le turbo a geometrie variable controle

LE TURBO A GEOMETRIE VARIABLE
Variable Turbine Géométry
Un peu d'histoire
Un turbocompresseur est un système qui récupère une partie de l'énergie des gaz
d'échappement d'un moteur à explosion afin de comprimer l'air alimentant le moteur,
améliorant ainsi son rendement.
Le principe de la suralimentation des moteurs a été proposé dès les premiers
développements de moteurs et en 1905 le brevet du turbocompresseur a été déposé par
l'ingénieur suisse Büchi.
Une des premières applications a été réalisée pendant la première guerre par l'ingénieur
Rateau pour un moteur Renault utilisé sur un avion de chasse.
Ce principe est à ce jour, largement répandu sur les moteurs Diesel modernes et dans
une moindre mesure sur les moteurs à essence.
Les gaz d'échappement entraîne une turbine reliée par un arbre à un compresseur, ce
dernier aspire de l'air ambiant la compresse et l'envoie dans les cylindres en passant
éventuellement par un réfrigérant (par exemple un échangeur air/air dit aussi
intercooler), le fait d'envoyer de l'air déjà comprimé dans les cylindres pemet de
diminuer l'énergie à apporter en plus pour atteindre la pression requise à l'explosion.
D'un point de vue mécanique, le tubocompreseur est un dispositif délicat fonctionnant à
des vitesse de rotation très élevées (typiquement 200.000 tr/min pour une voiture turbo
diesel actuelle) dont la fabrication exige une précision importante, dont résulte le prix
d'un turbo, la lubrification dans le turbo est le problème crucial et il faut toujours laisser
un moteur turbocompressé tourner quelques secondes au ralenti avant de couper le
contact, faute de quoi on coupe la lubrification du turbo avant qu'il ait eu le temps de
ralentir suffisamment, ce qui a pour effet de réduire sévèrement sa durée de vie.
Le turbo à géométrie variable.
Encore une innovation de la part de constructeur Bavoirois, Audi était le premier
constructeur à mettre au point le turbo compresseur à géométrie variable (VTG) monté
en grande série et en prime time sur la Golf GT TDI 110 CV (1996).
La démocratisation du "précieux artifice "devait se multiplier ensuite, afin de de mouvoir
toutes les belles Audi, à commencer par l'Audi A4 TDI et pour finir d'équiper toute la
gamme jusqu'en 1998.
Quel sont les avantages du Turbo à Géométrie Variable (VTG)?
Il permet de rendre linéaire toute accélération et la montée en régime, c'est-à-dire qu'il
évite d'avoir des trous à bas régime et une certaine nervosité du moteur.
Le moteur sera plus stable et souple et il permettra un accroissement considérablement
de son couple, on obtiendra donc un moteur doux à l'utilisation mais aussi
particulièrement nerveux.
Le Turbo à géométrie variable VTG est la clé du succès du moteur TDI.
Pourquoi avoir recours à la suralimentation ?
-Compensation de la diminution de la densité de l'air avec l'altitude.
-Optimisation du remplissage des cylindres en approchant du 100%.
-Compenser une faible cylindrée.
-Augmenter le rendement du moteur.
-Augmenter l'agrément d'utilisation et la recherche de plaisir de conduite.
Dans la partie gauche appelée turbine, les gaz d'échappement entraînent une hélice qui
est reliée sur son axe de rotation à un compresseur qui comprime l'air d'admission afin
de l'insuffler sous la pression permettant un meilleur remplissage du moteur, le moteur
respire donc mieux.
Schéma du circuit de reflux des gaz.
Sur l'image , on peut apercevoir les aubes variables (en doré) se relever afin de diriger
les flux d'échappement et faire ainsi prende de la vitesse au compresseur par une
canalisation optimale des gaz d'échappement.
Cela pemet d'obtenir des reprises importantes ainsi qu'un couple conséquent, les aubes
sont commandé pneumatiquement via une capsule et une tringle.
Le compresseur est lubrifié au niveau de ces paliers avec de l'huile moteur en raison de
la vitesse de rotation élevée et de la chaleur..
Il n'est pas rare que la vitesse de rotation d'un turbo avoisinent les 200.000 t / mn.
Aubes
Voici le coeur du turbo à géométrie variable, on distingue sur la cinématique le
placement ou non dans le sens du flux d'échappement afin de faire prendre à celle-ci une
vitesse vigoureuse et instantanée et ce à la moindre solliciation de la pédale
d'accélérateur, le temps de réponse s'en trouve fortement diminué et donc de ce fait il
n'y aura plus de trou à l'accélération.
Ci-dessus l'axe de l'hélice du turbo et à son opposé celle du compresseur, sa composition
est en titane.
Le plan du circuit complet de dépression
Les aubes du turbo à géométrie variable sont commandé par la dépression de l'air, cette
dépression d'air provient d'une pompe qui est monté sur le côté droit de l'arbre-à-came ,
la position des aubes sont donc dépendante de la dépression ou non engendrée par la
pompe.
Cette dépression commande les aubes via une capsule à dépression qui est monté sur le
turbo à géométrie variable, afin que le turbo ne s'emballe pas, les ingénieurs ont monté
sur ce circuit une électrovanne de limitation de pression de suralimentation N75.
