L'article suivant a été écrit par Todd Welch, copropriétaire de Power Driven Diesel, et est paru à l'origine dans le numéro d'août 2016 du magazine Diesel Tech .
Lorsque j'ai commencé à m'intéresser aux performances des moteurs diesel il y a des années, je n'avais pas les connaissances nécessaires pour prendre des décisions éclairées. Cela ne m'a pas empêché d'acheter des pièces, et j'ai fini par acheter beaucoup de
pièces qui ne correspondaient pas à mes objectifs. J'ai beaucoup appris de ces erreurs, ce qui m'a permis d'acquérir de nouvelles connaissances. Mon objectif avec ces articles est de vous aider à acquérir une base de connaissances solide qui vous protégera contre l'achat de pièces qui ne correspondent pas à vos objectifs. J'espère également qu'après ces articles, vous saurez quelles questions poser aux entreprises avec lesquelles vous traitez et si les réponses que vous obtenez sont fondées sur des faits ou des opinions.
Commençons par
les turbos . J'adore les turbos depuis toujours et je les ai étudiés en profondeur. Un Noël, ma femme ne m'a offert que des manuels sur les turbos ! En tant que consommateurs, nous avons besoin de savoir comment choisir ceux qui conviennent à notre application. Pour cela, nous devons comprendre les mathématiques nécessaires à leur dimensionnement. Dans les articles suivants, nous allons dimensionner des turbos en nous basant sur les mathématiques, prédire la puissance que nous allons produire, puis les tester au banc d'essai pour vérifier. Nous testerons de nombreux turbos au cours de l'année prochaine.
Pour tester tous ces turbos, nous utiliserons un ancien
Cummins 12 soupapes ; tous les calculs seront donc basés sur ce moteur. Les équations fonctionneront sur tous les moteurs ; il vous suffit d'entrer les valeurs pour votre moteur. Il faut d'abord déterminer la puissance souhaitée. Pour ce projet, visons 500 ch à 2 500 tr/min avec un seul turbo. De plus, je souhaite 500 ch au sol, et non au vilebrequin, ce qui est une distinction importante lors du choix d'un turbo, car les constructeurs établissent la puissance nominale au vilebrequin, et non aux roues.
Le débit des turbos est exprimé en livres d'air déplacé par minute, généralement exprimé en livres/min. D'après mon expérience, un camion conçu pour la route peut atteindre entre sept et huit chevaux par livre d'air déplacé. Sept chevaux par livre d'air, c'est probablement un peu peu, mais je calcule généralement sur cette base pour m'assurer d'avoir suffisamment d'air pour atteindre mes objectifs.
Allez comprendre
Cela nous amène à notre première équation pour calculer les besoins en air : (500 ch x 1 lb/min)/7 ch, soit simplement 500/7. La réponse est le débit d'air requis, ce qui signifie que nous devons faire circuler 71,42 lb/min dans notre système. Il est important de noter que ces équations sont basées sur une puissance réelle au sol non corrigée. Nombreux sont ceux qui ont atteint plus de 500 ch sur un banc avec 71 lb/min, mais ces chiffres sont généralement corrigés, ce qui signifie qu'ils ajoutent un pourcentage à la valeur réelle pour simuler la puissance du véhicule dans des conditions idéales. Je me soucie uniquement de produire la puissance souhaitée dans les conditions actuelles, et cela donne généralement entre 7 et 8 ch au sol sans correction.
Maintenant que nous connaissons nos besoins en débit d'air, nous devons calculer comment l'acheminer dans notre moteur. À ce stade, nous avons besoin de quelques chiffres pour nos calculs. Voici les informations basées sur le moteur Cummins 12 soupapes que nous utiliserons pour les tests :
• 359 pouces cubes
• 2500 tr/min
• 85 % = Efficacité volumétrique
• 7 chevaux par lb/min
• 71,42 lb/min requis
Commençons par 359 pouces cubes. Ce moteur diesel est un quatre temps, ce qui signifie qu'il aspire de l'air tous les deux tours. Pour obtenir le débit d'air, il faut diviser la cylindrée du moteur par deux, ce qui donne 179,5 pouces cubes de débit d'air à chaque tour. Nous le concevons pour 2 500 tr/min ; nous multiplions donc la cylindrée par le nombre de tr/min, ce qui donne 448 750 pouces cubes par minute de débit d'air. Ce chiffre est assez inutile puisque tout est mesuré en pieds cubes par minute ; il faut donc le diviser par 1 728 pour le convertir en pi3/min. Après ce calcul, il nous reste 259,69 pi3/min. C'est le débit que notre moteur débiterait s'il était à 100 % d'efficacité. Comme ce n'est pas le cas, il faut multiplier le pi3/min par son rendement volumétrique (VE). En multipliant 285,66 par 85 %, nous obtenons un impressionnant 242,81 pi3/min. Pour mettre en perspective l'impact négatif de cette situation sur la production d'énergie, voici une autre conversion. Pour convertir un CFM en lb/min, il suffit de multiplier le CFM par 0,069. 242,81 x 0,069 = 16,75 lb/min. On est loin du débit souhaité de 71,42 lb/min, nécessaire à la production d'énergie.
L'avantage de la turbocompression, c'est qu'elle permet d'obtenir l'air nécessaire dans un moteur à faible débit ! Gardez ce numéro à portée de main, car nous allons reprendre le prochain article là où nous l'avons laissé et vous pourrez vous y référer à nouveau pour approfondir les mathématiques le mois prochain.
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