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Le turbo pour les nuls


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Salut à tous, je vous ai concocté un petit dossier pour essayer de faire du fonctionnement d'un moteur turbo une banalité, comprise par tout le monde.

Si ça peut servir à quelqu'un! ;)

J'ai l'impression que quand l'on parle de moteur turbo sur cox c'est un peu comme parler chinois.

Donc je vais tenter de faire un petit dossier fort simple sur la technologie turbo pour tout le monde..

(Bon si c'est nul, on est d'accord que je ne suis pas prof hein)

Si bien sur quelqu'un peut me compléter, c'est avec plaisir !

Dans ce dossier je ne vais parler que du turbo classique (pas de géométrie variable) et sur un moteur à carburateur.

Le montage que j'ai construit est dit SOUFFLÉ car je souffle de l'air dans le carburateur.

Comme ici:

qlmu.jpg

Pas comme certains autres moteurs VW turbo cox dit ASPIRÉ, qui lui aspire son air à travers le carburateur, très facilement reconnaissable, les tuyaux d'échappement remontent dans le compartiment moteur à tous les coups.

Comme sur cette photo ci:

xcy2.jpg

Ce système est beaucoup moins fiable car on ne peux pas y installer d' intercooler sinon l'essence se condenserait sur les parois de celui-ci, donc on est limité en pression ou en temps de fonctionnement.

De plus faire passer de l'air et de l'essence dans un turbo brûlant....

Mais ce système a l'avantage d'être très simple à construire car le carburateur fonctionne toujours en dépression, comme il a été crée à la base.

Je ne vais parler ici que du montage SOUFFLÉ.

Tout d'abord il faut savoir que un moteur turbo n'est rien d'autre que un moteur "normal"dit atmosphérique sur lequel on vient ajouter un souffleur d'air au dessus du carburateur. Oui il n'y a pas un Alien ni même le fluuber dedans !

Rien de bien méchant je vous assure!

Ce souffleur d'air n'est autre que le "turbo", en effet c'est une sorte de souffleur qui a la capacité d'avoir un gros débit (comme un souffleur à feuilles) pouvoir faire monter la pression dans les canalisations où il est raccordé.

Ce souffleur pour fonctionner (oui il n'est pas électrique) trouve son énergie dans les gaz d'échappement.

En effet les gaz d'échappement sont guidés sur une petite turbine qui est relié par l'intermédiaire d'un axe à la roue du compresseur.

Voici un petit schéma:

vpe7.jpg

Et les gaz d'échappement font tourner très très vite cette petite turbine (jusque à 200 000 tr/min) oui on est très loin des 4500tr/min d'un vilebrequin de cox d'origine...

Oui mais 200 000 tour/min ça commence à faire beaucoup pour des roulements... On utilise dans la plupart des cas l'huile du moteur pour lubrifier le turbo et éviter que il ne grippe; on prend simplement un petit tuyau d'une des galeries d'huile du moteur qu'on raccorde au dessus du turbo (on raccorde souvent le tuyau où il y a le témoin de pression d'huile d'origine).

Il faut faire très attention au retour de l'huile dans le moteur après son passage dans le turbo!

En effet la faire rentrer c'est facile elle est sous pression mais le retour doit obligatoirement se faire par gravité, l'huile doit couler librement hors du turbo et retourner dans le moteur. c'est pour ça que l'on voit régulièrement des carters supplémentaire sur les moteurs turbo car le turbo est déjà trop bas par rapport au niveau d'huile du moteur, donc l'huile ne sait pas couler gentillement dedans, elle "bouche" donc le turbo et sa durée de vie est alors de quelques dizaines de minutes.

Ce carter supplémentaire sert juste à rabaisser le niveau d'huile du moteur pour que le turbo se retrouve plus haut que celui ci. (Dans notre cas turbo)

Il existe cependant des turbos sur roulement mais c'est plus rare; ils doivent quand même avoir de l'huile en permanence mais en moins grande quantité.

Le filtre à air sur un moteur turbo soufflé ne se trouve plus sur le carburateur mais bien juste avant le compresseur du turbo, car les canalisations de sortie sont reliées sur le haut du carburateur.

Le souci (et oui il y en a un), c'est que quand l'on envoie de l'air sous pression .... Il chauffe, et très fort !

Par exemple à 1bar de suralimentation, sur mon moteur l'air est monté à +120 C° !!

