UN NOUVEAU SOUFFLE POUR LE MOTEUR A COMBUSTION

Les turbos boostent la puissance du moteur

Afin de maintenir à niveau la puissance pour la tendance actuelle du downsizing, le turbo joue un rôle important. Il réussit à donner le pep nécessaire, grâce à l'alimentation d'air comprimé. Outre un aperçu de la construction, du fonctionnement et des développements les plus récents, nous vous offrons aussi un coup d’œil derrière les coulisses du processus de révision d'un turbo.

1. Démontage

Au départ, le turbo est entièrement démonté.

2. Nettoyage

Ensuite, les pièces sont soigneusement nettoyées. On utilise pour cela une machine à laver et un four industriel.

3. Inspection

Après le nettoyage, les pièces sont inspectées.

4. Sablage

Après l'inspection, il y a un traitement de surface des pièces en fonte. Elles sont sablées avec un jet fort. Les pièces en aluminium sont traitées avec une perle en verre céramique dans une autre machine à sabler. Le carter de paliers reçoit encore un post-traitement sous la forme d'un bain de nettoyage aux ultrasons, afin d'enlever toutes les saletés.

5. Usinage – rectification

Là où c'est nécessaire, des choses comme les entrées de vis sont usinées pour suffire de nouveau.

6. Graisser

Toutes les pièces sont graissées afin d'éviter la formation de rouille.

7. Mesure

Ensuite, toutes les dimensions des pièces sont contrôlées pour voir s'il n'y a pas de déviation dans le mesurage. Il est également important de vérifier la rectitude de l'arbre de turbine.

8. Equilibrage

L'équilibrage est l'une des parties les plus importantes de la révision d'un turbo. Chaque composant doit être équilibré séparément sur une machine d'équilibrage, pour qu'ils puissent être montés de manière à ce qu'ils deviennent finalement un ensemble tournant.

9. Montage

Après l'équilibrage des pièces, elles peuvent être montées. Ensuite, il est également indispensable d'équilibrer l'ensemble tournant sur une équilibreuse prévue à cet effet. Après, il y a encore un test final à un régime qui peut être atteint sur le moteur.

10. Réglage

Ensuite, il faut encore mesurer le jeu sur l'arbre (comparaison avec les données du constructeur de turbos). En dernier lieu, c'est la soupape de régulation de pression qui est réglée selon les valeurs d'usine.

Emballage

Le turbo révisé peut être emballé solidement; prêt à être transporté au client.

PUISSANCE DU MOTEUR

Chaque moteur développe une puissance. Dans un moteur à combustion, elle est fournie par une combinaison de carburant, d’oxygène et de température d’inflammation. En modifiant chacun de ces facteurs, elle change. Si nous voulons plus de puissance, il faudra apporter plus de carburant et d’oxygène. Cela exige une plus grande cylindrée et génère un moteur plus gros, lourd et cher. La vitesse d’alimentation en carburant et oxygène peut être augmentée, ce qui fait croître le régime moteur. Le désavantage est que les pièces du moteur s’usent plus vite.

SURALIMENTATION

La puissance du moteur peut être augmentée en compressant l’air nécessaire pour la combustion avant son entrée dans le moteur. Cet air comprimé peut être amenée de quatre manières.

Suralimentation à impulsion

La suralimentation à impulsion reçoit la pression nécessaire des gaz d’échappement, mais il y a également un entraînement mécanique entre le moteur et la suralimentation. Cette forme de suralimentation est très peu utilisée à l’heure actuelle.

Suralimentation mécanique

Dans le cas de la suralimentation mécanique (supercharging), la pression nécessaire est fournie par le vilebrequin, la liaison mécanique entre le moteur et la suralimentation. Il existe des types de suralimentation mécanique avec et sans compression interne.

• sans compression interne: fonctionne comme une pompe; lorsque le compresseur fournit plus d'air que le moteur ne peut en aspirer, une surpression se crée dans l'admission

• avec compression interne: e.a., compresseurs à spirale; leur production a été arrêtée pour cause de coûts élevés.

Turbocompression

Les turbocompresseurs fonctionnent selon le principe de la pression constante. Le turbocharger est en fait un compresseur entraîné par les gaz d'échappement.

Suralimentation à double étage

Le système de suralimentation à double étage est une des évolutions les plus récentes. Le processus commence par un petit turbo, suivi d'un gros qui reprend l'alimentation d'air vers le moteur.

Résultat: 20% de puissance supplémentaire, un couple plus important à bas régime et une plage de régime plus large.

FONCTIONNEMENT DU TURBO

Les gaz d'échappement sortant du cylindre où a lieu la combustion, entraînent la roue de turbine dans le turbo. Cette roue est reliée, par un axe rigide, à une roue de compresseur qu'elle entraîne. En tournant, cette roue aspire à son tour de l'air et le compresse. Dès que la soupape d'admission s'ouvre, l'air comprimé pénètre dans le cylindre.

Equilibre de puissance

Plus les gaz d'échappement fournissent de l'énergie, plus le régime de la turbine et donc du compresseur est élevé. Ainsi, la quantité d'air pompée dans le moteur est plus importante et celui-ci peut fournir plus d'énergie. Le turbo et le moteur ne sont pas reliés mécaniquement entre eux, mais uniquement par l'écoulement de l'air d'admission et des gaz d'échappement. Le régime du turbo ne dépend pas non plus du régime du moteur, mais bien de la puissance du moteur. Lorsqu'une quantité plus importante de carburant parvient dans le moteur, les gaz d'échappement s'écoulent plus vite. Le turbo va alors tourner plus vite, la pression va augmenter et une plus grande quantité d'air sera pompée dans les cylindres, de sorte qu'il sera possible d'ajouter à nouveau plus de carburant.

