Les turbos modernes, plus vulnérables en raison de la réduction de leur taille et des exigences environnementales plus strictes

Avec la tendance à la réduction de la taille des moteurs, le turbocompresseur moderne (également appelé turbo) est de conception plus compacte et doit travailler plus dur pour fournir les mêmes performances. Par conséquent, il est soumis à des charges plus élevées et fonctionne à la limite de ce que sa conception et ses matériaux permettent, ce qui augmente considérablement le risque d'usure et de dommages graves.

Fonction et fonctionnement d'un turbo

Un turbo utilise l'énergie des gaz d'échappement pour injecter de l'air comprimé supplémentaire dans le moteur. Cela permet d'obtenir une combustion plus efficace et plus complète, d'augmenter la puissance et de réduire les émissions.

Concrètement, le turbo comprime l'air aspiré par la roue du compresseur vers le moteur. Cette roue est reliée par un arbre lubrifié à la roue de turbine, qui est entraînée par les gaz d'échappement. Plus il y a d'air, plus il est possible de brûler de carburant et donc plus la puissance est élevée.

Construction et matériau

Charge mécanique plus élevée

Dans les moteurs modernes plus petits, le turbo plus compact doit tourner à des vitesses plus élevées et accumuler plus de pression pour fournir la même quantité d'air – et donc la même puissance – que les turbos plus grands des moteurs plus anciens. Par conséquent, le turbo fonctionne presque constamment sous une charge élevée – même jusqu'à 300 000 tr/min – ce qui soumet les roulements, l'arbre et le carter de la turbine à des contraintes extrêmes.

Une charge thermique plus élevée

En raison de leur masse thermique plus faible, les turbines compactes surchauffent plus rapidement. Bien que les fabricants utilisent des alliages résistants à la chaleur, cela reste un problème majeur. Dans les moteurs à essence, les températures des gaz d'échappement peuvent dépasser 1.000 °C, ce qui peut entraîner des changements microstructuraux dans le métal, une oxydation et une corrosion accélérées, ainsi qu'une fatigue thermique se traduisant par des fissures capillaires.

Si le refroidissement est insuffisant, il peut en résulter des fissures dans le carter de la turbine ou une déformation de la roue du compresseur. Dans les systèmes combinant le refroidissement à l'huile et à l'eau, la défaillance de l'un ou l'autre peut entraîner des dommages irréparables immédiats.

Le turbo moderne, plus compact, a une masse thermique moindre et surchauffe donc plus facilement

Lubrification et usure interne

Pour un fonctionnement optimal, l'air aspiré doit être propre, tant en amont de la roue du compresseur que du côté de l'échappement. La présence de saletés dans le flux d'air peut endommager les aubes, provoquer un déséquilibre et accélérer l'usure.

L'huile qui lubrifie l'arbre de la turbine doit également être propre et de bonne qualité. Une huile contaminée agit comme un abrasif, tandis qu'une huile inadaptée offre une protection ou une résistance à la chaleur insuffisante. Ces deux facteurs peuvent endommager les roulements et perturber la lubrification, ce qui a de graves conséquences sur la durée de vie du turbo.

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Tolérances serrées et canaux d'huile étroits

Les roulements d'un turbocompresseur fonctionnent avec un film d'huile extrêmement fin qui doit être alimenté en permanence. Les tolérances étroites des canaux d'huile rendent le système sensible à l'encrassement: des particules microscopiques peuvent déjà causer de l'usure.

En raison de leurs canaux d'huile plus étroits, les turbos modernes sont plus sensibles au colmatage

En cas de manque d'huile – pas ou trop peu d'huile –, un turbo peut être gravement endommagé en quelques secondes à des vitesses élevées. Les causes sont notamment une pression d'huile trop faible (pompe à huile défectueuse ou moteur usé), l'obstruction des canaux d'huile (boues, dépôts de coke, paillettes métalliques), une alimentation en huile trop faible, une viscosité d'huile incorrecte ou l'arrêt immédiat du moteur après une charge importante.

Problèmes de vidange d'huile

Une vidange d'huile sans problème est tout aussi importante qu'une bonne alimentation. Certains turbocompresseurs ont tendance à refouler ou à accumuler de l'huile, par exemple en raison d'un mauvais montage des conduites de retour ou d'une pression élevée dans le carter. Cela peut entraîner des fuites d'huile, soit vers le carter du compresseur (entrée), soit vers le carter de la turbine (échappement). Dans les deux cas, cela se traduit par une fumée bleue à l'échappement.

Lorsque l'huile stagne dans le turbocompresseur et est exposée à des températures élevées, elle se polymérise et se carbonise, formant des dépôts durs (formation de coke). Ces dépôts peuvent finir par bloquer la lubrification et provoquer le grippage du turbocompresseur.

