Analyse des performances d'un turbocompresseur intégré à la boucle de suralimentation

par Sébastien Le Guyader

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Patrick Chassaing.


  • Résumé

    Ce travail s'inscrit dans le cadre d'un partenariat entre Honeywell Turbo Technologies et le département d'Aérodynamique, Energétique et Propulsion de l'ISAE. En réponse à des objectifs industriels d'amélioration des étages turbine des systèmes de suralimentation automobile, deux axes d'étude sont dégagés: le diagnostique et l'amélioration des étages de turbine à géométrie variable utilisés dans la suralimentation des moteurs Diesel, et l'évaluation d'une turbine axiale spécifiquement conçue pour la suralimentation des moteurs essence. La première partie traite de l'influence des paramètres permettant de réaliser le couplage avec le moteur. Cette étude, basée sur une double analyse, permet d'identifier les enjeux du point de vue des performances de l'étage turbine mais aussi leur intégration dans la performance globale du moteur. Nous traitons ensuite des contraintes d'intégration imposées par le fonctionnement optimal de la boucle de suralimentation. En réponse aux problématiques soulevées, une procédure d'optimisation, basée sur une approche théorique, des étages turbine est présentée. Celle-ci permet de dégager des conclusions fortes sur la spécificité des étages à géométrie variable qui sont finalement déclinées dans un contexte industriel. Une synthèse bibliographique des règles de dimensionnement des turbines axiales débute la seconde partie. Cette architecture de machine, disposant d'une faible inertie et d'une grande compacité, semble toute indiquée pour répondre à la problématique de suralimentation des moteurs essence. La conception a nécessité une étude spécifique des différents critères de design car la géométrie axiale est atypique dans cette gamme de débit. Des résultats de simulations numériques permettent d'évaluer le potentiel aérodynamique de cet étage. Enfin, celle-ci est confrontée à l'étage de turbine radiale actuellement utilisé afin d'évaluer son potentiel dans le cadre du couplage moteur.

  • Titre traduit

    Performance analysis of a Turbocharger integrated turbocharging loop


  • Résumé

    This work results from a partnership between Honeywell Turbo Technologies and the département d'Aérodynamique, Energétique et Propulsion of the ISAE. The main industrial goal are improving turbine stages of boosting systems. The problem is tacked through two thematics : the optimization of variable geometry radial turbine used for boosting systems of gasoline engines. The first part deals with the influence of parameters used for matching are first discussed. This study, based on double analysis, is used to identfy the stakes of turbine stage performance but also take global engine performances into account. Contraints ipmposed by peripheral systems such as cooling systems or catalytic converter are then traited. This leads to an optimization process based on theorical approach wich allows to conclude on radial turbine stage characteristics. Finally, we turn in information about industrialization. The second part begin with a literature survey of axial turbine stage design method. This type of machine, with low inertia and high compacity, can be relevant for boosting systems of gasoline engines. Design needs a specific study on criterion parameters because it is unsual to encounter axial turbines with such small diameters. CFD results give aerodynamics performances of axial stage. Then, comparison of turbocharger with engine matching between radial and axial stages is proposed.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 31-01-2020

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