C'est pourquoi on a inventé l'intercooler.

L' intercooler, aussi appelé échangeur.

Voici un intercooler AIR-AIR (l'air du turbo passe dedans et il est refroidi par l'air ambiant) :

ojdm.jpg

C'est une sorte de radiateur mais pour l'air du turbo.

Son seul but dans la vie c'est refroidir l'air qui passe en lui.

Voici son fonctionnement:

ca95.jpg

Il est soit à refroidissement par air (on s'arrange pour que de l'air extérieur soit canalisé sur celui ci), ou alors il est à eau, (c'est de l'eau qui circule dedans pour le refroidir), c'est mieux car plus efficace mais il faut toute une installation pour refroidir l'eau qui chauffe dans l'intercooler, sur un moteur refroidi par air, ça ne le fait pas trop...

Un intercooler air-eau:

zjbi.jpg

Dans la voiture ça donne ceci:

busj.jpg

Grâce à cet intercooler pour ma part il avait une efficacité de 50% c'est à dire que je suis passé de 120° à 60° tout simplement.

En plus de gagner de la fiabilité (oui air chaud et essence... Voilà..) j'ai gagné de la puissance, car quand l'air chauffe il se dilate et du coup il prend plus de place et on en met moins dans le moteur ->

Moins d'air =moins d'essence vu que ça va de pair et donc moins de puissance.

Dns le sujet où j'expose mes avancements, je parle très souvent de pression... 800 grammes, 1 bar, 1.4 bar...

Tout d'abord 800 grammes = 0,8 bar

La pression c'est la force avec laquelle le turbo envoie l'air dans mon carburateur.

Plus il y a de pression, plus il y a d'air et plus il y a de puissance (faut pas exagérer car, ça finit toujours par trop chauffer...(aussi bien le moteur que l'air d'admission, surtout! ))

Théoriquement, à 1bar de suralimentation sur un moteur qui fait 100ch en atmosphérique (sans turbo) il en sort 200ch.

Si il ne vole pas en 1000 morceaux à la première accélération!

Quand je dis on double la puissance, c'est plus juste de dire qu'on double le couple (la force du moteur à nous coller dans le fond du siège) car l'explosion est deux fois plus puissante dans le cylindre vu qu'il y a deux fois plus d'air et essence.

Hé hé facile d'avoir beaucoup de chevaux: il suffit de mettre plus de pression...

Mais gaffe!! Faut que le moteur puissance l'encaisser, il faut un bas moteur hyper solide comparé à un moteur atmosphérique!

Oui 2x plus de puissance sur le même moteur faut qu'il soit 2x plus solide..

Je continue !

Pour pouvoir mettre beaucoup de pression il faut que le rapport volumetrique (RV) soit faible.

-> plus on met de pression -> plus Le RV doit être faible.

Pourquoi faible ? Parce que plus il y a d'espace vide au dessus du piston, plus on va pouvoir mettre de l'air et de l'essence sans tout casser !

Le rapport volumetrique c'est le volume dans la culasse+dans le cylindre quand le piston est tout en bas divisé par le volume qu'il reste en haut du piston et dans la culasse quand le piston est tout au dessus.

Sur nos cox il est de 7,5 à 1.

Un petit schéma:

ryp9.png

C'est à dire que le volume restant quand le piston est tout au dessus est 7,5 fois plus petit que quand il est tout en bas.

Et ça 7,5 c'est top pour un moteur turbo car ça n'est vraiment pas beaucoup!

En effet sur des préparations de cox sans turbo il n'est pas rare d'avoir 10 voir 11 et même 12 à 1 !

7,5 à 1 c'est parfait pour mettre 1bar de suralimentation.

Bon et l'allumage dans tout ça où est-il?!

Bin il est là! :D

Sur un moteur turbo il faut moins d'avance à l'allumage, c'est à dire que l'étincelle doit se faire plus tard que sur un moteur sans turbo.

Pourquoi ?

Parce que l'air et l'essence sont déjà fort chauds et donc s'enflamment facilement. En plus avec le turbo on a mit beaucoup plus d'air et d'essence que si il n'y en avait pas==>> le mélange a envie de s'enflammer très facilement.

Par exemple sur mon moteur j'ai du mettre 10° d'avance de moins que sur une cox d'origine.

