La suralimentation du moteur essence

---

Description détaillée

Présentation :

La suralimentation permet d'augmenter la quantité d'air qui pénètre dans le cylindre et par conséquent d'améliorer le remplissage de celui-ci. Le cylindre étant mieux rempli, il en résulte un meilleur rendement par augmentation de la pression de fin de compression.
Dans le cas de l'éco-suralimentation, le turbocompresseur est sollicité uniquement pendant les phases d'accélération.
On peut rencontrer de la suralimentation par compresseur, par turbocompresseur ou de la suralimentation mixte (compresseur + turbo compresseur).

Le turbocompresseur :

Dans le cas de la suralimentation par turbo, une turbine mise en mouvement par les gaz d'échappement entraine un compresseur qui alimente le moteur en air sous pression. En fonction des phases de fonctionnement moteur, le calculateur de gestion moteur régule la pression de suralimentation à la valeur optimale (exemple 1,5 bar à charge moyenne, 2,5 bar à pleine charge). Sa vitesse de rotation élevée (jusqu'à 250 000 tr/min) nécessite l'utilisation de paliers fluides lubrifiés et refroidis par l'huile du moteur. La présence du turbo sur le circuit d'échappement engendre des températures de fonctionnement élevées, un refroidissement par eau est souvent nécessaire.

(Source continental)

Le turbo à géométrie fixe :

C'est la technologie la plus utilisée sur le moteur essence. La régulation de la pression de suralimentation est obtenue en agissant sur une soupape de décharge (Wastegate). Celle-ci permet de dévier les gaz d'échappement lorsque la pression d'air devient trop forte (exemples : 2,5 bar absolu).
Lorsqu'elle est au repos, la wastegate peut être à l'état ouverte ou fermée.

On rencontre des Wastegates :

• à commande pneumatique. La Wastegate est actionnée par un poumon raccordé à une électrovanne. Pour réguler la pression le calculateur agit sur l'électrovanne raccordée à une source de dépression (turbo régulé en dépression) ou à la sortie du compresseur (turbo régulé en pression).

• à commande électrique. Pour réguler la pression, le calculateur agit sur un actionneur raccordé mécaniquement à la Wastegate.

(Source V.A.G)

Le turbo à géométrie variable :

Il permet d'obtenir un fonctionnement du turbocompresseur sur une plage de régime plus importante. Le principe consiste à orienter les gaz d'échappement par inclinaison d'aubages vers l'extérieur ou l'intérieur de la turbine.
Cette technologie est très sensible à la chaleur et son application reste encore limitée (Porsche et Volkswagen).

Les spécificités de la suralimentation par turbo :

Pour améliorer l'efficacité du turbo et notamment pour réduire son temps de réponse, les constructeurs mettent en place plusieurs solutions techniques :

• Implantation systématique d'une soupape de décharge "Dump Valve". (voir fiche concernée)
• Utilisation d'un petit compresseur à faible perméabilité. (voir fiche concernée)
• Implantation du turbo au plus près du moteur (collecteur intégré à la culasse).
• Utilisation d'un système d'alimentation à carburant à injection directe. (voir fiche concernée)
• Utilisation d'un échangeur Air/Eau pour réduire la longueur du circuit d'admission.

(Source V.A.G)

Le compresseur volumétrique :

Il est entrainé par le moteur au moyen d'une courroie, d'une chaîne ou d'une cascade de pignon. Sa vitesse de rotation est supérieure à celle du moteur (exemple 5 fois la vitesse du vilebrequin). Il permet un établissement rapide de la pression de suralimentation, le moteur disposera donc d'un couple important à bas régime. Le compresseur nécessite aucun graissage ni refroidissement externe. Contrairement au turbocompresseur, la puissance d'entrainement est fournie par le moteur.
Suivant les moteurs, on rencontre deux types de régulation de la pression de suralimentation :

• La régulation par volet : l'air est renvoyé côté admission (Compresseur à entraînement permanent).

(Source V.A.G)

• La régulation par embrayage électromagnétique (Compresseur à embrayage).

La

(Source V.A.G)

La double suralimentation :

Cette solution consiste à utiliser, en fonction des phases de fonctionnement du moteur, un compresseur volumétrique et/ou un turbocompresseur.

Exemple Volkswagen :

Le moteur Volkswagen 1,4 TFSI (CAVG) est équipé d'un compresseur Roots et d'un turbocompresseur, il développe 180 ch et fournit 250 N.m de couple dès 2000 tr/min.
Les caractéristiques du compresseur :

• Démultiplication interne (5 fois la vitesse du vilebrequin).
• Régime maximal 17500 tr/min.
• Pression maximale générée 1,75 bar (absolue).

 

(Source V.A.G)
Les stratégies de fonctionnement :

• A faible régime et à forte charge : suralimentation par compresseur uniquement.
• A faible régime et charge moyenne : suralimentation mixte (compresseur + turbo compresseur).
• A haut régime ou faible charge : suralimentation par turbocompresseur uniquement.

