Tout savoir sur les turbocompresseurs MAHLE Original et leurs composants.

Structure et fonctionnement du turbocompresseur

Nos turbocompresseurs sont soumis à de fortes sollicitations

Régime largement supérieur à 300 000 tr/min, température d’échappement dépassant 1 000 °C.

Le matériau doit être robuste et ainsi atteindre un haut degré d’efficacité. Pour répondre à ces exigences sur une large plage de fonctionnement requiert des compétences de développement et de fabrication exceptionnelles. MAHLE a créé un nouveau processus pour veiller à intégrer le développement et la production.

Les ateliers de réparation reçoivent des turbocompresseurs de haute qualité après des simulations les plus modernes, des tests sévères et une production contrôlée par ordinateur. Ils se distinguent par une haute qualité de moulage et un équilibrage précis. Comme on peut l’attendre de MAHLE.

Matériaux : pour la sécurité des personnes, du moteur et de l’environnement – rien que le meilleur

Les composants du boîtier du turbocompresseur sont coulés en aluminium ou en acier éprouvés ; les turbines sont composées de matériaux résistant aux températures élevées.

Combinés à une conception ingénieuse, cela garantit déjà de très bonnes propriétés. On peut toujours bien sûr s’améliorer : une équipe d’ingénieurs produits et procédés travaille en permanence au perfectionnement des procédés de fabrication, de montage et de contrôle, comme notamment, pour l’usinage à grande vitesse, les techniques d’assemblage, le revêtement avec des matériaux solides ou liquides ou encore la technique d’équilibrage.

L’équilibrage sur site de simuler différents états de fonctionnement et d’identifie les balourds dynamiques.

L’arbre et la roue de turbine sont constitués de différents matériaux : grâce au soudage par faisceau d’électrons, les ingénieurs de MAHLE atteignent cependant un assemblage extrêmement précis et sûr.

Prêts à l’emploi : les turbocompresseurs MAHLE Original

La puissance d’un moteur à combustion interne dépend principalement de la quantité d’air disponible pour la combustion. C’est pour l’augmenter qu’on a recours au turbocompresseur.

Il utilise l’énergie des gaz d’échappement pour comprimer l’air d’admission et l’injecter à haute pression dans le moteur : celui-ci dispose ainsi d’une plus grande quantité d’air et, par conséquent, de plus d’oxygène, pour améliorer la combustion.

La suralimentation par turbocompresseur permet une augmentation du couple maximal et de la puissance maximale du moteur (à volume constant) et, plus précisément, la hausse de la pression moyenne sans consommer l’énergie mécanique générée par le moteur, comme c’est le cas avec la suralimentation par compresseur mécanique. Ces gains peuvent être mis à profit pour installer un moteur plus puissant aux dimensions quasi égales à celles du bloc moteur d’origine, ou alors, et c’est la tendance actuelle, pour concevoir des modèles downsizés qui offrent l’avantage de réduire la consommation de carburant et les émissions de CO2 sans perdre de leur puissance.

Perfectionnement du turbocompresseur : Les ingénieurs mettent le turbo.

Les turbocompresseurs futurs tirent parti du gain potentiel d’efficacité, de réactivité et de comportement acoustique. La consommation de carburant et les émissions de CO2 s’en trouvent encore diminuées. La proportion de moteurs turbocompressés est en augmentation constante grâce au perfectionnement de la technologie de suralimentation. Au cours de la prochaine décennie, le moteur à combustion maintiendra donc sa position dominante par rapport aux propulsions alternatives.

Structure et fonctionnement des composants

Réglage de la suralimentation

Les turbocompresseurs produisent déjà un couple moteur élevé à bas régime moteur et un débit massique de gaz d’échappement faible.

La pression de suralimentation est réglée afin d’éviter une surcharge du moteur par le turbocompresseur lors des régimes plus élevés.

Les turbocompresseurs permettent de recourir au surrégime (« overboost ») : dans ce cas de figure, la pression de suralimentation est augmentée temporairement, par exemple lors de l’accélération.