Mais il faut aussi que l'étincelle se fasse car si il y a trop de pression dans les cylindres, l'étincelle ne se fait pas donc il faut un allumage très puissant ! Celui d'origine ne suffit pas,à 1bar de suralimentation ça commence à méchamment déconner, et le moteur pétarade.

Il y a aussi un problème, c'est la richesse du mélange.

(La proportion d'essence qui rentre en même temps que l'air dans le moteur).

On a aussi déjà tous entendu parler de bague de pression différentielle à placer sur le haut du carburateur, elle porte également le nom de bague de linéarisation ou encore cornet réducteur.

Alors a quoi elle sert cette bague ?

Et surtout pourquoi s'ennuie t'on à rajouter tant de trucs sur un moteur turbo ?!

Vous avez tous compris que quand le turbo met la pression dans les canalisations et donc dans le carburateur, l'essence elle a envie de foutre le camp dehors et non de continuer à sortir dans le carburateur et ainsi fournir l'essence au moteur.

=> Il faut donc trouver une astuce pour qu'elle continue à sortir quand le turbo souffle!

Et c'est ici que arrive notre fameuse bague de pression différentielle !

En effet quand on regarde un carburateur "normal" un de cox par exemple, on voit bien que le dessus est plus large en diamètre que la où se trouve le papillion, ça fait une sorte d'entonnoir!

Comme ici:

auhv.jpg

Pourquoi un entonnoir? Pour quand quand l'air arrive dans le carburateur, il s'accélère et donc que l'essence sorte facilement du "robinet" que l'on voit au milieu du conduit du carburateur.

Cette bague est en fait une sorte d'entonnoir également mais de la même taille que l'endroit où se trouve le papillon,

La bague a le même rôle que un choke, c'est à dire qu'elle enrichit le mélange au fur et à mesure que l'air rentre dans le carburateur, mais pourquoi?

Une fois que l'air passe dans la bague il est accéléré vu que la section diminue donc sa pression augmente très légèrement, mais une fois que l'air a passé la bague, il se détend vu que la section est plus grosse, ça nous fait donc une dépression!! Bingo, juste à l'endroit où il y a le "robinet" qui amène l'essence dans le moteur !!!

=> l'essence sort beaucoup plus quand les turbos soufflent, c'est ce qu'on recherchait, BINGO !

On a crée une sorte de VENTURI au dessus du carburateur.

Voici des cornets réducteurs, ou bagues de pression différentielle, à vous de choisir ;)

tncn.th.jpg

Pourquoi de la même taille que le papillon? Comme ça on ne bride pas le moteur, mais de plus si on la faisait plus petite le moteur aspirerait, beaucoup trop d'essence, et plus grosse, pas assez!

MAIS, oui il y a un mais! Il faut également que le melange air/essence arrive en BONNE proportion même quand les canalisations ne sont pas sous pression !

En effet quand le turbo tourne et envoie son air,il y a de la pression dans le carburateur et quand le turbo ne tourne pas il y a une dépression dans celui-ci ..

Quand il y a de la pression de suralimentation il faut que l'essence continue à rentrer dans le carburateur, pour palier à ce problème il faut installer un régulateur de pression d'essence qui fait varier en fonction du fonctionnement du turbo (charge ou pas).

Il faut bien évidement que la pompe a essence envoie plus de pression que la pression du turbo dans le carburateur+ la pression qu'il faut au ralenti pour que le carburateur se remplisse d'essence comme dans un moteur sans turbo. (+/- 0,25bar)

Le régulateur en question:

tqwt.jpg

Bon et tout ça maintenant quand je n'accélère pas assez pour faire tourner le turbo (charger est le "vrai" terme à employer) le moteur doit quand même fonctionner comme il faut et ne pas caler dès que l'on veut accélérer.

Et ça n'est pas facile car un moteur qui a un rapport volumétrique très faible plus un turbo qui fait "bouchon" quand il ne tourne pas vite, et les gaz d'échappement qui ne sortent pas bien des culasses vu que le turbo les freinent.....

Ça donne un moteur très mou..

Vint encore une autre problème à tout ça...

Les moteurs turbo chauffent beaucoup plus que les atmosphériques il faut donc un système de refroidissement beaucoup plus efficace..

Pas uniquement pour l'huile, mais surtout pour les culasses...

