{"id":261479,"date":"2022-07-30T17:55:00","date_gmt":"2022-07-30T14:55:00","guid":{"rendered":"https:\/\/auto.inform.click\/?p=261479"},"modified":"2022-04-20T10:53:46","modified_gmt":"2022-04-20T07:53:46","slug":"turbine-a-geometrie-variable-principe-de-fonctionnement-dispositif-reparation","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/auto.inform.click\/fr\/turbine-a-geometrie-variable-principe-de-fonctionnement-dispositif-reparation\/","title":{"rendered":"Turbine \u00e0 g\u00e9om\u00e9trie variable : principe de fonctionnement, dispositif, r\u00e9paration"},"content":{"rendered":"

Avec le d\u00e9veloppement<\/a> des turbines pour moteurs \u00e0 combustion interne<\/a>, les constructeurs tentent d’am\u00e9liorer leur coh\u00e9rence avec les moteurs et leur rendement. La solution s\u00e9rie la plus avanc\u00e9e techniquement est une modification de la g\u00e9om\u00e9trie de l’entr\u00e9e. En outre, la conception des turbines \u00e0 g\u00e9om\u00e9trie variable, le principe de fonctionnement et les caract\u00e9ristiques de maintenance sont pris en compte.<\/p>\n

Caract\u00e9ristiques g\u00e9n\u00e9rales<\/h2>\n

Les turbines envisag\u00e9es diff\u00e8rent des turbines habituelles par leur capacit\u00e9 \u00e0 s’adapter au mode de fonctionnement du moteur en modifiant le rapport A\/R, qui d\u00e9termine le d\u00e9bit. Il s’agit d’une caract\u00e9ristique g\u00e9om\u00e9trique des carters, repr\u00e9sent\u00e9e par le rapport de la section transversale du canal et de la distance entre le centre de gravit\u00e9 de cette section et l’axe central de la turbine.<\/p>\n

La pertinence des turbocompresseurs \u00e0 g\u00e9om\u00e9trie variable est due au fait que pour les hautes et basses vitesses, les valeurs optimales de ce param\u00e8tre diff\u00e8rent consid\u00e9rablement. Ainsi, \u00e0 une petite valeur de A\/R, le flux a une vitesse \u00e9lev\u00e9e, ce qui fait que la turbine tourne rapidement, mais le d\u00e9bit maximal est faible. De grandes valeurs de ce param\u00e8tre, au contraire, d\u00e9terminent un d\u00e9bit important et une faible vitesse des gaz d’\u00e9chappement.<\/p>\n

Ainsi, si l’A\/R est trop \u00e9lev\u00e9, la turbine ne pourra pas cr\u00e9er de pression \u00e0 bas r\u00e9gime, et s’il est trop faible, elle \u00e9touffera le moteur en haut (\u00e0 cause de la contre-pression dans<\/a> le collecteur d’\u00e9chappement, les performances vont chuter). Ainsi, sur les turbocompresseurs \u00e0 g\u00e9om\u00e9trie fixe, on s\u00e9lectionne une valeur A\/R moyenne qui lui permet de fonctionner sur toute la plage de r\u00e9gime, alors que le principe de fonctionnement des turbines \u00e0 g\u00e9om\u00e9trie variable repose sur le maintien de sa valeur optimale. Par cons\u00e9quent, de telles options avec un seuil de suralimentation bas et un d\u00e9calage minimal sont tr\u00e8s efficaces \u00e0 haute vitesse.<\/p>\n

\"Turbine<\/a><\/p>\n

En plus du nom principal (turbines \u00e0 g\u00e9om\u00e9trie variable (VGT, VTG)), ces variantes sont connues sous le nom de mod\u00e8les \u00e0 tuy\u00e8re variable (VNT), roue variable (VVT), tuy\u00e8re de turbine \u00e0 section variable (VATN).<\/p>\n

La turbine \u00e0 g\u00e9om\u00e9trie variable<\/a> a \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9e par Garrett. En plus de cela, d’autres fabricants sont engag\u00e9s dans la sortie de telles pi\u00e8ces, notamment MHI et BorgWarner. Le principal fabricant de variantes de bagues collectrices est Cummins Turbo Technologies.<\/p>\n

Malgr\u00e9 l’utilisation de turbines \u00e0 g\u00e9om\u00e9trie variable principalement sur les moteurs diesel, elles sont tr\u00e8s courantes et gagnent en popularit\u00e9. On suppose qu’en 2020<\/a>, ces mod\u00e8les occuperont plus de 63 % du march\u00e9 mondial des turbines. L’expansion de l’utilisation de cette technologie et son d\u00e9veloppement sont principalement dus au durcissement des normes environnementales.<\/p>\n