Lorsque le moteur tourne à régime élevé, le clapet de décharge détourne une partie du flux des gaz d’échappement hors de la turbine. Ceci réduit le flux des gaz d’échappement passant par la turbine et ainsi la contre-pression de gaz d’échappement. À bas régime, le clapet de décharge se referme et tout le flux des gaz d’échappement entraîne la turbine et donc le compresseur.

La gamme de produits comprend le réglage de la suralimentation par clapet de décharge pour tous les moteurs essence et diesel jusqu’à une puissance de 560 kW. Le réglage de la suralimentation par clapet de décharge se distingue par une longue durée de vie en cas de bon fonctionnement.

Le mécanisme de la turbine à géométrie variable contrôle la pression de suralimentation grâces aux pales réglables indépendamment de la vitesse moteur. Afin de mettre à disposition assez de pression de suralimentation à bas régime, les pales sont réglées sur une section d’entrée étroite, ce qui conduit à une vitesse accrue du flux des gaz d’échappement. L’élévation de l’énergie cinétique des gaz d’échappement est transférée à la turbine et augmente le régime.

À régime élevé, les pâles libèrent une grande section d’entrée et le flux des gaz d’échappement agit à une vitesse plus faible sur la zone intérieure des pales de turbine.

Turbine d’échappement

La roue de turbine, le carter de turbine, le clapet de décharge et la turbine à géométrie variable (TGV) constituent la turbine d’échappement.

Les gaz d’échappement chaud sont retenus avant la turbine et convertis en énergie cinétique dans la turbine, tout en accélérant la turbine jusqu’à 300 000 tours par minute. Les gaz d’échappement arrivent sur la roue de turbine dans le sens radial et en sortent dans le sens axial.

La géométrie de la turbine (roue de turbine et carter de turbine) est optimisée en fonction du clapet de décharge et la turbine à géométrie variable (TGV) est adaptée aux exigences spécifiques du moteur. Des outils logiciels externes et internes sont utilisés afin de réaliser le réglage individuel des composants dans des délais record.

Carter de turbine

À chaque application son carter de turbine adapté :

  • Carter de turbine standard à flux simple
  • Carter de turbine à flux double
  • Carter de turbine avec tuyau d’échappement coudé intégré

Des matériaux hautement résistants et réfractaires sont disponibles pour les conditions de température extrêmes dans les moteurs essence (> 1000 °C).

Carter de turbine à flux double

Pour éviter les interférences mutuelles des flux de gaz d’échappement lors du changement de charge, les gaz d’échappement passent par deux conduits d’échappement séparés sortant des cylindres vers le carter de turbine. Pour éviter une perte d’enthalpie des gaz d’échappement, la turbine peut être installée à proximité des soupapes d’échappement, ce qui produit un bon rendement de la turbine et donc une bonne réactivité du moteur.

Compresseur

Le compresseur se compose de la roue de compresseur, du diffuseur et du carter de compresseur.

Comme pour la turbine d’échappement, le compresseur est adapté de manière optimale et précise au moteur. La roue de compresseur radial transfère une grande partie de l’énergie cinétique fournie par la turbine au flux d’air.

Dans le diffuseur du carter du compresseur, celle-ci entraîne une augmentation de la pression souhaitée. On utilise à cette fin des roues de compresseur fraisées en alliages d’aluminium spéciaux très résistantes et de haute précision. On obtient ainsi la garantie de fortes accélérations et un bas régime amélioré. En raison de la géométrie uniforme des roues, les bruits de pulsation sont considérablement réduits.

En cas de conditions d’usure accrues, la roue de compresseur peut être revêtue en conséquence, un traitement qui peut s’avérer nécessaire pour la recirculation des gaz d’échappement à basse pression.

Carter de compresseur

Le carter du compresseur est systématiquement optimisé selon des critères aérodynamiques. Pour étendre la plage de fonctionnement utile, des mesures optionnelles sont offertes. À cet effet, les systèmes de recirculation ont été développés pour stabiliser les courbes caractéristiques du compresseur.