On ne doit jamais dépasser les 250°de température culasse car les sièges des soupapes se décrochent des culasses ... Je vous laisse imaginer le reste...

De plus la soupape reste ouverte donc c'est pas bien, mais alors la pas bien du tout!!!

Et puis mettre de l'essence chauffée avec le turbo dans une culasse bien chaude, elle a tendance a brûler avant qu'on ne lui ai demandé...

Un souci intervient également et là c'est vraiment moins drôle pour les $$$..

c'est la consommation..

Hé hé à 1 bar on a deux fois plus de puissance parce que on a mis deux vois plus d'essence... $$$$$ :o

En contre-partie on accélère deux fois plus fort. :cool:

Bon sur ce, je n'ai pas encore parlé de la distribution d'un moteur "turbotisé".

La distribution d'un moteur turbo est évidement, je l'ai dit 20x plus haut, plus solide que son homologue atmosphérique.

Pourquoi?!

Parce que quand le turbo souffle, l'accélération est deux fois plus forte, pas seulement pour le slip du conducteur mais aussi pour l'arbre à cames, les poussoirs, les culbuteurs, tout le monde y passe ! Et il faut par conséquent que tout le monde reste à sa place et qu'il fasse ce qu'on lui dit de faire au bon moment... C'est pourquoi: obligé d'avoir du bon matos de ce côté.

Je vote double ressort oui! Mais pas uniquement parce que l'accélération de moteur est violente mais aussi parce que les soupapes d'admission, même quand elles sont fermées, le turbo souffle dessus et à tendance à vouloir les ouvrir donc il faut bien ça pour que ça reste fermé ! Surtout avec 1bar et++

Bon richesse, distribution... Transmission je n'ai pas encore dit!

C'est simple, il faut du costaud, un embrayage très dur pour que ça ne patine pas, un volant moteur, vilebrequin,bielles et pistons très solides.

Mais surtout la liaison entre le vilebrequin et le volant moteur doit être très solide ! Et là on est obligé de faire installer 8 pions à la place des 4 d'origines. 8 pions c'est bien mais 8 pions plus solides c'est encore mieux !

Autrement le risque c'est que le volant moteur sectionne tous les pions.

Et là quand ça arrive on a franchement l'air malin... :rolleyes:

Il faut également une boite de vitesse solide..très solide et ça elle ne l'est visiblement pas assez d'origine !

Pour les moteurs très puissants il y a l'injection d'essence et d'eau!

Injection d'eau ? Non je n'ai pas perdu les pédales !

Sur un moteur turbo, quand l'intercooler ne suit plus, enfin quand on met vraiment beaucoup de pression, il n'est pas rare de voir 1,4bar par exemple, ou encore quand l'on veut se passer d'intercooler (c'est plus rare)=> on injecte de l'eau quand le turbo pousse dans le moteur, l'eau refroidi l'air d'admission de un et vu qu l'on a injecté de l'eau en plus de l'essence dans le cylindre, ça augmente le "rapport volumétrique" => compression augmente => puissance qui grandit également, Paradise Island ?!

Et de l'eau en plus !

Il y a aussi l'injection eau-méthanol, elle c'est encore mieux car en plus de refroidir elle augmente le taux d'octane de l'essence et donc on peut augmenter la pression du turbo sans avoir de cliquetis !

(Cliquetis: c'est l'essence qui s'enflamme quand il ne faut pas et qui casse cylindre et piston et culasse, bref l'ennemi n° 1 du moteur turbo car on flirte avec ces limites...)

On a du cliquetis (pour moteur turbo) quand:

-rapport volumetrique trop élevé

-essence de mauvaise qualité (turbo=tjs SP98!)

-air d'admission trop chaud

-culasse trop chaude

-pas assez d'essence par rapport à l'air

-pression turbo trop élevée

-et je suis à court d'idée!!!

En turbo quand on entend le cliquetis, c'est trop tard c'est déjà cassé car tout ce passe beaucoup plus vite que en atmosphérique.. Oui c'est toujours l'histoire de deux fois plus d'essence que sans turbo, (à 1 bar toujours).

Voici l'effet du cliquetis: des trous, des pitits trous et encore des pitits trous...

dx9p.jpg

C'est pour ça qu'on est obligé d'avoir constamment une sonde lambda allumée pour contrôler le mélange air-essence qu'il y a dans le moteur... Une sonde "large bande" autrement dit super précise qui nous indique par exemple 12,3 à 1 avec un afficheur numérique.

