2024 Auteur: Erin Ralphs | [email protected]. Dernière modifié: 2024-02-19 15:43
Avec le durcissement des réglementations environnementales, les constructeurs automobiles sont contraints de développer des moyens d'améliorer le respect de l'environnement et l'efficacité des moteurs tout en maintenant les performances. A cet égard, les systèmes à induction forcée se sont généralisés. Alors que dans le passé, ils étaient utilisés pour augmenter la productivité, ils sont maintenant utilisés comme un moyen d'améliorer l'économie et le respect de l'environnement. Grâce à la suralimentation, vous pouvez atteindre les mêmes performances que sur les moteurs atmosphériques, avec moins de cylindres et un volume moindre. Autrement dit, les moteurs suralimentés sont plus efficaces. Une autre méthode consiste à utiliser l'énergie électrique à la fois séparément (moteurs électriques) et en combinaison avec des moteurs à combustion interne (centrales électriques hybrides). Cet article traite des turbines électriques qui combinent ces approches.
Caractéristiques générales
Les systèmes à induction forcée non électriques selon la source d'énergie sont classés en turbocompresseurs et suralimenteurs. Les systèmes électriques s'appuient sur eux et visent à améliorer les performances lors des transitoires.processus et en minimisant les retards.
Le souffleur électrique, selon Honeywell, est un compresseur entraîné par un moteur électrique monté sur un moteur suralimenté. C'est-à-dire qu'il s'agit d'un dispositif supplémentaire pour un moteur turbo. Une turbine électrique est un analogue d'une turbine mécanique. Dans ce cas, le lecteur peut être mis en œuvre de différentes manières.
Selon la classification des chercheurs de l'Université du Wisconsin-Madison, les systèmes électriques à induction forcée se différencient dans les types suivants par leur conception et leur principe de fonctionnement:
- souffleurs électriques (EC/ET/ES);
- turbines avec assistant électrique (EAT);
- turbines séparées électriquement (EST);
- turbines avec compresseur électrique supplémentaire (TEDC).
Design
Les types de turbines électriques ci-dessus ont une conception différente. Cela réside dans les différentes dispositions des composants, dans les différences de leurs paramètres techniques, etc.
EC
EC est un compresseur à moteur électrique. Il s'agit du ventilateur électrique mentionné ci-dessus. L'entraînement électrique offre la plus grande flexibilité de contrôle et la possibilité de faire fonctionner le compresseur au point de fonctionnement optimal. Cependant, cela nécessite des composants électriques puissants.
MANGER
Dans EAT, un moteur électrique à grande vitesse est monté entre la turbine et le compresseur, généralement sur un arbre. En raison du fait qu'il ne s'agit pas de la principale source d'énergie, sont utiliséscomposants électriques de faible puissance. Il en résulte un faible coût. De plus, de tels turbocompresseurs ont la capacité d'auto-détecter la position du rotor et se caractérisent par de bonnes capacités génératrices et motrices. Le principal problème est l'effet de température élevée sur le moteur électrique, surtout s'il est installé à l'intérieur du boîtier.
Il existe différentes méthodes pour le résoudre. Par exemple, BMW a installé des embrayages pour permettre au moteur électrique d'être connecté et déconnecté de l'arbre. Grâce à cela, le moteur peut être placé à l'extérieur de la turbine. G+L inotec a utilisé un moteur à aimants permanents avec un grand entrefer, qui peut également être placé à l'extérieur. Le diamètre intérieur du stator est égal au diamètre extérieur du compresseur et le diamètre extérieur du rotor est égal au diamètre de sortie de l'arbre. L'entrefer peut servir d'entrée d'air. Cela procure des avantages en termes de refroidissement, d'inertie et d'effet thermique. De plus, en termes de stabilité thermique et de contrôle thermique, les moteurs électriques à induction à résistance magnétique variable, les moteurs à collecteur universel sont préférables par rapport à un moteur à aimants permanents de surface.
