Les spécificités de la suralimentation essence

---

Description détaillée

Présentation :

Le turbocompresseur équipant le moteur essence doit résister à des températures de gaz d'échappement très élevées. En charge, la température des gaz peut dépasser 1000°C (moins de 800°C sur le moteur diesel). Il est de ce fait très difficile de fiabiliser le turbocompresseur à géométrie variable multi-ailettes (à ce jour 2 applications Porsche moteur 3,6 litres biturbo et V.A.G moteur 1,5 TSI Evo). Pour réduire le temps de réponse du turbo à géométrie fixe, les constructeurs font appel à des technologies spécifiques au moteur essence :

• La soupape de décharge du compresseur "Dump Valve".
• La réduction de la taille du turbo.
• La suralimentation par impulsion (utilisation d'un collecteur d'échappement de type "Twinscroll").

La soupape de décharge du compresseur :

Contexte :

Pendant les phases de déccélération du moteur ou lors des changements de rapport, le papillon des gaz se ferme. La pression de suralimentation s'applique toujours et créé une pression dynamique dans le carter du compresseur. Cette pression vient fortement freiner la roue du compresseur et augmente considérablement le temps de réponse du turbo.

Rôles de la Dump Valve :

Appelée aussi vanne "Pop Off", elle est implantée entre la sortie et l'entrée du compresseur. Elle est actionnée lors des phases de déccélération du moteur et permet :

• d'atténuer le trou de turbo (temps de réponse) lors des ré-accélérations,
• d'estomper les bruits,
• de réduire les contraintes de torsion sur l'axe du turbo (risque d'endommagement de l'axe et de la roue du compresseur).

Fonctionnement :

La Dump Valve est fermée au repos. Lors d'une phase d'accélération, si le papillon des gaz se ferme brutalement, elle ouvre un canal de dérivation qui dirige l'air comprimé (sortie compresseur) vers l'admission (entrée compresseur). La roue du compresseur conserve ainsi sa vitesse. Lors de la réouverture du papillon des gaz, la vanne se referme et la pression de suralimentation est immédiatement disponible.

(Source V.A.G)

La soupape à commande électrique :

Il s'agit d'un actionneur "tout ou rien" piloté par le calculateur de gestion moteur.

• Non alimentée (0% de commande), elle est fermée.
• Alimentée (100% de commande), elle est ouverte.

La soupape pneumatique :

Il s'agit d'un clapet actionné par un poumon.

• Lors des fortes déccélérations, la dépression dans le collecteur déplace le poumon. Le clapet s'ouvre.
• Lorsque la dépression diminue, le clapet se referme sous l'action d'un ressort.

Le circuit pneumatique :

1. Compresseur
2. Arrivée d'air venant du débitmètre
3. Dump valve pneumatique
4. Pression tubulure admission (collecteur aval papillon)
5. Vers échangeur d'air et moteur
6. Actionneur de wastegate
7. Turbine

 La réduction de la taille du turbo :

Sur le moteur essence afin d'obtenir un couple important des les bas régimes, la pression de suralimentation doit s'établir rapidement. Lorsque le régime moteur se stabilise, la pression de suralimentation est régulée. On parle de "turbo d'accélération".
Sur les moteurs essence "Dwonsizing", les constructeurs font donc appel à de petit turbo disposant d'une perméabilité faible (le rapport A/R de la turbine est faible).

Définition :

Le rapport A/R caractérise l'aptitude de l'ensemble carter turbine d'échappement a évacuer les gaz d'échappement : La perméabilité.
Plus le rapport est proche de 0, moins le turbo est perméable : besoin de peu de débit en gaz d'échappement pour démarrer le turbo.
Plus le rapport est proche de 1, plus le turbo est perméable : besoin d'un volume de gaz d'échappement important pour démarrer le turbo.
Le "A" représente l'aire de la section la plus faible à l'entrée du carter d'échappement de turbo.
Le "R" représente le rayon partant du centre de la turbine, et passant par ce centre de la section "A".

