbine d’échappement, le diesel et le compresseur. Le tout fonctionne alors en convertisseur de couple. Mais comme le compresseur (centrifuge en l’occurrence) débite trop d’air pour le diesel qui tourne en régime partiel lorsque le véhicule démarre, il faut dévier l’air comprimé excédentaire directement sur la turbine sans passer par le diesel. Geislinger avait donc monté une chambre de combustion auxiliaire sur la conduite d’air by-passé. Ses locos ont parfaitement accompli leur service en Suède pendant des années.

L’injection d’eau-méthanol (MW 50) était utilsées sur les moteurs d’avions allemands (à partir de 1942 sauf erreur) comme dispositif de surpuissance. Elle permet de contrôler la détonation en reffroidissant effectivement la charge. Mais il y a un problème de corrosion.

Iguane

[invite0bc10d8a]

PS:
On peut aussi réaliser le turbocompounding électriquement avec un petit moteur-générateur à haut régime sur l'arbre du turbocompresseur. C'est une solution qui devrait être industrialisée bientôt.

[invite0bc10d8a]

Coupe du Scania Turbocompound

[invitea0ec9cf3]

[...]Le turbo par exemple, ca été imaginé et même réalisé il y a très longtemps...Et ca fait quoi 10 ans que c vraiment utilisé a grande échelle.[...]

Depuis 30 ans en Europe avec la BMW 2002 turbo en 1974, puis la Mercedes 300 SD en 1977, la 604 turbo-diesel en 1979 et la R18 Turbo en 1980. Mais depuis bientôt 40 ans aux USA avec une voiture dont j'ai oublié le nom...

[invite0bc10d8a]

Odsmobile Jetfire et Chevrolet Corvair Monza.

Mais des turbocompresseurs ont été montés dès 1939 sur les bombardiers quadrimoteurs B17 et aussi sur des gros diesels marins. Les camions en ont couramment depuis les années 60 et aujourdh'hui il n'y a quasiment plus de diesels atmosphériques.