EST
Dans EST, la turbine et le compresseur ne sont pas reliés par un arbre, et chacun d'eux est équipé d'un moteur électrique. Cela permet aux roues du compresseur et de la turbine de fonctionner à des vitesses différentes. Cette conception présente des avantages similaires à ET, mais, contrairement à elle, est capable de générer de l'énergie. De plus, elleIl a moins d'effet thermique en raison de la séparation du compresseur et de la turbine, ainsi que de l'absence d'inertie supplémentaire de la turbine et de son arbre. La séparation de la turbine et du compresseur est avantageuse d'un point de vue conditionnement, car elle permet d'optimiser le cheminement de l'air. Cependant, cette technologie nécessite également un moteur électrique puissant, un générateur et des onduleurs pour respecter le rapport couple/inertie, ce qui a un coût.
TEDC
TEDC est une turbine mécanique avec un compresseur supplémentaire entraîné par un moteur électrique. Selon l'emplacement du compresseur par rapport à la turbine, ces systèmes sont classés en options amont et aval (respectivement au-dessus et au-dessous de la turbine). En général, ils se caractérisent par une réactivité nettement meilleure lors des transitoires en "bas" du fait de l'indépendance du moteur électrique vis-à-vis de l'inertie de la turbine et de l'arbre. De plus, les TEDC en aval sont supérieurs à cet égard aux options en amont du fait que ces dernières se caractérisent par un volume important pour maintenir la pression. Un autre avantage de ce type de turbines électriques est les différences minimes par rapport aux turbines mécaniques.
Principe de fonctionnement
Les types de turbines électriques ci-dessus diffèrent par leur principe de fonctionnement. Ainsi, le lecteur est implémenté différemment, certains d'entre eux sont capables de générer de l'énergie, etc.
EC
Dans EC, le compresseur est entraîné par un moteur électrique. Un tel système n'est pas capable de générer de l'énergie, mais pour sale stockage peut être combiné avec un système de freinage régénératif ou un générateur de démarrage intégré.
MANGER
Dans l'EAT à bas régime, le moteur électrique fournit un couple supplémentaire au compresseur pour augmenter la pression de suralimentation. Aux "sommets", il génère de l'énergie qui peut être transférée au stockage. De plus, le moteur électrique peut empêcher la turbine de dépasser sa limite de vitesse. Cependant, un effet de contre-pression élevé peut se produire, ce qui compense l'énergie extraite des gaz d'échappement.
En raison de la possibilité de générer de l'électricité à partir des gaz d'échappement, ces turbocompresseurs sont appelés hybrides. Sur les voitures particulières, selon le cycle de conduite, ils peuvent générer de plusieurs centaines de watts à kW. Cela vous permet de remplacer l' alternateur tout en économisant du carburant.
EST
Dans EST, l'énergie des gaz d'échappement n'entraîne pas directement le compresseur, mais est convertie en énergie électrique à l'aide d'un générateur. Le compresseur est entraîné par l'énergie stockée.
TEDC
En TEDC, le moteur électrique fonctionne indépendamment de la turbine, et le compresseur supplémentaire entraîné par celui-ci sert à augmenter le boost au "bas".
Différences de conception et de fonctionnalité
Les différences fondamentales entre les systèmes électriques d'induction forcée considérés sont combinées par des chercheurs de l'Université du Wisconsin-Madison sous forme graphique et tabulaire. La figure ci-dessous montre les schémas de leur dispositif (a - EAT, b - EC, c - EST, d - TEDC amont, e - TEDC aval).
Le tableau reprend les principales dispositions de l'appareil. Il s'agit notamment de la source d'énergie, de l'entraînement du compresseur, de la puissance des composants électriques. De plus, des qualités telles que les dimensions et l'effet de la température sont importantes.
| Type | EC | MANGER | EST | TEDC |
| Source d'alimentation | Batterie | Gaz d'échappement / batterie | Gaz d'échappement / batterie | Gaz d'échappement / batterie |
| Puissance du moteur électrique et de l'onduleur | Haut | Bas | Haut | Bas |
| Effet de la température | Bas | Haut | Bas | Bas |
| Taille | Petit | Moyen | Gros | Gros |
| Turbine électrique | Non | Oui | Oui | Non |
| Entraînement de compresseur turbo-électrique | Non | Oui | Non | Non |
Ainsi, les technologies EAT et EST appartiennent aux turbines électriques. EC tel qu'il étaitnoté - un mécanisme séparé, TEDC - un système de turbocompresseur conventionnel qui en est équipé.
