Comment les turbocompresseurs fourniront-ils plus de puissance et d'efficacité à l'avenir ?
Comment serales turbocompresseurs apporteront-ils plus de puissance et d'efficacité à l'avenir ?
Nous savons que les turbocompresseurs d'aujourd'hui ne sont plus les pièces tournantes à grande vitesse qui cassaient si facilement les moteurs dans les années 1980. Les turbos équipent désormais au moins une voiture sur quatre en Amérique du Nord. Ils sont plus efficaces, plus fiables et moins coûteux, et bon nombre de nos moteurs préférés ont fait le compromis sur la suralimentation.
Selon le constructeur de moteurs turbo PortoPower, près de la moitié des nouveaux véhicules légers dans le monde seront turbocompressés d'ici cinq ans, soit 18 millions de plus que le marché actuel, dont l'Amérique du Nord devrait représenter 39 %.
L'adoption de moteurs suralimentés vise soit à augmenter la puissance, soit à améliorer l'économie de carburant, soit les deux. Pour la turbocompression, la voie à suivre peut être d'améliorer encore les performances énergétiques tout en garantissant l'efficacité énergétique et en éliminant les défauts des moteurs turbocompressés actuels.
Turbos électriques et hybrides
Ceux qui n'aiment pas les groupes motopropulseurs hybrides turbocompressés V6 actuellement utilisés dans les voitures de Formule 1 conduiront des voitures avec une technologie similaire dans quelques années.
La voiture. Un moteur électrique à courant continu intégré dans l'arbre reliant la turbine au compresseur permet à la turbine de tourner à pleine vitesse sans avoir à utiliser de gaz d'échappement pour l'entraîner, et cela peut être fait presque instantanément, réduisant ainsi le retard de la turbine à presque zéro.
En conséquence, la turbine entraînée par moteur électrique peut compenser le manque de réponse en puissance d'un moteur turbo classique dans la plage de bas régime où la turbine n'a pas encore été entraînée. Bien que certains modèles haut de gamme soient actuellement équipés de turbocompresseurs mécaniques capables également d'obtenir cet effet, leur coût élevé et leur encombrement important rendent impossible la vulgarisation d'une telle configuration technique dans les véhicules ordinaires.
Deuxièmement, l'entraînement électrique permet un contrôle plus précis et plus facile de la puissance de suralimentation via un logiciel. Dans le même temps, la turbine électrique utilisera l'énergie des gaz d'échappement en excès pour régénérer l'électricité, plutôt que de la laisser contourner la turbine lorsqu'elle est sous forte charge et la gaspiller. Un supercondensateur sera utilisé pour stocker cette puissance pour entraîner la turbine ou d'autres composants consommateurs d'électricité, comme un système hybride pouvant générer de l'électricité. Le résultat de l'utilisation d'un turbo électrique est donc une livraison de puissance plus rapide et une économie de carburant plus efficace.
On a déjà vu la suralimentation électromécanique dans les prototypes Ford Focus et Audi diesel, quoique sur un principe un peu différent et non relié au pot d'échappement. Cependant, ignorant un instant la fiabilité non prouvée du turbo électrique dans les voitures de série, il est confronté au même ^ gros ^ problème que la suralimentation électromécanique : il nécessite un niveau élevé d'assistance électrique comme source d'énergie lors de son fonctionnement, ou plutôt plus énergie à consommer.
À charge maximale, la suralimentation électrique nécessite 48 volts pour fonctionner, mais les fabricants n'ont pas montré beaucoup d'intérêt à repenser leurs systèmes 12 volts actuels. Dans le même temps, il est difficile pour les turbines électriques d'atteindre le rendement des turbines conventionnelles dans des conditions de charge élevées en raison de la puissance et des limites de l'architecture de turbine à flux axial utilisée dans certains cas.
Ainsi, pour répondre à la demande de hautes tensions, les turbo-générateurs mentionnés ci-dessus dans la technologie de course F1 doivent être encore améliorés dans les voitures de production pour convertir les gaz d'échappement en électricité. Alternativement, les batteries haute tension trouvées dans les hybrides conventionnels pourraient être utilisées pour fournir l'entraînement de la turbine électrique. De plus, le ratio de consommation d'énergie, la dissipation thermique, la longévité et le poids du système de moteur électrique sont également des problèmes potentiels si l'on insiste pour obtenir le même effet qu'une turbine conventionnelle grâce à l'électricité, en particulier à des charges élevées.
Peut-être qu'un turbo électrique à bas régime, combiné à un passage à un turbo conventionnel à haut régime, n'est peut-être pas une mauvaise façon d'aller dans les deux sens, car Volvo et Audi, par exemple, vont dans cette direction. Mais il y a aussi des entreprises comme Subaru qui poursuivent ^ techniquement ^ une approche plus radicale consistant à utiliser des turbos électriques fonctionnant dans toute la plage de régimes pour remplacer complètement les turbos conventionnels.
Mais en prenant du recul, même si l'on dépasse les différents problèmes techniques, la nécessité d'adopter les turbos électriques est encore débattue de toutes parts. En effet, fondamentalement, les turbines électriques nécessitent une puissance supplémentaire, ce qui est contraire à l'objectif d'économie d'énergie des turbines conventionnelles qui utilisent les gaz d'échappement comme puissance. Trouver le juste équilibre entre l'efficacité énergétique et la performance est donc quelque chose qui devra être exploré à l'avenir.
En raison de limitations structurelles, les turbocompresseurs conventionnels présentent des défauts inhérents. Une fois que nous avons imaginé des idées pour pallier ces lacunes, l'application de ces nouvelles technologies aux véhicules est maintenant aussi un test majeur des matériaux matériels. Par exemple, les matériaux susmentionnés qui peuvent résister à des températures extrêmement élevées constituent un goulot d'étranglement dans le développement de systèmes turbo pour atteindre une efficacité thermique plus élevée.
De plus, à mesure que la technologie se développe et progresse, nous pensons que les problèmes techniques tels que ceux mentionnés ci-dessus seront bientôt résolus. Cependant, malgré le fait que les petits moteurs turbocompressés aient obtenu de meilleurs résultats dans les tests de l'EPA, dans de nombreux tests sur route, les petits turbos n'atteignent pas les niveaux de consommation de carburant revendiqués par rapport aux moteurs à aspiration naturelle.
Le fait que les résultats désormais reconnus sur les instruments de test échouent souvent sur de vraies routes montre que les moyens actuels de tester l'efficacité de la technologie ne sont pas encore parfaits et sont loin d'un environnement de conduite totalement réaliste. La prochaine étape consiste donc à trouver un moyen de faire correspondre différentes situations afin que les résultats obtenus en laboratoire et sur banc d'essai puissent être pleinement atteints dans la réalité, sinon tout n'est qu'un exercice sur papier.