Cette électrovanne est directement commandée par le boîtier de gestion moteur le J248
Cette électrovanne coupe de manière répétée la dépression d'air provenant de la pompe
à vide, les aubes prennent un position neutre face au flux d'air du pot d'échappement et
donc la vitesse du turbo diminue drastiquement pour maintenir une pression comprise
entre 1750 et 2250 mbar, cette pression est mesurée par le capteur de pression monté
sur la durite principale de l'admission d'air.
Le capteur de pression et de température de l'admission est partiellement visible sur le
bas de l'image à droite.
Voici le circuit complet de dépression d'une GOLF IV TDI
A = réserve de dépression d'air
B = emplacement de la pompe à vide (non représenté sur le schéma)
Quelles sont les problèmes que l'on peut rencontrer avec le turbo à géométrie
variable?
1-Une pression de la suralimentation anormalement élevée dans les chambres.
2-Une pression de la suralimentation trop basse dans les chambres.
3-L'électrovanne de limitation de pression de suralimentation défectueux.
4-Capsule et tringle du turbo, grippé ou cassé.
5-Le transmetteur de pression de la tubulure d'admission défectueux
6-Palier de turbo usé.
Comment tester le turbo à géométrie variable?
Si bien sûr la panne éventuelle le permet, vous devez utiliser le logiciel VAG-Com, une
interface, un câble et un portable.
Condititon de Test
Le Test doit être effectué sur une route parfaitement dégagée, si possible sans véhicules
ni piéton.
Ce test s'effectue à l'aide d'une deuxième personne qui s'occupera
d'effectuer le test dynamique, c'est obligatoire, cette personne sera
assise à l'arrière du véhicule avec sa ceinture de sécurité attachée****
**** il existe une possibilitée de faire le test seul car le logiciel possède la faculté
d'enregistrer les données du test en cours sur le disque dur mais pour réaliser cette
possibilité, le portable devra être fixé solidement au siège et donc qu'il ne devienne pas
un projectile extrèmement coûteux et dangereux.
Je m'étendrai plus sur le sujet dans un prochain article consacré aux astuces et truc.
Le test
Vous devez avoir votre moteur parfaitement chaud pour le test.
Vous connectez votre portable via l'interface à votre véhicule, vous faites tourner le
moteur, vous cliquez sur l'icône du logiciel VAG-Com, choisir le calculateur, 01 moteur,
dans fonction classique cliquer sur groupe de mesure 08, à gauche dans groupe, vous
tapez 011.
Le début du test
Vous demandez à la personne à l'arrière de commencer l'enregistrement (voir chapitre
VAG-Com).
Vous démarrez le véhicule en accélérant pied au plancher de 1500 t/min à 3400 t/m, la
valeur de la pression de suralimentation devra être comprise entre 1750 mbar et 2250
mbar.
Vous devez être absolument sûr que vous avez bien écrasé la pédale de l'accélérateur
faute de quoi les valeurs lues seront erronées.
Une fois que vous relâchez le pied de l'accélérateur, votre collaborateur peut arrêter
l'enregistrement.
Le résultat du test
Vous obtenez sur votre disque dur, un "fichier log" portant l'extension csv, vous pouvez
l'ouvrir avec Excel.
Voilà ce que vous pourrez voir lorsque vous ouvrez le fichier log, la zone en
jaune représente la valeur à 3066 t/min, la pression specified MAP 1948,2 mbar
(pression demandée par le calculateur) et la pression actual MAP 2080,8 (pression réelle
demandé par le calculateur) et enfin le duty cycle (rapport de travail cyclique de
l'électrovanne de limitation de pression de suralimentation N75 soit 79,3%.
Comme vous le constatez, il n'est pas très facile de lire le fichier produit lors du test, pas
de panique, il est possible de transformer ce fichier d'extension csv en extension xls
beaucoup plus facile à lire....oui mais comment faire ?
Vous avez deux possibilitées pour transformer votre fichier log soit manuellement dans
Excel, soit avec un petit logiciel utilitaire fourni avec le logiciel VAG-Com 409,1 ou
supérieur, si comme moi vous utilisez le logiciel VAG-Com 311.2n, aucun problème, il
vous suffit de télécharger sur le site de Ross-Tech la dernière version du logiciel, vous
installez VAG-Com sur le disque dur et vous récupérez le petit programme open source.
Vous pouvez aussi récupérer deux autres petits programmes (open source) VagScope et
le TDI Graph que vous pouvez utiliser avec la version du logiciel VAG-Com 311.2N en
remplacement de ceux qui accompagne ce logiciel, de cette manière vous aurez fait un
Update de votre version 311.2N.
Source file = vous allez sélectionner votre log à l'extension csv réalisé lors du test que
vous avez fait sur le turbo.
Target file = vous choisissez l'emplacement de votre nouveau log à l'extension xls
Cliquer sur le bouton Ok, voilà c'est fait.