Pour et contre
L'entraînement de la turbine par un moteur électrique élimine les principaux inconvénients des turbocompresseurs mécaniques.
- Pas de décalage car le moteur électrique peut faire tourner le rotor très rapidement.
- Il n'y a pas de turbo lag causé par un manque de gaz d'échappement, puisque dans ce cas le moteur électrique compense le manque d'énergie.
- Le moteur électrique permet de garder le boost pendant les transitoires comme l'anti-lag sans les effets négatifs de ce dernier.
- Cela offre une large plage de fonctionnement et un couple constant.
- Certains types de ces mécanismes peuvent générer de l'électricité, ce qui réduit la charge du générateur et la consommation de carburant.
- La récupération de l'énergie perdue est possible, comme Ferrari l'a implémenté dans le moteur de Formule 1.
- Les électro-turbines fonctionnent dans des conditions plus douces et à des vitesses plus faibles (100 000 au lieu de 200-300 000).
Cependant, cette technologie présente un certain nombre d'inconvénients.
- Grande complexité de conception, y compris le moteur et les contrôleurs.
- Cela entraîne un coût élevé.
- De plus, la complexité de la conception affecte la fiabilité.
- En raison du grand nombre d'éléments structurels (en plus de la turbine, cela comprend un moteur électrique, des contrôleurs, une batterie), ces turbocompresseurs sont beaucoup plus gros et plus lourds que les modèles conventionnels.
De plus, chaque type de turbine électrique se caractérisecaractéristiques spécifiques.
| Type | EC | MANGER | EST | TEDC en amont | TEDC en aval |
| Dignité |
|
|
|
|
|
| Défauts |
|
|
|
|
|
En termes de durabilité, selon l'IHI, les turbines électriques seront équivalentes aux turbines mécaniques en raison d'un fonctionnement dans les mêmes conditions dans un mode plus doux avec une plus grande complexité de conception.
Pertinence
Malgré de bonnes performances, les turbines électriques ne sont actuellement pas largement utilisées sur les voitures produites en série. Cela est dû à leur coût élevé et à leur complexité. De plus, les versions améliorées des turbines mécaniques (twin scroll et géométrie variable) présentent des avantages similaires par rapport aux modifications initiales (bien que dans une moindre mesure) à un coût bien inférieur. Maintenant, EST utilise Ferrari dans le moteur de Formule 1. Selon Honeywell, l'utilisation massive des turbines électriques commencera au début de la prochaine décennie. Il convient de noter que les compresseurs électriques sont déjà utilisés sur certains véhicules de série, comme la Honda Clarity, car ils sont plus simples.
Les mécanismes les plus simples et faits maison
Au début de la décennie, des machines simples et bon marché comme des refroidisseurs d'ordinateurs, également appelés turbines électriques, sont apparues sur le marché. Ils sont situés sur l'entrée et fonctionnent sur batterie. Il est possible d'utiliser de telles turbines électriques aussi bien sur le carburateur que sur l'injecteur. Selon les fabricants, ils augmentent le flux d'air entrant dans le moteur, l'accélérant, ce qui donne une augmentation des performances allant jusqu'à 15%. Dans ce cas, les paramètres (tours, débit, puissance) ne sont généralement pas indiqués. Il est très facile d'installer de telles turbines électriques sur une voiture de vos propres mains.
Cependant, dans la réalité, leurs moteurs électriques développent jusqu'à plusieurs centaines de watts, ce qui n'est pas suffisant pour augmenter le volume de débit, puisque cela nécessite environ 4 kW. Par conséquent, un tel dispositif deviendra un obstacle sérieux à l'entrée, ce qui, au contraire, réduira la productivité. Au mieux, les pertes seront faibles, ce qui n'affectera pas de manière significative la dynamique.
