Pourquoi un turbocompresseur ne produit-il une poussée que lorsque le moteur est en charge ?

Permettez-moi de commencer par un excellent livre sur le sujet : Corky Bell’s Maximum Boost . Il traite des principes de base du fonctionnement des turbocompresseurs, en plus de quelques applications datées et ésotériques qui sont toujours intéressantes. Par exemple, je trouve que la discussion sur la turbocompression des différents types de carburateurs est d'un intérêt intellectuel, voire pratique.

Pour résumer les points évoqués dans votre question, voici quelques-uns des principaux aspects du moteur turbocompressé qui présentent un intérêt :

1. le flux d'air : rappelez-vous qu'un moteur à combustion interne est en fait une pompe à air. Si nous parlons d'un moteur qui fonctionne “sous charge”, nous pouvons supposer que vous avez ouvert les gaz. Par exemple, en descendant une colline, vous n'avez pas besoin d'appuyer sur l'accélérateur, de sorte que l'ensemble du trajet de l'admission à l'échappement pompe une plus petite masse d'air. En revanche, en montée, vous devrez ouvrir l'accélérateur (donner du gaz), ce qui ajoutera de l'air à l'admission. L'ordinateur du moteur ajoute alors du carburant au mélange. Le mélange air-carburant est brûlé pour produire de l'énergie. Les gaz d'échappement de cette combustion sont ensuite …

2. La turbine : c'est la partie qui ressemble à l'avant d'un moteur à réaction qui se trouve dans le trajet des gaz d'échappement. La turbine repose sur une extrémité d'un arbre en rotation. De l'autre côté se trouve le compresseur. C'est la partie qui fait réellement la poussée du côté de l'admission du moteur. Plus les gaz d'échappement passent devant la turbine, plus celle-ci veut tourner et faire de la suralimentation du côté du compresseur. Cependant, il y a aussi …

3. Le wastegate : c'est une valve qui se trouve également dans le trajet des gaz d'échappement. Elle fournit un raccourci pour l'échappement si le moteur n'a pas vraiment besoin de suralimentation à ce moment. Elle peut être utilisée pour le contrôle de la suralimentation (une suralimentation trop importante peut physiquement détruire votre moteur). Il peut s'agir d'une soupape à ressort purement mécanique qui reste fermée jusqu'à une certaine pression positive dans le circuit d'admission et qui s'ouvre ensuite progressivement à mesure que la suralimentation augmente. Elle peut également être sous le contrôle direct de l'ordinateur du moteur. Par exemple, ma voiture (en stock tune) était très agaçante dans son refus de rester en pointe en troisième vitesse. Elle refusait également de dépasser un certain point de poussée avec un papillon des gaz partiel. L'ordinateur du moteur disait en fait “non, c'est assez amusant pour l'instant”.

Par exemple, si je descends une côte en gardant le pied sur l'accélérateur, la commande des gaz est fermée. Il n'y a pas assez de masse d'air qui passe par l'admission et l'échappement pour faire tourner le turbo, wastegate ou non.

Cependant, la scène change au bas de la colline lorsque nous montons la prochaine montée. Je dois ouvrir l'accélérateur pour monter la colline. Si je suis à bas régime, les tours/minute seront plus élevés, l'énergie des gaz d'échappement sera plus élevée et la turbine tournera à fond. Cependant, comme j'aurais besoin d'un papillon partiel à bas régime pour la même accélération, mon ordinateur moteur pourrait mettre son veto pour dépasser un certain point, ce qui ouvrirait la wastegate.

Si je suis en grande vitesse, les tours/minute seront plus bas et je devrai ouvrir les gaz à fond pour monter la colline. Cependant, le volume et la vitesse des gaz d'échappement seront faibles et il est possible que je n'aie pas assez d'énergie pour que le turbo fasse une pression positive significative (par exemple, environ 40 mph en cinquième dans ma voiture). Même si j'aimerais vraiment faire de la surpression dans cette situation, je ne pourrai pas.

Vous l'avez à peu près deviné, et si vous ne l'avez pas fait wikipedia est votre ami .

En résumé, le turbocompresseur fonctionne en ayant deux turbines connectées au même axe de rotation. Une turbine est mise en rotation par les gaz d'échappement, ce qui fait tourner l'autre turbine. La seconde est celle qui force l'air à entrer dans l'admission du moteur.

Au ralenti, il n'y a pratiquement pas d'échappement pour produire de la puissance. Ouvrir les gaz => plus d'air déplacé dans le moteur => plus d'échappement => plus de suralimentation.

Pas exactement… Souvenez-vous, tous les moteurs turbocompressés n'utilisent pas de wastegate.

Ce qui se passe, c'est que votre moteur tourne à 2000 tours/minute sans charge, maintenant vous mettez une charge, le régime chute et pour le ramener à 2000 tours/minute, vous devez ajouter l'accélérateur qui décharge le carburant dans le moteur. En déchargeant le carburant, l'augmentation de la pression de combustion et, en fin de compte, l'augmentation de la pression d'échappement vont faire tourner la turbine rapidement et produire une plus grande poussée qui augmentera encore plus la pression de combustion (plus d'O2 maintenant disponible). Vous voyez, sur un moteur sans charge, même sans wastegate, le turbo ne fait pas grand-chose.

et pour rendre les choses un peu plus compliquées ici, sur un moteur diesel, il fonctionne de manière similaire mais différente. Il n'y a pas de régulation de l'air d'admission sur un moteur diesel, l'admission est toujours libre et le rendement est déterminé par la quantité de carburant injectée. C'est pourquoi, lorsque le moteur diesel tourne à son régime, il dégage beaucoup de fumée jusqu'à ce que le moteur le rattrape. Les moteurs diesel turbocompressés reposent sur le turbocompresseur lui-même comme forme de régulation de l'air d'admission.

Le moteur de votre voiture consomme plus de carburant pour faire tourner le moteur à 3000 tr/min lorsqu'il est en charge, par opposition à un régime au point mort. C'est la réponse courte.

Plus de carburant signifie plus de gaz d'échappement, ce qui signifie plus de puissance. Inversement, lorsque vous tournez au point mort, vous consommez beaucoup moins de carburant et donc beaucoup moins de gaz d'échappement pour faire tourner le turbo. C'est aussi la raison pour laquelle votre voiture consomme plus de gaz en montée qu'en descente.

De plus, le système de gestion de votre voiture désengagerait probablement votre soupape de décharge/vanne de soufflage lorsque votre papillon des gaz est désengagé. C'est un dispositif de sécurité.