1/6 Utilisation rationnelle de l’énergie dans les moteurs. 5 ème cycle de conférences Mars 2004 Techniques avancées de suralimentation : le turbocompresseur. Pierre PODEVIN, Michel TOUSSAINT, Laurent PREVOND podevin@cnam.fr, toussain@cnam.fr, prevond@cnam.fr Conservatoire National des Arts et Métiers – Paris INTRODUCTION Les premiers essais de suralimentation d’un moteur se sont déroulés entre 1911 et 1914 chez Sulzer.. La turbosuralimentation dans son principe peut être illustrée à l’aide de la figure 1. Les gaz de combustion, très chauds, échappant d’un moteur contiennent beaucoup d’énergie. Ces gaz peuvent être utilisés et détendus dans une turbine (en général centripète dans les applications automobiles) pour produire du travail, et entraîner un compresseur calé sur le même arbre. L’air comprimé produit par le compresseur et admis dans les cylindres du moteur augmente la masse d’air comburante ; on peut alors injecter plus de carburant et augmenter ainsi la puissance du moteur turbosuralimenté. Figure 1 – Turbocompresseur (Document KKK) 1 - COURBES CARACTERISTIQUES : Les courbes caractéristiques du compresseur et de la turbine sont déterminées sur un banc d'essai tel celui schématisé figure 2. Le rendement isentropique du compresseur est calculé par application du premier principe de la thermodynamique en supposant celui-ci adiabatique et parcouru par un gaz idéal parfait. Pour la turbine, il convient de considérer deux cas : - alimentation en gaz chaud : le rendement TM η est le produit du rendement mécanique par le rendement isentropique de la turbine qui est encore égale à la puissance du compresseur divisé par la puissance isentropique de la turbine. La puissance du compresseur est déduite des mesures effectuées sur cette machine. La puissance isentropique de la turbine est calculée à partir de la mesure de la température à son entrée et du taux de détente : - alimentation en air comprimé froid : dans ce cas les échanges de température sont négligés et le rendement isentropique turbine est directement calculé. Lors des essais turbine, c'est le compresseur qui joue le rôle de frein. La puissance de celui-ci étant inférieure à celle de la turbine les champs sont limités. Au CNAM, les essais sont réalisés en alimentant le compresseur en sens inverse par une source d'air comprimé afin d'accroître sa puissance de freinage ce qui autorise un élargissement du champ turbine [1]. Débit compresseur Débit turbine Diaphragme de mesure du débit turbine Air comprimé Gaz chaud Turbine Centrale de lubrification Vanne d'arrêt général Diaphragme de mesure du débit compresseur Compresseur Turbine Compresseur Couplemètre T huile 20 à 120°C P huile 0 à 4 bar Figure 2 – Banc d'essai de turbocompresseur Figure 3 – Mesure de la puissance mécanique du compresseur avec un couplemètre Compresseur Turbine