HISTOMOBILE

Marque :



ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

M’enregistrer - Se connecter

;



Page  20 / 36


Page 21 / 36 : 

Quelques types de suralimentations



par Jean-Claude Therace

La suralimentation.

Quelques types de suralimentations

- Suralimentation par cylindre de pré compression (Marius BERLIET 1908)

- Suralimentation par des réservoirs d’air comprimé.


Les compresseurs

Auto suralimentation.

Les compresseurs ou surpresseurs volumétriques sont des machines destinées à charger le remplissage des cylindres de moteurs à explosion du type 4 temps, à activer le balayage (blower) des moteurs à combustion interne du type 2 temps, ou de participer à la chaîne cinématique du fonctionnement des turbines et des turbomoteurs.

Dans tous les cas, le rendement énergétique de ces moteurs thermiques s’en trouve amélioré.

Ces machines sont entraînées positivement, mécaniquement par le moteur à suralimenter (courroies, chaînes, pignons).

Ces machines soustrayant donc au moteur la puissance nécessaire à leur fonctionnement, ont été, dans certaines adaptations, à débrayage commandé.

- Compresseur à palettes et rotor excentré du type ZOLLER (D), - Compresseur à palette à rotor excentré et chemise tournante du type COZETTE.

- Compresseurs à deux rotors de deux ou trois lobes droits ou hélicoïdaux (pour le silence de fonctionnement) du type ROOTS. Pression de suralimentation de max. 1,7 bar. Contrairement aux autres compresseurs, ce dernier fonctionne sans compression interne. Des compresseurs du type ROOTS peuvent être montés en série afin d’atteindre des pressions de remplissage supérieures à 2 bar.

- Compresseurs à pistons rotatifs. Un rotor intérieur entraîné (piston rotatif) tourne excentriquement dans un rotor cylindrique extérieur. La transmission se fait par courroies dans un rapport de 3 : 2. L’entraînement peut être commutable via un coupleur magnétique ou autre.

- Compresseur à vis sans fin asymétriques du type utilisé par ATLAS COPCO et MAHLE (haute pression) pour des réalisations particulières.

- Compresseurs centrifuges (turbines) entraînées mécaniquement par le vilebrequin (HISPANO SUISA). A partir de 6.500 m d’altitude, la densité de l’air étant réduite de moitié, la puissance du moteur n’est plus que de 44% de ce qu’elle est au sol. La suralimentation, dans ce cas là, consiste à rétablir la pression atmosphérique normale, dès l’admission, quelle que soit l’altitude à laquelle évolue l’avion mû par un moteur à explosion.

- Compresseur TURMAT de ZF ; développé par le Dr. Karl LEGAR Turbo entraîné par le vilebrequin et un entraînement planétaire pour actionner une turbine conventionnelle. Une transmission complexe fixée au compresseur afin d’obtenir une vitesse constante de rotation du compresseur. Le variateur est du type à réglage mécanique et est développé par VALEO (F) et baptisé par ceux-ci : EREV (Equipement à Rapport d’entraînement Variable). La poulie primaire est entraînée directement par le vilebrequin. Lors d’une rotation lente, le rapport est de 2 :2,4. Si la vitesse de rotation augmente, le rapport de transmission atteint 0,75 à 0,85 ; à ce moment le variateur tourne plus lentement que le moteur. Entre le variateur et le compresseur existe un rapport de transmission fixe de 1 :15. De cette manière le compresseur tourne toujours de 10 à 15 fois plus rapidement que le moteur d’ou absence du fameux « trous turbo ». Le compresseur peut, à volonté, être enclenché à l’aide d’un embrayage électromagnétique. Compresseur convenant aux moteurs à combustion de 2 à 3,5 l de cylindrée et tournant à un régime maximum de 6.000 t/min.

- Compresseurs hélicoïdes du genre G utilisé par VW, compresseur à spirales excentriques qui « captent, pincent et propulsent » un volume d’air (brevet en 1905 de L. CREUX (F)). Il est possible d’atteindre, avec un rendement de 65%, une surpression de 0,75 bar, quels que soient les régimes du compresseur (± 10.000 t/min). Les spirales travaillant comme un « concasseur » de carrière, ces compresseurs auront une fragilité relative à l’absorption de corps durs ou de liquides (incompressibilité des liquides et des solides). Exigent une filtration soignée et protégée.

