>>> Maintenance et diagnostique
Un turbocompresseur est une pompe centrifuge entraînée par les gaz d'échappement.
Le turbo force une quantité additionnelle d'air ou d'un mélange air-essence à l'intérieur du moteur. Ceci augmente la pression de combustion et la puissance du moteur.
Deux rotors ou roues (un compresseur et une turbine) sont montés aux extrémités d'un arbre. Quand le moteur tourne, les gaz d'échappement passe à travers la turbine.
Ces gaz frappent les lames de la turbine, qui peuvent alors tourner à plus de 120000 tours/min. Le compresseur, monté sur le même arbre, tourne à la même vitesse. Au fur et à mesure que la roue de compresseur tourne, l'air est aspiré, compressé et ainsi forcé vers le collecteur d'admission.
Les roulements de l'arbre requièrent un traitement spécial car ils tournent à très vitesse. Un petit filet d'huile moteur passe à travers ces roulements. Ceci permet de refroidir et de lubrifier les roulements. Sur certains moteurs, le liquide de refroidissement passe autour de l'arbre, dans le corps du turbo, pour aider le refroidissement des roulements et de l'huile moteur.
Le turbo crée une telle pression de suralimentation que des détonations peuvent survenir, entraînant des dommages irréversibles. Afin de limiter la pression et prévenir un overboost, les turbocompresseurs sont équipés d'une soupape de dérivation ou wastegate.
Une wastegate est constituée d'une soupape montée sur la coquille d'échappement du turbo et d'une capsule de régulation ('actuator'). L'actuator est relié à la soupape par le biais d'une came métallique.
La capsule de régulation est constituée d'un ressort et d'un diaphragme en matière caoutchouteuse relié à la came.
Cette soupape s'ouvre quand la pression de suralimentation atteint un maximum prédéfini. Alors, une partie des gaz d'échappement est détournée de la turbine et passe par la soupape. Ces gaz d'échappement sont gaspillés (en anglais 'waste') car ils ne contribuent pas à entraîner la turbine.
La wastegate peut être pilotée pneumatiquement (par l'air compressé) ou par ordinateur. Le ressort de la capsule se comprime quand la pression de surpression excéde la force du ressort. Ceci ouvre la soupape de dérivation. La vitesse de la turbine ne peut plus augmenter ce qui limte la pression de suralimentation.
Les moteurs équipés d'une wastegate pilotée par ordinateur ont un capteur de pression monté sur le collecteur d'admission.
Le capteur informe l'ordinateur (ECM) quand la pression augmente trop. Le calculateur envoie un message à une vanne solénoïde qui contrôle la capsule de régulation. La wastegate est alors ouverte.
L'air devient très chaud quand il est comprimé. Ceci provoque une expansion de l'air qui devient moins dense. De l'air chaud contient moins d'oxygène à apporter à la combustion. Pour refroidir l'air et augmenter sa densité, la plupart des moteurs équipés d'un turbocompresseur ou d'un compresseur volumétrique ont recours à un échangeur ou 'intercooler'.
L'échangeur se présente comme un radiateur refroidissant l'air comprimé lorsqu'il circule au travers. Une fois l'air refroidi, il entre dans le moteur et peut supporter de très haute compression sans détonner.
L'intercooler le plus communément rencontré est un échangeur air-air. L'air chaud comprimé passe à l'intérieur de l'intercooler. L'air frais extérieur passe au travers de l'intercooler. Il y a alors échange de calories entre l'air comprimé et l'air extérieur.
Beaucoup de moteurs suralimentés sont équipés d'un capteur anti-détonnation ou anti-cliquetis (fig 13). Le capteur informe le boîtier d'allumage afin de retarder l'étincelle si une détonnation se produit dans un cylindre.
Lors d'une sollicitation réduite, le turbo tourne "au ralenti". Le collecteur d'admission est sous vide et peu de gaz d'échappement passe au travers de la turbine. La roue compresseur tourne trop lentement pour comprimer l'air d'admission.
Au fur et à mesure que l'accélérateur est sollicité, plus d'air (et de carburant) entre dans le moteur. Ainsi la dépression dans le collecteur d'admission disparait laissant place à une surpression. Le fait de bruler plus de mélange air-essence augmente le flux des gaz d'échappement. Ceci fait tourner plus vite la turbine et donc le compresseur, jusqu'à le compresseur fournisse une pression de suralimentation.
Beaucoup de conducteurs de voitures turbocompressées se plaigne du "temps de réponse". Ceci est le delai ressenti entre l'ouverture du papillon des gaz et le moment où le turbo fournit une puissance additionnelle. Ce délai correspond au temps que la turbine a besoin pour atteindre sa vitesse de 'boost'. De plus, il faut tenir compte du volume de l'intercooler et des tubes pour passer de la dépresion à une surpression. Ce délai peut être d'une demi seconde ou plus.
Une solution pour remédier en partie à ce problème est de fabriquer les pièces mobiles (le compresseur et la turbine) aussi lègères que possible. Les pièces plus lègères gagnent en vitesse de rotation plus rapidement.
Une autre solution est d'utiliser 2 petits turbo compresseurs au lieu d'un seul gros. Les pièces étant plus petites et lègères réduisent le temps de réponse. Les moteurs équipés de 2 turbos sont dits "bi-turbo" ou "twin-turbo".
L'utilisation de turbo à géométrie variable est une autre possibilité pour réduire le temps de réponse. Le principe est de varier l'angle sous lequel les gaz d'échappement frappe les pales de la turbine. Ceci aide à augmenter la pression à vitesse réduite et ainsi minimise le temps de réponse. Avec un turbo à géométrie variable, il n'est pas nécessaire d'avoir une "wastegate". Le fait que les pales de la turbine bougent, contrôle en même temps la vitesse de la turbine et la surpression.
Il existe 2 types de turbo à géométrie variable : à jet variable et à surface variable.
Le turbo à jet variable a une séries de 10 à 15 lames mobiles autour de la turbine.
Une capsule de régulation pilotée par ordinateur positionne les lames. A faible vitesse de rotation moteur, elles sont partiellement ouvertes. Ceci facilite le passage des gaz d'échappement sans produire de surpression non-nécessaire. Quand l'accélérateur est sollicité, les lames s'ouvrent complètement. Les gaz d'échappement viennent frapper les lames de la turbine : la vitesse du moteur et la puissance augmentent.
Le turbo à surface variable produit le même effet. L'ordianteur contrôle 1 ou plusieurs lames dans l'admission de la turbine. Les lames redirigent les gaz d'échappement vers les lames de la turbine. Ceci contrôle la vitesse de passage des gaz d'échappement et ainsi la vitesse de la turbine. Lors d'accélération, les lames se déplacent pour faire augmenter la vitesse de passage des gaz d'échappement : ceci produit une surpression rapidement.