Vous constatez que les chiffres sont plus visibles maintenant et il n'y a plus de difficultée
de lecture, cela vous donne une idée des changements opérés (la première colonne je
n'en avais pas parlé mais il s'agit du temps exprimé en seconde.
Comme vous pouvez le constater, dans la zone des 3000 t/min mon turbo se trouve
parfaitement dans la fourchette de valeur pour une GOLF IV TDI 110 CV (de 1750 à 2250
mbar), avant que vous me posez la question pour les plus futés, vers les 2700 t/min j'ai
un petit dépassement de la consigne mais cela est parfaitement normal, la régulation
faite par le N75 met un certain temps à ce mettre en place.
Faire un graphique comme un pro à partir du fichier xls, est-ce que cela vous tente? oui
Construire un graphique vous-même comme un pro
Il faut bien sûr posséder le logiciel Excel, vous ouvrez le fichier log avec l'extension
xls avec les colonnes de chiffres comme représenté sur l'image au dessus, vous
sélectionnez avec votre souris très exactement ce que vous voyez sur l'image avec les
colonnes de chiffre et rien d'autre sinon cela ne marchera pas .
Ensuite, au dessus de la fenêtre, il y a un petit icône "assistant graphique", vous cliquez
dessus.
Un nouvel écran s'ouvre "assistant graphique", choisisser "nuages de points", cliquer
sur un des graphique symbole sur la droite "sous-type de graphique " ensuite "Types
personnalisés" , "courbes à deux axes, ensuite vous cliquez sur le bouton "suivant"
"suivant", vous choisissez les titres pour rendre votre graphique plus lisible et
compréhensible et vous terminez par "terminer sur une nouvelle feuille".
Voici le résultat final.
Que pensez-vous du résultat, pas mal non.
J'ai modifié l'échelle de la pression de droite, pour cela il suffit de double-cliquer dessus
et de modifier la valeur de l'échelle intermédiaire, la ligne pointillée a été ajoutée
manuellement afin de bien montrer d'une autre façon la valeur de la pression réelle à
3000 t/min soit environ 2100 mbar, on constate en comparant le graphique avec la
colonne de chiffre que je ne suis pas loin de la réalité à 20 mbar près.
Juste encore un mot pour dire que la courbe bleue (specified MAP) n'est pas à sa vraie
place, Excel par mesure de lisibilité à placé cette courbe en retrait de son véritable
emplacement, il vous suffit de prendre n'importe quel point sur la ligne bleue pour ce
rendre compte que la valeur de pression ne correspond pas à l'échelle de droite mais cela
n'a pas d'importance car c'est la pression réelle qui nous intéresse ici.
Specified MAP = pression demandée par le calculateur, MAP = masse air pressure
Actual MAP = pression réelle mesurée par la sonde, MAP = masse air pressure
Si maintenant vous mesurez une pression trop élevée, quelle en sont les causes?
L'électrovanne de limitation de pression de suralimentation N75 est en court-circuit à la
masse, diminution de la puissance, pression de suralimentation trop élevée***
Raccords de flexibles intervertis, non branché.
Les aubes du turbo à géométrie variable se coïncent par les dépôts de suies, la vitesse du
turbo devient de plus en plus importante et lorsque la pression entre dans la plage de
régulation du N75, il essaie de limiter la pression à maximum 2250 mbar mais il n'y
parvient évidemment pas, la pression lue par la sonde de pression sur la durite
d'admission dépasse la tolérance, à ce moment le boîtier de gestion moteur prend le
relais et il va travailler sur sa propre cartographie, il va de manière drastique diminuer
la quantité de carburant à fournir aux injecteurs et donc une nette chute de la puissance
sera observée.
Comment reconnaître un turbo dont les aubes se coïncent?
Comme la pression devient trop haute, le carburant injecté est diminué
cartographiquement, il faut donc faire un "reset " du boîtier de gestion moteur,
comment?
Il suffit de se garer, d'éteindre le moteur et de le faire tourner à nouveau, à ce moment
vous allez retrouver la pleine puissance jusqu'au prochain dépassement de la pression
maximale de consigne.
La sonde de pression de suralimentation est défectueuse.
Si maintenant vous mesurez une pression trop basse, quelles en sont les causes?
L'électrovanne de limitation de pression de suralimentation N75 est en court-circuit au
pôle plus (positif), diminution de la puissance et pression de suralimentation trop faible,
vous devez contrôler le N75.
Défaut d'étanchéïté entre le turbocompresseur et le moteur (circuit d'air de
suralimentation).
La tringle de la commande des aubes est rouillée ou coïncée.
La capsule à dépression du turbo est défectueuse.
La sonde de pression de suralimentation.
Tests supplémentaires.
Une vérification du N75 peut être effectée par l'intermédiaire du logiciel Vag-Com via le
test des actionneurs, lors de ce test on pourra l'entendre travailler en placant sa main
dessus pendant que le logiciel le fait travailler.
Test de la tringle du turbo via le groupe 011 en réglage de base, le logiciel va faire
travailler la tringle 4 ou 5 fois, on pourra donc contrôler visuellement son fonctionnement
et si il n'est pas grippé.
Vérification de la sonde de mesure de pression de suralimentation par comparaison avec
la pression atmosphérique