Dans l'industrie, nous aimons dire, « Les turbos font croire aux petits moteurs qu'ils sont gros ! » Quelle que soit la taille du moteur et qu'il soit à essence ou diesel, pour chaque 14,68 psi de pression de suralimentation, le moteur pense qu'il a doublé de taille.
Ceci est enraciné dans le fait que la pression atmosphérique est nominalement considérée comme étant de 14,68 psi. Donc, si le moteur voit cette même valeur dans la pression de suralimentation, alors il a le potentiel de produire la puissance d'un double de son déplacement.
Bien que la plupart des fabricants surveillent ou évaluent l'augmentation du turbocompresseur en psi, certains utiliseront l'abréviation atm, qui représente l'atmosphère. L'équivalent métrique de cette mesure est la barre. Pour convertir atm en psi, multiplier par 14,68.
Par exemple, si la fiche technique du moteur indique que la pression de suralimentation maximale est de 2,1 atm, ce serait 14,68 fois 2,1, ce qui équivaut à 30,83 psi. Une barre est égale à 0.9869 atm, ou 14,5 psi. Ainsi, une pression de 3 bars serait égale à 43,5 psi.
Pour un calcul rapide, la plupart des gens utilisent 15 psi comme lecture atmosphérique nominale.
Ceci étant établi, La suralimentation du turbocompresseur telle que lue dans le collecteur d'admission est la pression supérieure à la pression atmosphérique. Sur un moteur à aspiration normale à plein régime, la pression dans le système d'induction est considérée comme atmosphérique. Elle est légèrement inférieure à celle due aux pertes de débit. En revanche, le vide est toute pression inférieure à la pression atmosphérique.
Un turbocompresseur a deux composants principaux :une turbine et un compresseur. Familièrement, ce sont les côtés chaud et froid, respectivement. La turbine est reliée à l'échappement du moteur et est reliée au compresseur via un arbre.
Les ailettes de cet arbre sont inclinées dans le sens opposé. Lorsque les gaz d'échappement chauds sortent de la culasse, il se dilate et fait tourner la roue de la turbine de la même manière qu'une rivière actionne une roue hydraulique. Comme le compresseur est sur le même arbre, pendant que la turbine tourne, la roue du compresseur aussi. La turbine est l'organe moteur, tandis que le compresseur est l'élément entraîné.
L'action du compresseur envoie de l'air dans le chemin d'admission du moteur, qui a deux effets importants. Il élève la pression qui entre dans le cylindre au-dessus de la pression atmosphérique, et il augmente le volume de flux d'air dans le moteur mesuré en cfm (pieds cubes par minute).
L'effet cumulé de l'augmentation de la pression et de la masse de l'air entrant se traduit par la pression de suralimentation. La vitesse de la turbine et, à son tour, la pression de suralimentation est régulée par le débit et la température des gaz d'échappement. Un besoin de réguler la pression est requis et est accompli dans la plupart des applications avec une soupape de décharge.
La poubelle
S'il n'y avait aucun moyen de contrôler la pression de suralimentation, il est possible à travers une série d'événements que la pression des cylindres dépasse les limites de sécurité pour la conception du moteur.
La soupape de décharge est utilisée pour contrôler la pression de suralimentation en contournant une quantité contrôlée de gaz d'échappement de l'interaction avec la roue de turbine. Il se compose de rien de plus qu'un disque qui se ferme contre un passage qui redirige une partie du flux d'échappement.
Lorsque le passage est ouvert, la pression de suralimentation est limitée. Quand il est fermé, le plein potentiel du turbocompresseur peut être réalisé.
Il faut reconnaître que chaque turbocompresseur est une pièce d'ingénierie sophistiquée, car il existe une science dédiée à la forme et à la taille des roues de la turbine et du compresseur. Le débit d'air et le potentiel de pression sont créés par la conception des deux roues et, comme pour tous les aspects de l'ingénierie, il y a des compromis.