Surpresseurs centrifuges ou turbocompresseurs.

Compresseurs centrifuges entraînés positivement par une turbine axiale actionnée par le flux des gaz d ‘échappement ou turbocompresseurs. Pour moteurs à explosion, à combustion interne (Diesel) et turbines/turbomoteurs.

Pression : 1,5 bar sans échangeur de chaleur (intercooler) et jusqu’à 2,88 bars avec intercooler. Le carter de la turbine peut être à flux jumelés : chaque flux balaye la totalité de la circonférence de la turbine. Soit aussi à double flux ; chaque flux balaye la moitié de la circonférence de la turbine. Les turbocompresseurs pour voitures utilisent généralement des turbines à flux unique.

Les turbines peuvent être à géométrie variable. Dans ce cas, actuellement, les aubes directrices sont orientables ce qui permet une large plage de régulation avec un excellent rendement. Un canal de by-pass commandé par une soupape modulatrice (Waste-gate) limite la pression de suralimentation et protège le turbocompresseur.

Echangeur de pression ou turbocompresseur à impulsions.

Dans ce modèle, une ou plusieurs turbines sont placées au voisinage immédiat des conduits d’échappement, de manière à recevoir directement les ondes de pression des gaz non encore amorties par les pertes de charge des collecteurs. Le rendement est également amélioré par la température plus élevée. Cet échange a lieu dans les cellules d’un rotor qui est entraîné par le moteur par l’intermédiaire d’une courroie. L’échange de pression se produit dans ce rotor à la vitesse du son.

Remarques :

En utilisant des carburants spéciaux, on obtient, avec le turbocompresseur, de puissances spécifiques voisines de 350 CV/l (OFFENHAUSER).

Des compresseurs du type ROOTS sont construits par JOHNSON, ITAL-MECANICA, COMPREX … etc. etc.

Des turbocompresseurs sont fabriqués par KKK, GARRET, EBERSPÄCHER, ROTOMASTER, HOLSET, TURBOCARE, RAJAY,….etc. etc.

L’échangeur de pression est produit par COMPREX.

NB : Un moteur Diesel 4 temps suralimenté par un surpresseur volumétrique du type ROOTS sera moins puissant et consommera plus qu’un moteur identique suralimenté par un turbocompresseur centrifuge.

fig : Vue en coupe d'un compresseur Elliott-Lysholm à écoulement axial.


Compresseur à vis

Si on dissèque bien le principe, le compresseur à vis à une paternité cachée.

Le compresseur ROOTS à trois ou quatre lobes hélicoïdaux.

C´est comme une vis à trois entrées qu´on n´aurait utilisé qu´une fraction du pas afin de réduire l´encombrement.

Un compresseur industriel a vis actuel se différentie par le fait que les vis font six entrées, qu´il y a une vis mâle engrenée dans une vis femelle et que ± 4/6 de pas est utilisé.

Pour un compresseur du type Roots l´écoulement du flux se fait radialement tandis que pour les compresseurs à vis (hélicoïdaux) l´écoulement est axial.

fig : Vue en coupe d'un compresseur Hamilton-Whitfield à écoulement axial.

Radialement: selon le rayon, le pourtour des lobes.

Axialement: suivant l´axe; le flux est aspiré par la tête des vis et expulsé à l´arrière.

En automobile, ont été utilisés deux types de compresseurs à écoulements axiaux (selon le principe de la vis):

Hamilton-Whitfield (General Machinery Corporation. de Hamilton): "....leurs filetages sont en prise et forment une ligne étanche continue sur toute la longueur de leur contact. Le carter est étroitement ajusté au bord extérieurs des rotors, de sorte que le seul chemin que puisse suivre l´air est celui de la rainure du filetage des rotors.....".

Elliott-Lysholm: "....les orifices du compresseur sont opposés diagonalement sur les côtés opposés du plan qui passe par les axes des rotors.......".