Résultat: toujours une meilleure combustion d'une plus grande quantité. A cylindrée égale, il y a une plus grande puissance du moteur.

CONSTRUCTION DU TURBO

Compresseur

Le carter en aluminium et la roue de compresseur forment ensemble le compresseur. La forme du carter entraîne la compression de l'air qui est ensuite dirigé sous pression vers la chambre de combustion. Le carter compresseur contient la roue de compresseur qui est montée de manière rigide sur l'arbre de turbine. Cela implique qu'elle tourne aussi vite que la roue de turbine (voir plus loin). Les pales de la roue de compresseur ont une forme telle que l'air est aspiré via la roue. L'air aspiré est guidé vers l'extérieur de la roue de compresseur et est pressé contre la paroi du carter. L'air est ainsi comprimé et ensuite envoyé dans le moteur via la tubulure d'admission. Vu les énormes vitesses de rotation, les roues de compresseur plates ont été remplacées par des roues de compresseur dont la partie arrière est renforcée, et même des roues 'boreless'. Souvent, les turbos sont dotés d'une soupape dite de 'recirculation' placée à la sortie du compresseur. Elle s'ouvre automatiquement, lorsque la pression dans l'admission de l'air tombe. De ce fait, l'air à la sortie du compresseur est redirigé vers l'entrée du compresseur.

L'ensemble tournant

L'ensemble tournant forme la partie centrale du turbo et est monté entre le carter compresseur et le carter turbine. Le carter palier loge toutes les composantes de l'ensemble tournant. L'arbre rigide de turbine, bordé des deux côtés de roues à pales, se situe dans le carter palier. Il tourne dans un système de paliers flottants avec un ou deux paliers radiaux, avec la position inversée par rapport aux pales de la roue de turbine. Cette position crée une aspiration d'air depuis le filtre à air. Le graissage de l'arbre et des paliers (et aussi refroidissement de l'arbre des paliers et du carter palier) s'effectue par le circuit à huile du moteur. Afin de maintenir ce circuit fermé, des dispositifs d'étanchéité sont placés du côté turbine et du côté compresseur. Des deux côtés se trouvent des segments qui ne sont pas de véritables bagues d'étanchéité.

Turbine

Le carter et l'arbre de turbine forment ensemble la turbine. Le carter turbine est réalisé en fonte et résiste ainsi aux températures de plus de 800 °C. Les gaz d'échappement sont dirigés par le collecteur d'échappement du moteur vers le carter turbine. L'orifice d'entrée des gaz d'échappement devenant de plus en plus petit, une accélération du flux des gaz va se produire. La forme particulière en 'escargot' du carter turbine permet le guidage des gaz autour de la roue de turbine, et ainsi, elle tourne. L'arbre de turbine est soudé à la roue de turbine et forme une liaison rigide avec le compresseur.

Il est creux à la hauteur de la soudure, afin de freiner le transfert de chaleur de la roue vers l'intérieur du turbo. Côté turbine, l'arbre comporte une forge contenant le segment. La portée des paliers radiaux sur l'arbre est spécialement durcie et lissée. L'autre extrémité de l'arbre, plus fine, traverse la roue de compresseur et est pourvue d'un filet, sur lequel se trouve un écrou de blocage destiné à caler la roue de compresseur. Dans la plupart des cas, la pression est réglée par une vanne de surpression qui guide une partie des gaz d'échappement autour de la turbine, si la pression devient trop élevée. Cette 'wastegate' est pilotée par la soupape de régulation de pression (membrane montée sur le carter compresseur).

TECHNIQUE DU TURBO

Intercooler

Par la compression de l'air, celui-ci se réchauffe et la teneur en oxygène diminue. Ceci est néfaste pour obtenir la combustion optimale, car une sorte de radiateur d'air – l'intercooler – est souvent monté entre le turbo et le moteur, pour refroidir à nouveau l'air.

Montage en parallèle/en série

On peut incorporer plusieurs turbos. Notamment dans les moteurs en V, on peut opter pour plusieurs turbos plus petits. Ils entrent en action plus vite et réagissent plus tôt à la pédale d'accélérateur. Un désavantage est que deux turbos coûtent plus cher qu'un seul gros turbo. Il est aussi également possible de monter des turbos en série, en d'autres termes, placés sur une seule ligne, ce qui entraîne un effet amplificateur.

Turbo et électronique

Afin de pouvoir répondre aux exigences en matière de la consommation, de l'émission et du niveau sonore, de petits ordinateurs calculent pour chaque régime la pression optimale du turbo.

Technique de la turbine variable

La technique de la turbine variable – variation de la taille du passage – résout la limitation du passage des gaz d'échappement du carter de turbine. Un passage étroit fournira de bonnes performances à bas régime, mais atteint vite son maximum de puissance. Dans le cas d'un grand passage, le problème s'inverse et, à bas régime, il sera question d'une pression de turbo trop faible. En pratique, une géométrie variable signifie plusieurs vannes mobiles autour du carter de turbine. Cela modifie l'angle sous lequel les gaz d'échappement rencontrent la roue de turbine. Lorsque les vannes se trouvent dans une position pratiquement fermée, le turbo réagit comme un turbo avec un passage étroit des gaz d'échappement. Si les vannes se trouvent en position ouverte, le passage réel des gaz d'échappement est utilisé. Il y a aussi des variantes de ces turbocompresseurs variables avec un 'slidevane'; une bague déplaçable détermine l'afflux vers les palettes.