Prévenir le surboostage
La soupape de décharge permet à l'ingénieur de créer un turbocompresseur capable de fournir les performances souhaitées à des régimes moteur bas à moyen, sans suralimenter à pleine charge du moteur. Il peut également permettre à la roue de turbine d'accélérer plus rapidement à faible débit d'échappement et températures, amener la pression de suralimentation plus tôt et rendre le moteur plus maniable lorsqu'il est trimballé.
Un avantage supplémentaire de la suralimentation au-delà de la puissance du moteur est une réduction générale des émissions du moteur et une efficacité améliorée.
L'augmentation de la pression d'air et du débit dans le cylindre crée plus de turbulence dans l'alésage et, à son tour, améliore la vitesse de la flamme et mélange le carburant et l'air de manière plus complète. La soupape de décharge permet à un ingénieur d'utiliser le mouvement du mélange pour réduire les émissions tout en contrôlant la pression de combustion. Encore, le wastegate ne peut pas accomplir cela tout seul.
Un turbocompresseur, lorsqu'il est équipé d'une soupape de décharge, utilise également un actionneur. L'actionneur ressemble à un bidon avec une tige et est attaché au turbocompresseur.
Cette unité se connecte à la soupape de décharge avec une tige et est responsable de l'éloignement du disque du passage pour le contrôle du débit d'échappement. A l'intérieur du bidon, il y a un soufflet et un ressort ainsi qu'un orifice qui relie un tuyau en caoutchouc pour détecter la suralimentation. Le ressort interne positionne la tige pour maintenir le port de la soupape de décharge fermé. Maintenant, tout l'échappement ira à la roue de turbine.
De l'autre côté du collecteur à soufflet (boost), la pression s'oppose au ressort, vouloir déplacer la tige et ouvrir la soupape de décharge. En fonction de la tension du ressort à une pression de suralimentation souhaitée, le soufflet prendra le relais et ouvrira le passage de dérivation, Donc, limiter la vitesse de la turbine et la pression dans le cylindre.
La plupart des moteurs à commandes électroniques utilisent également un solénoïde pour signaler au soufflet de l'actionneur. Cela permet un démarrage plus rapide du turbo à basse vitesse tout en ajoutant un contrôle plus fini pour un boost maximal. Certains moteurs diesel plus anciens n'utilisent pas de soupape de décharge. Dans ces applications, le turbo est conçu pour produire la poussée maximale souhaitée, donc aucune sécurité n'est utilisée. Un turbo sans soupape de décharge n'est pas aussi efficace car il ne compense pas les conditions météorologiques et de combustion. Il est également paresseux de s'enrouler, rendant le moteur moins réactif.
Problèmes potentiels
Bien que le système de wastegate soit très fiable, les conditions suivantes sont courantes et faciles à corriger.
- Coup de pouce faible. La cause du problème dans ce cas est que le disque dans le boîtier de la soupape de décharge n'est pas étanche à cause du carbone et du contournement de l'échappement. Le ressort de l'actionneur est faible ou défectueux.
- Survoltage. La cause ici est un caoutchouc fissuré, ligne de détection de suralimentation défaillante, soufflet défectueux ou un soufflet qui fuit à l'intérieur. Si ainsi équipé, une autre cause est que le solénoïde de suralimentation a échoué ou a perdu son signal électrique.
- Coup de fouet flottant. Le ressort de l'actionneur est faible.
Pour chacun de ces problèmes, le turbocompresseur n'a pas besoin d'être remplacé ou reconstruit. Ce sont toutes des pièces externes et peuvent souvent être entretenues avec l'unité sur le moteur. Si la tige de la wastegate est filetée avec un contre-écrou, lorsque vous raccourcissez la tige, la pression de suralimentation augmente avant que l'échappement ne soit contourné. Si vous rallongez la tige, le coup de pouce sera plus faible.