Concevoir<\/h2>\n

Le dispositif de la turbine \u00e0 g\u00e9om\u00e9trie variable se distingue des mod\u00e8les classiques par la pr\u00e9sence d’un m\u00e9canisme suppl\u00e9mentaire dans la partie d’entr\u00e9e du carter de turbine. Il existe plusieurs options pour sa conception.<\/p>\n

Le type le plus cour<\/a>ant est l’anneau de palette coulissant. Ce dispositif est repr\u00e9sent\u00e9 par un anneau avec un certain nombre de pales rigidement fix\u00e9es situ\u00e9es autour du rotor et se d\u00e9pla\u00e7ant par rapport au plateau fixe. Le m\u00e9canisme coulissant sert \u00e0 r\u00e9tr\u00e9cir\/\u00e9largir le passage pour le flux de gaz.<\/p>\n

Comme l’anneau de palette coulisse dans le sens axial, ce m\u00e9canisme est tr\u00e8s compact et le nombre minimum de points faibles assure la solidit\u00e9. Cette option convient aux gros moteurs, elle est donc principalement utilis\u00e9e sur les camions et les bus. Il se caract\u00e9rise par sa simplicit\u00e9, ses hautes performances sur les \u00abfonds\u00bb, sa fiabilit\u00e9.<\/p>\n

\"Turbine<\/a><\/p>\n

La deuxi\u00e8me option suppose \u00e9galement la pr\u00e9sence d’un anneau \u00e0 aubes. Cependant, dans ce cas, il est fix\u00e9 rigidement sur une plaque plane, et les pales sont mont\u00e9es sur des axes qui assurent leur rotation dans le sens axial, de l’autre c\u00f4t\u00e9 de celle-ci. Ainsi, la g\u00e9om\u00e9trie de la turbine est modifi\u00e9e au moyen des aubes. Cette option est la plus efficace.<\/p>\n

Cependant, en raison du grand nombre de pi\u00e8ces mobiles, cette conception est moins fiable, en particulier dans des conditions de temp\u00e9rature \u00e9lev\u00e9e. Les probl\u00e8mes constat\u00e9s sont dus au frottement des pi\u00e8ces m\u00e9talliques, qui se dilatent lorsqu’elles sont chauff\u00e9es.<\/p>\n

\"Turbine<\/a><\/p>\n

Une autre option est un mur mobile. Il est similaire \u00e0 bien des \u00e9gards \u00e0 la technologie des bagues collectrices, mais dans ce cas, les lames fixes sont mont\u00e9es sur une plaque statique plut\u00f4t que sur une bague collectrice.<\/p>\n

Un turbocompresseur \u00e0 section variable (VAT) implique des pales qui tournent autour d’un point de montage. Contrairement au sch\u00e9ma \u00e0 lames rotatives, elles ne sont pas install\u00e9es le long de la circonf\u00e9rence de l’anneau, mais en rang\u00e9e. Du fait que cette option n\u00e9cessite un syst\u00e8me m\u00e9canique complexe et co\u00fbt<\/a>eux, des versions simplifi\u00e9es ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9es.<\/p>\n

L’un d’eux est le turbocompresseur \u00e0 d\u00e9bit variable Aisin Seiki (VFT). Le carter de la turbine est divis\u00e9 en deux canaux<\/a> par une aube fixe et est \u00e9quip\u00e9 d’un registre qui r\u00e9partit le d\u00e9bit entre eux. Quelques pales fixes suppl\u00e9mentaires sont install\u00e9es autour du rotor. Ils assurent la r\u00e9tention et la fusion des flux.<\/p>\n

La deuxi\u00e8me option, appel\u00e9e sch\u00e9ma Switchblade, est plus proche de la TVA, mais au lieu d’une rang\u00e9e de lames, une seule lame est utilis\u00e9e, tournant<\/a> \u00e9galement autour du point d’installation. Il existe deux types de telles constructions. L’un d’eux implique l’installation de la lame dans la partie centrale du corps. Dans le second cas, il se trouve au milieu du canal et le divise en deux compartiments, comme une lame VFT.<\/p>\n