".....Le rendement adiabatique de ces compresseurs serait compris entre 70 et 76% avec un rendement volumétrique entre 88 et 92%.......".

Ces deux derniers furent utilisés sur des moteurs Diesel deux temps à haut rendement. En 1941 il y avait aux USA 14 fabricants de Diesel deux temps destinés entre autre à la marine pour les plus gros.

fig : Section d'un compresseurs à pistons rotatifs.

1) carter

2) rotor extérieur

3) rotor intérieur

4) arête de sortie

5) chambre II

6) chambre II

7) chambre I


Compresseur à piston rotatif.

Le rotor intérieur entraîné (piston rotatif) tourne excentriquement dans le rotor cylindrique extérieur les rotors ont un rapport de transmission de 3:2 et tournent autour d´axe fixes dans l´espace sans entrer en contact ni l´un avec l´autre ni avec le carter. L’excentricité permet de capturer, de comprimer et d´expulser. L´alimentation est quasi continue.


Le Compresseur WANKEL.

En 1975 lorsque NSU essaya d’établir un nouveau record, il utilisa un de ses compresseurs à pistons tournants pour donner au moteur deux temps la capacité requise.

Depuis, Pierburg a repris et continué les travaux de recherche et parfois des modèles très compliqués.

Le compresseur Ro était né (Ro80…..cela ne vous rappelle rien !?) et une licence fut octroyée à KKK.

C‘est un projet génial qui permet de réaliser une compression intérieure de 1 :12 et qui peut tourner à l’aise à 12.000 tr/min. l’air comprimé n’est pas très chaud et ne pulse pas beaucoup en plus, le remplissage ne cause pas de retardement en poussant sur l’accélérateur (turbo-lag). C’est un compresseur intéressant dans le sens qu’il peut réaliser un moteur « élastique », puissant et souple et non pas un moteur à prestation maximale. Il est surtout intéressant comme source d’énergie pour des voitures petites et moyennes.

Ce qu rend le compresseur Pierburg intéressant aussi est le fait que l’appareil se laisse adapter facilement aux dimensions du moteur en modifiant la longueur du compresseur.

Actuellement le désavantage du remplissage à pression mécanique sont encore : l’espace nécessaire sous le capot et le haut niveau de bruit produit par ce type de compression d’air.


Compresseur volumétrique COMPREX.

Ce compresseur dont j’ai déjà parlé est en fait un compresseur mi-turbo, mi-compresseur.

Il se raccorde à l’échappement et est entraîné par une courroie !

Les recherches ont commencé il y a 20 ans et sont toujours en cours de développement par la firme Suisse BBC.


La suralimentation par résonance ...

...La suralimentation sans compresseurs, surpresseurs ou turbocompresseur…….

Pendant très longtemps l’admission du mélange et l’échappement étaient réduits à de simples tuyaux auxquels on n’attribuait qu’un rôle de liaison. On compris, plus tard que ces tubes que ces conduits étaient le siège de phénomènes complexes très importants.

On conçoit aisément que le diamètre d’un tube chargé d’alimenter un moteur en air ou en mélange d’air et d’essence ait une grande importance ; il y a une relation étroite entre le diamètre et le débit à prévoir. Mais ce raisonnement simple n’est valable que pour un débit continu, alors que le moteur lorsqu’il respire, n’aspire qu’une fois tous les deux tours et pendant un temps assez court.

Ce sont ces ouvertures et fermetures successives qui rendent nécessaire la notion complémentaire de « longueur » du tube.

Lorsque le piston commence à descendre, il crée derrière lui un vide et la soupape d’admission ouverte, laisse entrer les gaz frais. Mais leur inertie propre exige un petit délais de mise en marche, de même que, lorsque la soupape se ferme, il y a encore, pendant un temps très court, une arrivée de gaz due à l’inertie de la colonne en marche. Dans le temps qui suit immédiatement à la fermeture de la soupape, il y a un amoncellement de gaz derrière la soupape fermée avec une création d’une légère pression locale.

Ce phénomène crée des ondes réfléchies en sens inverse du courant normal du l’admission.

Mais ce phénomène se complique du fait que la colonne de gaz se met à osciller entre l’extrémité ouverte et l’extrémité fermée de ce conduit.

