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Pourquoi est-ce que lors de la suralimentation, il est préférable de comprimer l'entrée plutôt que de faire le vide sur l'échappement ?
Question
C'est un dilemme étrange, mais si la puissance d'un moteur est déterminée par la différence de pression entre la chambre de combustion et l'échappement, il devrait s'ensuivre que la turbocompression devrait être aussi efficace pour pomper l'air à l'échappement que dans les admissions, droite? Alors, si tel est le cas, pourquoi les turbocompresseurs pompent-ils exclusivement de l'air et aucun n'en pompe ?
Réponse acceptée
OMI, ce n'est pas une idée stupide, mais cela n'a pas de sens pour de multiples raisons :
- Un moteur Otto ou diesel à aspiration naturelle ne dilate même pas le gaz. à la pression atmosphérique. Lors de l'ouverture de la soupape d'échappement, une surpression s'échappe - gaspillant ainsi de l'énergie - avant que la course d'échappement elle-même ne commence. (C'est la raison concrète pour laquelle le cycle d'Atkinson est plus efficace : il réduit la pression à ce point , en ayant moins d'air dans le cylindre en premier lieu.)
Par conséquent, la contre-pression du turbo en fait est logique d'avoir - bien que dans la course d'échappement qui nécessite le piston à faire un travail supplémentaire pour extraire le gaz brûlé du cylindre, l'énergie perdue dans celui-ci est inférieure à l'énergie que le turbo peut récupérer.
(Avec un compresseur non turbo - un "compresseur" - vous ne n'obtenez pas cet avantage.) - Pour plus d'efficacité, vous voulez également un taux de compression total élevé (car cela augmente le maximum Efficacité Carnot). Par conséquent, il serait contre-productif si le turbo était utilisé pour baisser la pression dans le moteur. Au lieu de cela, un turbo est un moyen très pratique d'augmenter le taux de compression.
- Un compresseur de suralimentation met simplement plus d'air dans le moteur. En conséquence, vous pouvez également mettre plus de carburant et ainsi obtenir une puissance plus élevée dans la même cylindrée. Mais la quantité d'air n'est pas quelque chose que vous pouvez modifier après coup à l'échappement, cela doit être fait en pompant de l'air supplémentaire dans l'admission - ce qui est bien sûr exactement ce que fait n'importe quel compresseur.
En résumé, un turbocompresseur augmente à la fois la puissance et l'efficacité.
Le turbo-ventouse que vous proposez réduirait réduire l'efficacité, l'aspiration pendant la course d'échappement ne fournirait qu'une puissance supplémentaire insignifiante, tandis que ce vide nécessiterait une source d'alimentation séparée. L'énergie n'est pas gratuite.
Réponse populaire
La puissance d'un moteur n'est pas déterminée par la différence de pression entre la chambre de combustion et l'échappement. La puissance est déterminée par la quantité d'énergie que l'on peut mettre dans la chambre de combustion et l'efficacité de la façon dont cette énergie est appliquée.
Lorsque l'on comprime l'air d'admission, de l'oxygène supplémentaire est inclus dans le "mélange" permettant plus de puissance et une combustion plus propre, si le moteur est conçu correctement. Cela s'applique à la fois aux turbocompresseurs et aux compresseurs de suralimentation.
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La question de l'OP indique :
Il devrait s'ensuivre que la suralimentation devrait être aussi efficace pour pomper l'air à l'échappement qu'à l'admission.
Non, ce n'est pas aussi efficace.
Vous ne pouvez pas réduire la pression à moins de 0 psi. Donc le maximum "sucer" vous pouvez obtenir est 1 bar.
La pression de suralimentation sur les moteurs haute performance peut être 2 à 3 bar. Mais travailler du côté de l'échappement ne peut pas y parvenir. Le mieux qui puisse arriver est un meilleur nettoyage.