\"Turbine<\/a><\/p>\n

Pour contr\u00f4ler la turbine \u00e0 g\u00e9om\u00e9trie variable, des entra\u00eenements sont utilis\u00e9s: \u00e9lectriques, hydrauliques, pneumatiques. Le turbocompresseur est command\u00e9 par l’unit\u00e9 de commande du moteur (ECU, ECU).<\/p>\n

Il convient de noter que de telles turbines ne n\u00e9cessitent pas de soupape de d\u00e9rivation, car gr\u00e2ce \u00e0 un contr\u00f4le pr\u00e9cis, il est possible de ralentir le flux de gaz d’\u00e9chappement de mani\u00e8re non d\u00e9compressive et de faire passer l’exc\u00e9dent \u00e0 travers la turbine.<\/p>\n

Principe de fonctionnement<\/h2>\n

Les turbines \u00e0 g\u00e9om\u00e9trie variable fonctionnent en maintenant l’A\/R et l’angle de tourbillon optimaux en faisant varier la section transversale de l’entr\u00e9e. Il est bas\u00e9 sur le fait que la vitesse d’\u00e9coulement des gaz d’\u00e9chappement est inversement proportionnelle \u00e0 la largeur du canal. Par cons\u00e9quent, sur les \u00ab\u00a0bas\u00a0\u00bb pour une promotion rapide, la section transversale de la partie d’entr\u00e9e diminue. Avec une augmentation de la vitesse pour augmenter le d\u00e9bit, il se dilate progressivement.<\/p>\n

M\u00e9canisme de modification de la g\u00e9om\u00e9trie<\/h2>\n

Le m\u00e9canisme de mise en \u0153uvre de ce processus est d\u00e9termin\u00e9 par la conception. Dans les mod\u00e8les \u00e0 pales rotatives, cela se fait en changeant leur position: pour assurer une section \u00e9troite, les pales sont perpendiculaires aux lignes radiales, et pour \u00e9largir le canal, elles se d\u00e9placent dans une position \u00e9tag\u00e9e.<\/p>\n

\"Turbine<\/a><\/p>\n

Dans les turbines \u00e0 anneau coulissant et \u00e0 paroi mobile, le mouvement axial de l’anneau se produit, ce qui modifie \u00e9galement la section transversale du canal.<\/p>\n

\"Turbine<\/a><\/p>\n

Le principe de fonctionnement du VFT est bas\u00e9 sur la s\u00e9paration des flux. Son acc\u00e9l\u00e9ration \u00e0 basse vitesse est r\u00e9alis\u00e9e en fermant le compartiment externe du canal avec un amortisseur, \u00e0 la suite de quoi les gaz vont au rotor de la mani\u00e8re la plus courte possible. Au fur et \u00e0 mesure que la charge augmente, le registre monte pour permettre l’\u00e9coulement \u00e0 travers les deux compartiments afin d’augmenter la capacit\u00e9.<\/p>\n

\"Turbine<\/a><\/p>\n

Pour les mod\u00e8les VAT et Switchblade, le changement de g\u00e9om\u00e9trie se fait en tournant la pale: \u00e0 basse vitesse, elle monte, r\u00e9tr\u00e9cissant le passage pour acc\u00e9l\u00e9rer le d\u00e9bit, et \u00e0 haute vitesse, elle est adjacente \u00e0 la roue de turbine, augmentant le d\u00e9bit. Les turbines \u00e0 ailettes du deuxi\u00e8me type se caract\u00e9risent par l’ordre inverse de fonctionnement de l’aube.<\/p>\n

Ainsi, sur les \u00abfonds\u00bb, il est adjacent au rotor, de sorte que le flux ne passe que le long de la paroi ext\u00e9rieure du bo\u00eetier. Au fur et \u00e0 mesure que la vitesse augmente, la pale monte, ouvrant un passage autour de la roue pour augmenter le d\u00e9bit.<\/p>\n

\"Turbine<\/a><\/p>\n

Unit\u00e9 d’entra\u00eenement<\/h2>\n

Parmi les entra\u00eenements, les plus courants sont les options pneumatiques, o\u00f9 le m\u00e9canisme est contr\u00f4l\u00e9 par un piston d\u00e9pla\u00e7ant l’air \u00e0 l’int\u00e9rieur du cylindre.<\/p>\n