Exemple Mercedes :

Le moteur Mercedes M256 à 6 cylindres en ligne est équipé d'un compresseur additionnel électrique et d'un turbocompresseur.
Les caractéristiques du turbo :

• Positionné sur le circuit d'air en amont du compresseur électrique.
• Collecteur à isolation à double paroi.
• Collecteur à séparation des flux des cylindres 1 à 3 et 4 à 6.
• Ensemble turbine/Carter de type "Twinscroll". (voir fiche concernée)

Les caractéristiques du compresseur additionnel :

• Positionné sur le circuit d'air en aval du turbocompresseur.
• Alimentation électrique sous 48V par le réseau de bord.
• Régime maxi 70 000 tr/min.

(Source Mercedes)

• 9 : Echangeur de suralimentation Air/Eau.
• 50 : Turbocompresseur.
• M16/6 : Papillon des gaz motorisé.
• M60/1 : Compresseur électrique additionnel.
• Y101 : Soupape de décharge du compresseur de turbo "Dumpvalve".
• A : Gaz d'échappement
• B : Air de suralimentation en aval de l'échangeur.
• C : Air de suralimentation en amont de l'échangeur.

---

Méthodes et pratiques

La recherche de panne :

Le turbocompresseur, le compresseur volumétrique ou le C.H.R.A. n'ont pas de périodicité de remplacement. Avant de les remplacer, il faudra procéder à un diagnostic complet du système de gestion moteur. Voici la liste des contrôles qui pourront être mis en œuvre pour rechercher l'origine de la panne :

• Lecture des défauts et mesure des paramètres dans le calculateur de gestion moteur à l'aide d'une valise de diagnostic.
• Contrôle de la pression de suralimentation à l'aide d'un manomètre.
• Mise sous pression du circuit de suralimentation à l'aide d'un manodétendeur pour valider l'étanchéité de l'ensemble du circuit d'admission.
• Contrôle visuel du circuit d'admission et du circuit d'échappement (absence d'huile, de corps étrangers...)
• Contrôle visuel du système d'entrainement (compresseur volumétrique).

Les contrôles avant remplacement :

Lorsque le turbocompresseur, le compresseur ou le C.H.R.A. sont incriminés, l'origine de la panne doit être identifiée ! Avant de remplacer l'un de ces éléments, il faudra en fonction des symptômes :

• Consulter les notes techniques du fournisseur ou du constructeur.
  Vérifier la pression d'huile du moteur (si turbocompresseur).
• Vérifier le débit d'huile après turbocompresseur.
• Vérifier la pression des gaz de carter (si turbocompresseur).
• Vérifier l'état du circuit d'air (étanchéité et propreté).
• Vérifier l'état de la ligne d'échappement (absence de pollution par l'huile dans le cas du turbo).

1. Piquage sur le puits de jauge d'huile moteur pour la mesure des gaz de carter.

Le remplacement des éléments :

L'opération consiste à déposer la pièce hors service et à reposer un élément neuf ou en échange standard.
Dans le cas du compresseur volumétrique, il peut être préconisé :

• De remplacer le filtre à air.
• De remplacer la courroie d'entrainement.

Dans le cas du turbocompresseur ou du C.H.R.A., il peut être préconisé :

• D'effectuer la vidange du moteur,
• De remplacer le filtre à huile.
• De remplacer le filtre à air.
• De remplir le turbo d'huile neuve avant le premier démarrage.
• De remplacer les joints.
• De respecter les couples de serrage.
• De remplacer le liquide de refroidissement.

Ci-dessous, le remplissage du turbo en huile moteur.

 

---

Impact sur les compétences en atelier

• Connaitre le fonctionnement des systèmes de gestion moteur essence.
• Connaitre le fonctionnement des systèmes de suralimentation essence.
• Connaitre le fonctionnement du circuit de lubrification d'un moteur essence suralimenté.
• Connaitre le fonctionnement du circuit de ré-aspiration des vapeurs d'huile.
• Connaitre le fonctionnement du circuit de refroidissement d'un moteur essence suralimenté.
• Savoir appliquer une méthode de diagnostic.
• Savoir utiliser un outil de diagnostic dans ses fonctions : lecture des paramètres, lecture et effacement des défauts, test des actionneurs...
• Savoir utiliser un multimètre.
• Savoir utiliser un manomètre.
• Savoir contrôler la pression de suralimentation.
• Savoir contrôler l'étanchéité du circuit d'admission.
• Savoir contrôler la pression d'huile.
• Savoir contrôler la pression des gaz de carter.
• Savoir contrôler le débit d'huile.

---

Exemple d’outillage approprié

• Outils de diagnostic,
• Manomètre de pression de suralimentation,
• Manodétendeur avec lot d'obturateurs,
• Manomètre de pression d'huile,
• Manomètre à tube en « U ».