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Auteur(s)
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Aimé PAROIS : Ingénieur de l’École nationale supérieure des Arts et Métierset de l’École nationale supérieure du Pétrole et des Moteurs (ENSPM) - Directeur du Centre Moteurs ENSPM
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le but de cet article est de donner au lecteur une meilleure compréhension du fonctionnement du système de suralimentation par turbocompresseur d’un moteur de véhicule routier et de le guider dans la détermination des éléments principaux de la boucle de suralimentation.
On étudiera les caractéristiques d’utilisation du compresseur et de la turbine et leur interaction avec le comportement du moteur. On proposera une méthode simple de définition des éléments principaux d’un système de suralimentation. On présentera les différentes technologies utilisées actuellement et on évoquera les évolutions de ces technologies.
Cet article sera limité à l’application des petits turbocompresseurs utilisés sur les moteurs automobiles et les moteurs de camion. Les machines utilisées sur les gros moteurs industriels relèvent d’une technologie spécifique qui ne sera pas abordée dans cet article.
L’étude détaillée des étages compresseur et turbine faisant déjà l’objet d’articles spécialisés dans ce traité, on se limitera à la présentation des caractéristiques d’utilisation des compresseurs centrifuges et des turbines centripètes utilisés pour des rapports de pression de l’ordre de 3/1.
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4. Technologie du turbocompresseur et installation sur moteur
On se limitera à indiquer les caractéristiques constructives particulières, notamment les matériaux spécifiques, les systèmes de paliers et d’étanchéité et les exigences d’équilibrage pour la réduction des vibrations et du bruit.
4.1 Matériaux
La roue de turbine est sollicitée au fluage et à la rupture sous l’effet des efforts centrifuges dus à la vitesse de rotation et doit donc présenter des caractéristiques mécaniques élevées à haute température. Les ailettes de turbine sont excitées en vibration ; on admet généralement que les risques de rupture sont faibles si la fréquence propre de vibration des ailettes est supérieure à 4 fois la vitesse de rotation de la turbine.
Les alliages métalliques utilisés pour sa réalisation sont à base de nickel et contiennent d’autres éléments pour accroître la résistance mécanique et la résistance à la corrosion à haute température.
Les roues de turbine sont coulées sous vide par le procédé de cire perdue. Elles sont ensuite soudées par friction ou par faisceau d’électrons sur l’axe en acier. L’axe et le profil de roue sont ensuite rectifiés et l’ensemble équilibré dynamiquement.
Les principaux alliages utilisés sont les suivants :
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l’alliage GMR 235 (mis au point par General Motor Research), avec 62 % Ni, contient principalement du chrome (5 %) et du molybdène (5 %) ; il convient aux applications Diesel (atmosphère oxydante) ;
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l’Inconel 713, avec 73 % Ni, contient principalement du chrome (12 %), de l’aluminium (6 %) et du molybdène (5 %) ; il est plus utilisé pour les applications essence (température élevée) au‐dessous d’une température de gaz de 1 000 oC ;
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le Martin Marietta MAR‐M247 (60 % Ni, 10 % Co, 10 % W, 8,5 % Cr) pour mémoire : matériau limité à certaines applications à très haute température, n’ayant aucune contrainte de coût (voitures de compétition à essence).
La...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MÉRIGOUX (J.‐M.) - Ventilateurs. Compresseurs. Notions fondamentales. Dimensionnement. - (1999).
-
(2) - MÉRIGOUX (J.‐M.) - Ventilateurs. Compresseurs. Aspects technologiques. - (1999).
-
(3) - GRATADOUR (M.) - Applications de la suralimentation aux moteurs. - (1991).
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(4) - WATSON (N.), JANOTA (M.S.) - Turbo charging the internal combustion engine. - MacMillan Press Ltd (1982).
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(5) - FOY (M.) - Techniques et applications de la suralimentation par turbocompresseur. - ETAI (1987).
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