Comment fonctionne un turbocompresseur simple à 4 cylindres à double volute ?

Le turbocompresseur simple à double volute à 4 cylindres est un système de turbocompression qui combine la technologie à double volute avec une conception à turbine unique pour améliorer 

La réactivité et l'efficacité du moteur. Voici une explication détaillée de son fonctionnement : 1. Structure de base : composants du turbocompresseur

• Turbine : Entraînée par les gaz d’échappement du moteur.

• Compresseur : Entraîné par la turbine, l’air comprimé est envoyé au cylindre.

• Twin-Scroll : L'admission de la turbine est divisée en deux volutes indépendantes, qui sont connectées à des collecteurs d'échappement de différents cylindres.

2. Caractéristiques d'échappement des moteurs à quatre cylindres

• Ordre d'allumage : les moteurs à quatre cylindres sont généralement allumés dans un ordre 1-3-4-2, avec l'échappement des cylindres adjacents espacés de 180°.

• Interférence des impulsions d'échappement : si tous les gaz d'échappement des cylindres pénètrent dans le même tuyau, les ondes de pression d'échappement des cylindres adjacents interféreront les unes avec les autres, 

ce qui entraîne une réduction de l'efficacité de la turbine (appelée "exhaust pulse interference").

3. Conception de séparation de flux à double spirale

• Connexion de cylindres groupés : deux volutes relient respectivement deux groupes de cylindres (par exemple : cylindre 1+4 est un groupe, cylindre 2+3 est un autre groupe).

• Isoler les impulsions d'échappement : l'échappement de chaque groupe de cylindres entre dans une volute indépendante pour éviter que les ondes de pression d'échappement ne s'annulent, 

garantissant que l'énergie d'échappement est efficacement transférée à la turbine.

4. Utilisation efficace de l'énergie d'échappement • Effet de turbocompression à impulsion :

◦ Le twin-scroll sépare les impulsions d'échappement avec de grands intervalles (comme l'intervalle d'échappement d'un moteur à quatre cylindres est de 180°), 

permettant à la turbine de recevoir en continu des gaz d'échappement à haute énergie cinétique.

◦ Comparé à un seul scroll, un twin scroll peut également maintenir une vitesse d'échappement plus élevée à basse vitesse, réduisant ainsi le décalage du turbo.

5. Avantages d'une seule turbine

• Structure simplifiée : une seule turbine est plus légère et moins coûteuse qu’un système bi-turbo.

• Large couverture de vitesse : grâce à l'optimisation à double spirale, une seule turbine peut obtenir une réponse rapide à basse vitesse tout en maintenant une augmentation importante du débit à haute vitesse.

6. Exemple de flux de travail (en prenant un moteur à quatre cylindres comme exemple)

1. Étape d'échappement :

◦ Le cylindre 1 termine son travail et les gaz d'échappement à haute température se précipitent vers la turbine à travers la première volute.

◦ Après une rotation du vilebrequin de 180°, le cylindre 4 s'échappe et entraîne la turbine par la même volute.

◦ L'échappement des cylindres 2 et 3 entraîne alternativement l'autre côté de la turbine à travers la deuxième volute.

2. Entraînement de la turbine :

◦ Deux séries d'impulsions d'échappement alternées permettent d'augmenter plus rapidement la vitesse de la turbine, en particulier à basse vitesse, réduisant ainsi considérablement l'hystérésis.

3. Augmentation de l'apport :

◦ La turbine entraîne le compresseur pour envoyer de l'air comprimé dans le refroidisseur intermédiaire, puis l'introduit dans le cylindre après refroidissement, améliorant ainsi l'efficacité de la combustion.

7. Avantages en termes de performances

• Amélioration du couple à bas régime : la conception à double volute permet à la turbine de fonctionner efficacement à 1 500-3 000 tr/min du moteur, améliorant ainsi le faible couple.

• Réduction du temps de réponse du turbo : l'isolation des impulsions d'échappement rend la vitesse de réponse du turbo proche de celle d'un compresseur.

• Économie de carburant : améliore l'efficacité de la combustion tout en respectant les réglementations sur les émissions (comme la réduction de la combustion riche avant l'intervention du turbo).

8. Scénarios d'application typiques

• Voitures de performance domestiques : telles que le moteur BMW N20, Volkswagen EA888 Gen3, etc., équilibrent puissance et coût.

• Équilibre économie et sportivité : convient aux modèles qui nécessitent une puissance linéaire et privilégient l'efficacité énergétique.

Résumé Le turbocompresseur simple à quatre cylindres à double volute atteint une vitesse de réponse proche de celle d'un double turbo dans une structure à turbo unique 

en détournant les impulsions d'échappement et en optimisant l'utilisation de l'énergie des gaz d'échappement, tout en tenant compte de la légèreté et du faible coût. 

Cette conception est une solution classique pour équilibrer les performances et la praticité dans la technologie de turbocompression moderne.