Aspects aérodynamiques et mécaniques de la conception

Pompage et surrégime du compresseur

Un mauvais réglage entre le logiciel, le moteur, le système d'admission et le système d'échappement peut entraîner un pompage du compresseur (compressor surge): des ondes de pression se répercutent dans le compresseur. Il peut également y avoir surrégime, c'est-à-dire que la roue du compresseur tourne plus vite que sa limite de conception. Ces deux phénomènes peuvent entraîner la rupture de pièces dans le turbo, accélérer l'érosion des aubes de la turbine et créer des vibrations qui réduisent la durée de vie, souvent accompagnées d'un surcroît de bruit.

Turbine à tuyère variable (Variable Nozzle Turbine, VNT)

De nombreux turbos modernes utilisent des aubes réglables pour contrôler la pression du turbo. Ce mécanisme VNT est sujet à des dépôts de suie causés par un système d'admission sale et un filtre à particules trop rempli. Il peut se gripper en raison de la dilatation thermique et fonctionne mal en cas de désalignement si une révision n'est pas effectuée par un professionnel.

L'installation de plusieurs turbos n'entraîne pas moins de défaillances

Il est de plus en plus courant d'équiper les moteurs de deux turbos ou plus. L'idée sous-jacente est que cela entraînerait moins de défaillances, mais ce n'est malheureusement pas le cas.

Mesures pour une durée de vie maximale

Par les fabricants

• Application de paliers en céramique ou de revêtements spéciaux pour réduire l'usure.
• Optimisation des canaux de refroidissement et de la circulation de l'huile pour un fonctionnement plus stable et une meilleure dissipation de la chaleur.
• Utilisation de superalliages résistants à la chaleur pour une protection maximale contre les températures extrêmes.
• L'utilisation d'une huile moteur de haute qualité peut contribuer à prolonger la durée de vie du moteur.

Par les utilisateurs

• Effectuer les vidanges d'huile et les changements de filtre en respectant scrupuleusement les prescriptions – et de préférence en respectant des intervalles de vidange relativement courts.
• Après une forte charge, laisser le moteur tourner brièvement au ralenti pour dissiper la chaleur dans le turbo de manière contrôlée.
• Utilisez un carburant de haute qualité pour une combustion plus propre et moins de dépôts.

Instructions de démontage et d'assemblage

Démontage du turbocompresseur

Lorsqu'un dommage est diagnostiqué sur un turbocompresseur, toutes les pièces défectueuses des systèmes d'huile, d'air et d'échappement doivent être remplacées et les pièces en état de marche doivent être soigneusement nettoyées.

Dans un premier temps, l'huile est vidangée et le filtre à huile remplacé. Si une contamination est constatée dans le système d'huile, le carter et son filtre doivent être démontés et nettoyés. En cas de contamination importante, il est également recommandé de rincer l'ensemble du circuit d'huile.

Cette étape est suivie d'un contrôle de l'admission d'air. Il s'agit de remplacer le filtre à air si nécessaire et d'éliminer tout dépôt d'huile ou de suie dans le système. Les conduites d'alimentation et de retour d'huile méritent également une attention particulière: elles ne doivent pas être obstruées et sont de préférence toujours remplacées.

Enfin, les conduites de ventilation du carter doivent être nettoyées et la pression du carter vérifiée. Le bon fonctionnement du circuit d'huile et la stabilité de la pression du carter sont essentiels pour éviter une nouvelle panne du turbocompresseur.

Montage du turbocompresseur

Le turbocompresseur peut ensuite être monté sur l'échappement. N'utilisez jamais de joint liquide, qui pourrait bloquer la lubrification du turbocompresseur, s'effriter du côté de l'échappement et pénétrer dans la roue de la turbine. Avant de démarrer le moteur, le logement du roulement du turbocompresseur doit être rempli avec l'huile prescrite.

Points d'attention après le montage

Après le montage, il est important de vérifier que le turbo reçoit suffisamment d'huile et que la pression est correcte. Un manque d'huile peut réduire considérablement sa durée de vie. Il est donc important de démarrer le moteur doucement et de laisser la pression d'huile augmenter pendant 30 à 60 secondes. Laissez ensuite le moteur tourner au ralenti pendant cinq à dix minutes.

Ensuite, vérifiez que tous les raccords de tuyaux autour du turbocompresseur ne présentent pas de fuites. Si vous n'avez détecté aucun problème après ces étapes, le client peut reprendre la route en toute sécurité.

En collaboration avec Turbo Direct, Turbo's Hoet et Turboshop.co.uk