\"Turbine<\/a><\/p>\n

La position des aubes est command\u00e9e par un action<\/a>neur \u00e0 membrane reli\u00e9 par une tige \u00e0 la bague de commande des aubes, de sorte que le col peut constamment changer. L’actionneur entra\u00eene la tige en fonction du niveau de vide, contrecarrant le ressort. La modulation du vide commande une \u00e9lectrovanne qui d\u00e9livre un courant lin\u00e9aire en fonction des param\u00e8tres du vide. Le vide peut \u00eatre g\u00e9n\u00e9r\u00e9 par la pompe \u00e0 vide du servofrein. Le courant est fourni par la batterie et module l’ECU.<\/p>\n

Le principal inconv\u00e9nient de tels entra\u00eenements est d\u00fb \u00e0 l’\u00e9tat difficilement pr\u00e9visible du gaz apr\u00e8s compression, notamment lorsqu’il est chauff\u00e9. Par cons\u00e9quent, les entra\u00eenements hydrauliques et \u00e9lectriques sont plus avanc\u00e9s.<\/p>\n

Les actionneurs hydrauliques fonctionnent sur le m\u00eame principe que les actionneurs pneumatiques, mais \u00e0 la place de l’air dans le cylindre, un liquide est utilis\u00e9, qui peut \u00eatre repr\u00e9sent\u00e9 par l’huile moteur<\/a>. De plus, il ne se comprime pas, ce qui permet \u00e0 un tel syst\u00e8me d’avoir un meilleur contr\u00f4le.<\/p>\n

\"Turbine<\/a><\/p>\n

L’\u00e9lectrovanne utilise la pression d’huile<\/a> et un signal de l’ECU pour d\u00e9placer l’anneau. Le piston hydraulique d\u00e9place la cr\u00e9maill\u00e8re et le pignon, ce qui fait tourner l’engrenage dent\u00e9, \u00e0 la suite de quoi les lames sont reli\u00e9es de mani\u00e8re pivotante. Pour transf\u00e9rer la position de la lame de l’ECU, un capteur de position analogique se d\u00e9place le long de la came de son entra\u00eenement. Lorsque la pression d’huile est faible, les aubes s’ouvrent et se ferment \u00e0 mesure que la pression d’huile augmente.<\/p>\n

L’actionneur \u00e9lectrique est le plus pr\u00e9cis, car la tension peut fournir un contr\u00f4le tr\u00e8s fin. Cependant, il n\u00e9cessite un refroidissement suppl\u00e9mentaire, qui est assur\u00e9 par des tubes de refroidissement (dans les versions pneumatiques et hydrauliques, le liquide est utilis\u00e9 pour \u00e9vacuer la chaleur).<\/p>\n

\"Turbine<\/a><\/p>\n

Un m\u00e9canisme de s\u00e9lection est utilis\u00e9 pour entra\u00eener le dispositif de changement de g\u00e9om\u00e9trie.<\/p>\n

Certains mod\u00e8les de turbines utilisent un entra\u00eenement \u00e9lectrique rotatif avec un moteur pas \u00e0 pas direct. Dans ce cas, la position des lames est contr\u00f4l\u00e9e par une soupape de r\u00e9troaction \u00e9lectronique \u00e0 travers le m\u00e9canisme \u00e0 cr\u00e9maill\u00e8re et pignon. Pour le retour de l’ECU, une came avec un capteur magn\u00e9tor\u00e9sistif fix\u00e9 \u00e0 l’engrenage est utilis\u00e9e.<\/p>\n

S’il est n\u00e9cessaire de faire tourner les lames, l’ECU fournit une alimentation en courant dans une certaine plage pour les d\u00e9placer vers une position pr\u00e9d\u00e9termin\u00e9e, apr\u00e8s quoi, apr\u00e8s avoir re\u00e7u un signal du capteur, il d\u00e9sexcite la vanne de r\u00e9troaction.<\/p>\n

L’unit\u00e9 de commande du moteur<\/h2>\n

De ce qui pr\u00e9c\u00e8de, il r\u00e9sulte que le principe de fonctionnement des turbines \u00e0 g\u00e9om\u00e9trie variable repose sur la coordination optimale d’un m\u00e9canisme compl\u00e9mentaire en fonction du mode de fonctionnement du moteur. Par cons\u00e9quent, son positionnement pr\u00e9cis et sa surveillance constante sont n\u00e9cessaires. Par cons\u00e9quent, les turbines \u00e0 g\u00e9om\u00e9trie variable sont contr\u00f4l\u00e9es par des unit\u00e9s de contr\u00f4le du moteur.<\/p>\n