Nous avons donc dans ce conduit une succession de zones de densité maximum, donc une surpression, à laquelle succède, dans l’intervalle suivant, une zone de densité minimum, donc une dépression.

Si le système tube-moteur est accordé, la soupape devrait s’ouvrir exactement au moment où la zone de surpression se trouve sur elle, Il y a, alors, « sur remplissage ».

Les travaux des ingénieurs de NSU sur ce principe ont permis d’obtenir un taux de remplissage égal à 1,3 surprenant alors que le taux de remplissage d’un moteur classique n’est que de 0,80 !

Il y a toujours un tube de longueur optimum qui, pour un régime de rotation donné, fournira le remplissage et le rendement maximum. C’est le tube résonnant.

Si un moteur tourne à 6.000 tr/min, soit 100 tours à la seconde, soit 36.000°, et si une admission dure 240°, on aura une fréquence de 36.000/240 soit 150 périodes par seconde.

Quant à la longueur d’onde, elle sera (vitesse du son/fréquence) 340/125 soit 2,26 m.

Il faut donc chercher dans le sous multiples de cette longueur d’onde, la valeur optimum et résonnante du tube d’admission.

Avec le quart, nous aurons 56 cm et 6.000 t/min ; 42 cm à 8.000 t/min et 28 cm à 12.000 t/min.

NSU était la marque la plus avancée dans ce domaine et la moto « Renmax » de 250 cm³ de cylindrée et 39 CV de puissance au frein révèle aussi un taux de sur remplissage de 1,3 grâce aux tubulures accordées (dans le sens « accordage » musical des tuyaux d’orgues !).

Il faut rappeler aussi que le premier moteur ayant dépassé les 100 CV au litre de cylindrée était le 1.500 cm³ Miller. Doté de 8 cylindres et 8 carburateurs montés sur des pipes « accordées de 40 cm, il dépassa les 150 CV.

Ce qui est vrais pour l’admission l’est aussi pour l’échappement mais pour les gaz très chaud dépassant 400°C, la vitesse du son atteint 540 m/s et les tubes doivent être allongés en conséquence. (NDR) Pour le deux temps on recherchera plutôt la contre pression à l’échappement.

Mais si l’intérêt qu’il y a de calculer l’accord est évident, il faut convenir que seule l’expérience d’un banc d’essai peut permettre de déterminer la longueur la plus favorable du tube d’admission.

Chez HMW en compétition les testes donnaient :

À 4.000 t/min ; 58.4 cm pour l’adm., 129,5 cm pour l’éch.,

À 7.000 t/min ; 34,3 cm pour l’adm., 73,7 cm pour l’éch.,

À 10.000 t/min ; 24,06 cm pour l’adm., 53,4 cm pour l’éch..

Des conduits d’admissions à coulisse ont été expérimentés chez HMW.

Des V8 américains ont été fabriqués en série (marque ?) avec, au lieu d’un carburateur quadruple corps, deux carburateurs double corps disposés presque sur les passages de roues dans le capot moteur ; celui de droite alimentait les cylindres de gauche et le carburateur de gauche alimentait la rangée des cylindres de droite.

Quand on dit ce moteur a un bruit presque musical, on est loin de se tromper.

On peut parler de suralimentation car le taux de remplissage est supérieur à 1 qui est le volume engendré par le déplacement du piston ici on est à 1,3.

Les moteurs actuels non suralimentés font à peine 0,89 à 0,92.

L´Audi V6 a des papillons dans les collecteurs pour réduire ou augmenter le parcours d´air d´admission. Je crois que certains BMW aussi.

Sur le V6 AUDI de 1995, au centre du V était placé un boîtier avec papillons qui ouvrait ou refermait une pipe dérivée (1 par cyl.) la modulation de ces papillons étaient gérée par le computeur cartographique allumage carburation.

Une dérive était ouverte comme sur un instrument à vent (cuivre, pas bois) et l´accord de résonance était recherché.

(© Jean-Claude Therace)
#173

Page 22 / 36


Sommaire

Idée & conception © 1999-2011 van Damme Stéphane.


Join us on