Mâncare excesivă
De câteva decenii în urmă, sistemele de supraalimentare au apărut în vehiculele de producție. Inițial nesigure, turbocompresoarele fac acum parte din peisajul auto și echipează aproape toate motoarele diesel și o mică parte (în creștere) a motoarelor pe benzină.
Supraîncărcarea este și F1 în anii 80, aici cu Williams FW11
La ce servește mâncarea excesivă? Care sunt mijloacele folosite? Care sunt limitele ?
1. Obiective de supraalimentare
Scopul supraîncărcării este simplu: creșterea puterii unui motor prin creșterea cuplului pe care îl asigură.
Pentru a crește cuplul unui motor, trebuie să măriți masa de combustibil arsă în cilindru. Cu toate acestea, știm că, pentru a arde o anumită masă de combustibil, este necesar să aducem în cilindru o anumită masă de aer (obținută prin celebra condiție stoichiometrică). Dacă mărim cantitatea de combustibil, trebuie să creștem proporțional masa de aer. Două soluții sunt apoi disponibile pentru noi:
- crește cilindrata motorului
- aduceți o masă de aer mai mare într-o deplasare identică
Volumul de aer care intră într-un cilindru este întotdeauna același, aceasta este o caracteristică. Scopul unui sistem de supraalimentare este, prin urmare, de a crește masa de aer pentru un anumit volum: căutăm să crește densitatea aerului.
Legea ideală a gazelor (atenție!) Ne oferă: P.V = m.r.T deci m/V (densitate) = P/(r.T)
Prin urmare, este ușor de văzut că, pentru a crește densitatea aerului, este necesar ca:
- P crește
- T nu crește pentru a nu inversa tendința
Cu toate acestea, compresia aerului este însoțită de o creștere a temperaturii sale: pentru a obține performanțe optime din sistemul de supraalimentare, este, prin urmare, necesar să atașați un sistem care reduce temperatura aerului (un schimb).
Există astăzi mai multe tehnologii pentru a îndeplini o astfel de funcție. Vă sugerez să abordați turbocompresorul, care este cea mai utilizată soluție în prezent
2. Principiul de funcționare al unui turbocompresor
Mai jos este o diagramă care explică modul în care funcționează o astfel de fiară. Urmați calea aerului.
- După trecerea printr-un filtru care a îndepărtat principalele impurități, aerul se află la intrarea compresorului. Aerul este aproximativ la presiunea atmosferică și temperatura camerei.
- Acționat de turbină, despre care voi discuta la scurt timp, compresorul centrifugal comprimă aerul. Presiunea lui a crescut, dar și temperatura a crescut.
- Iată schimbătorul de aer/aer.
- Aerul este încă la aceeași presiune ca la punctul 3, dar temperatura sa a fost redusă. Este gata să fie admis în cilindru, cu cantitatea de combustibil necesară pentru a trimite grele !
- Iată-l, Joule-urile au fost donate, dar nu toate! Gazele evacuate sunt forțate să iasă din camera de ardere la o anumită presiune și la o temperatură ridicată.
- Turbina va valorifica această energie (sau mai bine zis entalpia, mai exact). Prin rotire, turbina acționează direct compresorul. Și da, există truc.
- Gazele s-au relaxat și acum sunt aproape la presiunea atmosferică și la o temperatură mai scăzută.
Energia pierdută în evacuare este utilizată pentru a introduce mai multă masă de combustibil. Apoi vom elibera mai multă energie în evacuare. La echilibru, lucrul care poate fi recuperat pe arborele cotit va fi, prin urmare, mai important decât același motor, fără supraalimentare.
Aveți grijă, totuși, este posibil să aveți impresia că această energie este liberă, deoarece provine din gazele de eșapament. Nu este complet, deoarece prezența turbinei în evacuare determină o contrapresiune mai mult sau mai puțin importantă, care nu este lipsită de efect asupra umplerii motorului cu aer.
Vederea în secțiune de mai jos arată interiorul turbocompresorului: la dreapta partea compresorului centrifugal și la stânga turbina centripetă. Remarcăm prezența unui circuit de lubrifiere, care este foarte important având în vedere viteza de rotație a mașinii (până la 300.000 rpm). Voi da explicații mai târziu la partea „Poarta deșeurilor”.
Cu toate acestea, apar multe dificultăți, având în vedere că turbocompresorul este o turbomachină. Acestea din urmă funcționează perfect în condiții stabilizate, când fluxul de aer este continuu, de exemplu pentru un avion sau pentru producția de energie electrică! Un motor este total opus acestui lucru: cilindrii care urcă și coboară, ceea ce duce la un flux pulsat de evacuare, turații și sarcini care variază constant ...