Le petit turbo (typé couple) :

Il est caractérisé par un rapport A/R proche de 0 donc par une perméabilité faible. Son temps de réponse est faible. Le moteur pourra disposer d'un couple important à bas régime. Cette solution va à l'encontre de la recherche de puissance à haut régime.
 

(Source PSA)
Le turbo ci-dessus équipe le moteur PSA 3 cylindres 1,2 THP, le rapport A/R de la turbine est de 0,29.

La suralimentation par impulsion :

Présentation :

L'efficacité d'un turbocompresseur est liée à la vitesse et à la pression des gaz d'échappement. Sur un moteur à essence, la pression des gaz d'échappement en amont de la turbine peut être quasiment constante : on parle alors de suralimentation à pression constante. Cette pression peut aussi fortement fluctuer : on parle alors de suralimentation par « impulsions ».

• Dans le premier cas, l'énergie qui entraîne le turbo résulte de l'écart entre la pression en amont et en aval de la turbine.
• Dans le second cas, les gaz d'échappement s'écoulent par à-coups au rythme des phases d'échappement de chaque cylindre, l'énergie qui entraîne le turbo est liée au déplacement des ondes de pression qui frappent la turbine.

Sur les moteurs à essence actuels, ces deux formes de suralimentation sont mises à profit. La part que représente la suralimentation par « impulsions » par rapport à la suralimentation à « pression constante » dépend de la longueur des conduits, de la section des conduits et du nombre de cylindres. Un moteur 6 cylindres bénéficiera peu de la suralimentation par impulsions, un moteur à 2 ou 3 cylindres beaucoup plus.
La suralimentation par impulsions permet une réponse plus rapide du turbocompresseur, surtout à bas régimes. Si l'on veut réduire le temps de réponse du turbo, il faut favoriser la suralimentation par impulsions.

Le collecteur d'échappement de type "Twinscroll" :

Cette technologie s'applique au moteur 4 cylindres. Les conduits d'échappement des cylindres 1-4 et 2-3 sont séparés jusqu'à l'intérieur de la turbine. Cette solution limite les interférences entre les cylindres et favorise la suralimentation par impulsion.

• Le temps de réponse du turbo est réduit.
• Le couple à bas régime est augmenté.

 

---

Méthodes et pratiques

Avant de remplacer une Dump Valve, un turbo compresseur ou C.H.R.A., il faudra procéder à un diagnostic complet du système de gestion moteur. Le dysfonctionnement de l'un de ces éléments peut faire remonter des défauts dans le calculateur de gestion moteur. Une lecture des codes défaut et des paramètres moteur est donc indispensable pour réaliser un diagnostic. Pour rechercher une panne, d'autres contrôles peuvent être mis en œuvre :

• Le contrôle de la pression de suralimentation à l'aide d'un manomètre.
• La mise sous pression du circuit de suralimentation à l'aide d'un manodétendeur pour valider l'étanchéité de l'ensemble du circuit d'admission.
• Le contrôle visuel du circuit d'admission et du circuit d'échappement (absence d'huile, de corps étrangers...).
• Le contrôle du bon fonctionnement de la Dump Valve (contrôle visuel, électrique et test des actionneurs).

Le remplacement de l'un de ces éléments consiste à déposer la pièce hors service et à reposer un élément neuf.
Lorsque le turbocompresseur ou le C.H.R.A. sont incriminés, l'origine de la défaillance doit être identifiée ! Il faudra penser à consulter les notes techniques du fournisseur ou du constructeur. Le contrôle de la pression d'huile ou de la pression des gaz de carter peut s'avérer nécessaire. Dans certains cas des réparations ou des modifications sur le circuit de lubrification sont indispensables.

---

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.
• 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.

---

Exemple d’outillage approprié

Manomètre de mesure de pression air pour le anciens systèmes et outil de diagnostic pour les plus récents