Il n'y a pas de chemin direct de l'admission à l'échappement, au moins un jeu de soupapes sera fermé à tout moment. Les soupapes d'échappement s'ouvrent et le piston pousse l'échappement hors du cylindre, puis les soupapes d'échappement se ferment et les soupapes d'admission s'ouvrent pour permettre un mélange air-carburant frais. Une faible pression sur l'échappement peut tirer l'échappement un peu plus rapidement, mais cela a gagné n'augmentez pas un peu la pression du cylindre, ce que fait un turbo ou un compresseur. L'augmentation du débit d'échappement n'est pas une mauvaise chose et vous pouvez en tirer un certain avantage, mais pas autant que la compression de l'admission.
Puisque la question ne précise aucun type de moteur...
Assez curieusement, il existe des moteurs qui font le vide sur l'échappement.
Ce sont des moteurs à vapeur, ainsi le vide est créé en ajoutant simplement de l'eau froide dans un condenseur, sans gaspiller de puissance (*) pour créer le vide. Cela extrait de l'énergie de la vapeur jusqu'à environ 30 °C au lieu du point d'ébullition de 100 °C à la pression atmosphérique.
(*) OK, une petite quantité d'énergie est nécessaire pour extraire l'eau condensée. Mais ceci est crucial : si vous deviez créer ce vide en pompant de la vapeur ou des gaz d'échappement, cela en mangerait les bénéfices.
Alors que les tout premiers "moteurs atmosphériques Newcomen" fonctionnaient de cette façon, ils étaient très inefficaces car la vapeur d'entrée était à la pression atmosphérique et le processus de condensation était effectué dans le cylindre lui-même. (Cela a permis des chaudières à basse pression, évitant les explosions de chaudière, ce qui était plus sûr jusqu'à ce que les matériaux soient améliorés)
Plus tard, les moteurs composés et à triple expansion ont utilisé de la vapeur à haute pression dans 2, puis 3 cylindres de diamètre croissant à mesure que la pression diminuait . En voici un produisant 2 000 ch à près de 60 tr/min, avec le cylindre basse pression fonctionnant à partir d'environ 2 psia (juste au-dessus de la pression atmosphérique) jusqu'à un assez bon vide (< 1 psi).
Ceci perdure dans les systèmes de turbines des centrales thermiques.
Pomper de l'air dans un moteur nécessite du travail, mais chaque joule dépensé pour pomper de l'air de précombustion augmentera la quantité de travail produite en aval de plus d'un joule. L'augmentation de puissance effective est la différence entre le travail d'entrée ajouté et l'augmentation du travail de sortie.
Si l'on devait pomper l'échappement, on pourrait réduire la quantité de travail étant effectué par la partie non-compresseur du moteur, mais le montant de la réduction serait inférieur à la quantité de travail supplémentaire effectué par le compresseur. Si l'on disposait d'un ventilateur à vide partiel à grande vitesse alimenté par de l'énergie gratuite et que l'on disposait d'un nombre limité d'endroits où l'installer, le placer sur l'échappement d'un moteur permettrait de récolter une partie de cette énergie gratuite en tant que travail utile, mais si, par exemple, le compresseur serait alimenté à l'électricité, il serait plus efficace d'alimenter simplement cette électricité dans un moteur qui assiste le moteur directement en entraînant l'arbre.
Une façon très simple de voir cela est la quantité que vous pouvez pomper. Vous ne pouvez que baisser la pression à zéro. Vous pouvez augmenter la pression autant que le matériau peut le supporter. Une pompe pour pousser l'eau vers le haut ne la soulèverait que d'environ 4 pieds avec le vide, sans même compter les problèmes d'ébullition de l'eau, mais en comprimant au fond, l'eau peut être soulevée autant que nécessaire.
Idem chose ici. C'est peut-être plus compliqué car il y a de la pression dans le moteur, mais la meilleure façon d'augmenter le taux de compression est de commencer avec plus de pression car vous ne pouvez pas descendre en dessous de zéro.