De plus, sur Internet, vous pouvez trouver des développements sur la création d'une turbine électrique de vos propres mains. Contrairement aux options bon marché mentionnées ci-dessus, ils sont construits sur la base d'un compresseur centrifuge et d'un moteur sans balais d'une puissance allant jusqu'à 17 kW et d'une tension de 50 à 70 V, car seul un tel moteur est capable de fournir un couple suffisant et vitesse pour faire tourner le compresseur. Le moteur doit être équipé d'un variateur de vitesse. Ce système ne nécessite pas de refroidisseur intermédiaire - une entrée froide suffit. L'installation d'une turbine électrique de ce type peut nécessiter le remplacement d'un générateur (pour 90-100 A) et d'une batterie (pour une plus grande capacité avec un courant de sortie élevé). La vitesse de rotation du compresseur est déterminée par la position du papillon. De plus, la dépendance n'est pas linéaire, mais exponentielle.
Il est conseillé de créer de telles turbines électriques pour les voitures avec de petits moteurs jusqu'à 1,5 litre, en raison de la forte consommation d'énergie. De plus, plus le volume du moteur est important, moins le compresseur peut créer de pression de suralimentation. Ainsi, sur un moteur de 0,7 litre, ce sera 0,4-0,5 bar, pour 1,5 litre - 0,2-0,3 bar. De plus, un tel compresseur ne pourra pas fonctionner longtemps à des performances maximales en raison de l'échauffement. Cependant, le contrôleur peut être configuré pour forcer l'activation.
En raison du coût élevé des composants, il est très coûteux de fabriquer une telle turbine électrique. Les avis indiquent une augmentation mesurable des performances.
En termes de conception, ces mécanismes, comme les options bon marché mentionnées ci-dessus, sont des compresseurs électriques. Cependant, elles sont souvent appelées à tort turbines électriques. Maintenant, sur le marché, il existe des mouvements de marque plus sérieux qui sont proches de la fabrication artisanale.
CV
Les turbines électriques sont plus réactives, productives et efficaces que les turbines mécaniques et disposent de fonctionnalités supplémentaires. En même temps, d'une part, ils ont une conception compliquée, mais, d'autre part, ils fonctionnent dans des conditions plus bénignes.
Conseillé:
Moteur CDAB : spécifications, appareil, ressource, principe de fonctionnement, avantages et inconvénients, avis des propriétaires
En 2008, les voitures du groupe VAG sont entrées sur le marché automobile, équipées de moteurs turbocompressés avec un système d'injection distribuée. Il s'agit d'un moteur CDAB de 1,8 litre. Ces moteurs sont toujours vivants et activement utilisés sur les voitures. Beaucoup s'intéressent au type d'unités, sont-elles fiables, quelle est leur ressource, quels sont les avantages et les inconvénients de ces moteurs
Transmission CVT : principe de fonctionnement, avis du propriétaire sur les avantages et les inconvénients du variateur
Lors de l'achat d'une voiture (surtout neuve), de nombreux automobilistes sont confrontés à la question du choix d'une boîte de vitesses. Et si tout est plus ou moins clair avec les motorisations (diesel ou essence), alors le choix des transmissions est tout simplement énorme. Ce sont la mécanique, l'automatique, la tiptronic et le robot. Chacun d'eux fonctionne à sa manière et possède ses propres caractéristiques de conception
Moteur de contrat : comment comprendre ce que c'est ? Définition, caractéristiques, caractéristiques du travail, comparaison, avantages et inconvénients
Si le moteur est en panne et qu'il est impossible de le réviser, alors la question se pose naturellement, où et quel type de moteur acheter. Un moteur de contrat est une bonne alternative à un nouveau moteur d'origine et est bien meilleur qu'un moteur d'occasion issu du démontage
Suspension pneumatique : principe de fonctionnement, appareil, avantages et inconvénients, avis des propriétaires. Kit de suspension pneumatique pour voiture
L'article concerne la suspension pneumatique. Le dispositif de tels systèmes, les types, le principe de fonctionnement, les avantages et les inconvénients, les avis, etc. sont pris en compte
"Lada-Kalina": contacteur d'allumage. Appareil, principe de fonctionnement, règles d'installation, système d'allumage, avantages, inconvénients et caractéristiques de fonctionnement
Histoire détaillée du contacteur d'allumage Lada Kalina. Des informations générales et quelques caractéristiques techniques sont données. Le dispositif de la serrure et les dysfonctionnements les plus fréquents sont pris en compte. La procédure de remplacement de vos propres mains est décrite