Ils utilisent des strat\u00e9gies pour maximiser la productivit\u00e9 ou am\u00e9liorer la performance environnementale. Il existe plusieurs principes pour le fonctionnement du BUD.<\/p>\n

La plus courante d’entre elles implique l’utilisation d’informations de r\u00e9f\u00e9rence bas\u00e9es sur des donn\u00e9es empiriques et des mod\u00e8les de moteurs. Dans ce cas, le contr\u00f4leur pr\u00e9dictif s\u00e9lectionne des valeurs dans une table et utilise la r\u00e9troaction pour r\u00e9duire les erreurs. Il s’agit d’une technologie polyvalente qui vous permet d’appliquer diverses strat\u00e9gies de contr\u00f4le.<\/p>\n

Son principal inconv\u00e9nient r\u00e9side dans les limitations lors des transitoires (fortes acc\u00e9l\u00e9rations, changements de vitesses). Pour l’\u00e9liminer, des contr\u00f4leurs multiparam\u00e8tres, PD et PID ont \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9s. Ces derniers sont consid\u00e9r\u00e9s comme les plus prometteurs, mais ils ne sont pas assez pr\u00e9cis dans toute la gamme de charges. Ce probl\u00e8me a \u00e9t\u00e9 r\u00e9solu en appliquant des algorithmes de d\u00e9cision de logique floue \u00e0 l’aide de MAS.<\/p>\n

Il existe deux technologies pour fournir des informations de fond: le mod\u00e8le de moteur moyen et les r\u00e9seaux de neurones artificiels. Ce dernier comprend deux strat\u00e9gies. L’une consiste \u00e0 maintenir le boost \u00e0 un niveau donn\u00e9, l’autre \u00e0 maintenir une diff\u00e9rence de pression n\u00e9gative. Dans le second cas, la meilleure performance environnementale est atteinte, mais la vitesse de la turbine est d\u00e9pass\u00e9e.<\/p>\n

Peu de fabricant<\/a>s d\u00e9veloppent des calculateurs pour les turbocompresseurs \u00e0 g\u00e9om\u00e9trie variable. La grande majorit\u00e9 d’entre eux sont repr\u00e9sent\u00e9s par des produits de constructeurs automobiles. Cependant, il existe sur le march\u00e9 des calculateurs haut de gamme tiers con\u00e7us pour de telles turbines.<\/p>\n

Dispositions g\u00e9n\u00e9rales<\/h2>\n

Les principales caract\u00e9ristiques des turbines sont repr\u00e9sent\u00e9es par le d\u00e9bit massique d’air et le d\u00e9bit. La zone d’entr\u00e9e est l’un des facteurs limitant les performances. Les options de g\u00e9om\u00e9trie variable vous permettent de modifier cette zone. Ainsi, la surface effective est d\u00e9termin\u00e9e par la hauteur du passage et l’angle des pales. Le premier indicateur est modifi\u00e9 dans les versions \u00e0 anneau coulissant, le second – dans les turbines \u00e0 pales rotatives.<\/p>\n

Ainsi, les turbocompresseurs \u00e0 g\u00e9om\u00e9trie variable fournissent en permanence la suralimentation n\u00e9cessaire. En cons\u00e9quence, les moteurs qui en sont \u00e9quip\u00e9s n’ont pas de retard d\u00fb au temps de rotation de la turbine, comme avec les gros turbocompresseurs conventionnels, et ne s’\u00e9touffent pas \u00e0 des vitesses \u00e9lev\u00e9es, comme avec les petits.<\/p>\n

Enfin, il convient de noter que, bien que les turbocompresseurs \u00e0 g\u00e9om\u00e9trie variable soient con\u00e7us pour fonctionner sans soupape de d\u00e9rivation, ils se sont av\u00e9r\u00e9s fournir des gains de performances principalement au \u00ab\u00a0bas de gamme\u00a0\u00bb, et \u00e0 des vitesses \u00e9lev\u00e9es avec des aubes compl\u00e8tement ouvertes, pas en mesure de g\u00e9rer un grand<\/a> d\u00e9bit massique. Par cons\u00e9quent, pour \u00e9viter une contre-pression excessive, il est toujours recommand\u00e9 d’utiliser une soupape de d\u00e9charge.<\/p>\n

Avantages<\/a> et inconv\u00e9nients<\/h2>\n

L’ajustement de la turbine au mode de fonctionnement du moteur permet d’am\u00e9liorer tous les indicateurs par rapport aux options \u00e0 g\u00e9om\u00e9trie fixe\u00a0:<\/p>\n