Là je sais que j'ai 12,3 fois plus d'air que d'essence.

Le top c'est 12,5 quand l'on enfonce les gaz a fond et 14,7 sur un filet de gaz (on pousse à peine sur la pédale)

Dès que l'on voit que l'afficheur dépasse les 14,7 il faut lâcher les gaz sous peine de tout casser.

J'ai oublié de dire, une sonde lambda c'est la pauvre sonde qui se trouve dans le pot d'échappement et qui passe son temps à sniffer les gaz qui sortent!

Ah oui, le réglage de la pression turbo!

Pour commander si on veut plus ou moins de pression dans un turbo c'est simple on agit sur la longueur d'une tige filetée qui ouvre plus ou moins vite une soupape de by-pass (pour dévier les gaz d'échappement pour ne pas qu'ils aient vers la turbine d'échappement).

On appel cette soupape la WASTEGATE .

Comme elle fonctionne:

j21l.jpg

Il faut savoir que sur un turbo "normal" j'entends par là pas un de compétition, la pression maximale que l'on peut mettre est souvent de 1,4bar. On peut mettre plus mais il va tourner trop vite et risque de se casser... 200 000 tr/min c'est déjà pas mal non ?

Il y a également la dump valve, c'est le truc bidule qui fait PSSSCCHHHHHTTTT quand on arrête d'accélérer, ça sert a décomprimer l'admission dès que l'on relâche la pédale des gaz. Autrement dis le moteur arrête d'accélérer tout de suite...et le turbo envoie son air sous pression dans le compartiment moteur (l'air ambiant) .

Son fonctionnement:

dyr2.jpg

Ça a aussi comme deuxième avantage d'empêcher que quand on accélère à fond et que l'on relâche les gaz pour passer la vitesse supérieure, le turbo ne ralentisse (il continue de tourner et envoie son air dans le compartiment moteur). Quand l'on remet le pied au plancher la dumpvalve se ferme et ça re-accélère tout de suite, pas de temps de réponse!

La bête en vrai (en plus c'est beau ! :D ):

r0xx.jpg

Le temps de réponse ou "TURBO-LAG" c'est le temps qui s'écoule entre le moment ou l'on enfonce les gaz à fond et le moment ou le moteur commence à accélérer (le temps que le turbo se mette à tourner et monte la pression dans les canalisations de l'admission).

Ce qu'il faut retenir c'est que plus on met de pression, plus on a de puissance, avec 1 bar de pression turbo, on double pratiquement la puissance, avec 2bars on la triple (enfin un peu moins car il commence à y avoir des pertes un peu partout).

Pour donner une idée les premières Porsche 911 turbo avaient une pression turbo de 0.8 bar. Pareil pour les R5 turbo et compagnie.

Lors des essais des premières formules 1 turbo la pression étaient de 3,5bar... Ils sortaient 1500 ch d'un 1,5 litre...

Je n'ai pas parlé ici du choix du turbo ni même des calculs savants pour calculer tous les paramètres, si ça vous dit ou si vous en avez besoin il y a moyen de développer aussi (il y a cependant une calculatrice sur le forum dans le coin "service" du forum.

Pour un complètement d'information sur les lectures de MAP et compagnie, il y a un dossier technique sur ce forum également nommé "technologie des moteurs turbo".

Voili voilou, j'espère ne pas vous avoir embrouillé plus qu'autre chose, si je vois des améliorations à apporter, je changerai, hésitez pas à me compléter !

Pire! Si je raconte une grosse boulette corrigez moi !

PS: les sources viennent toutes de google image.

Et c'est entièrement écrit par , Arnaud Gemine :D

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Sympa ton dossier ! Très clair et facile à comprendre pour quelqu'un comme moi qui n'y connaissais pas grand chose aux turbos :)

Je comprend mieux maintenant comment certains arrivent à sortir des puissances démentielles avec des petites cylindrées... :D

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Bien présenté sur un ton bien sympa!

En d'autres temps j'avais essayé de dédiaboliser le montage turbo ( en géo variable ) mais je n'avais pas eu autant de pédagogie que toi :) ..

M'étant fait haché menu par certains membres du forum , j'ai abandonné l'affaire..

Je suis en train de remonter un projet ( 356 replica coupé ) sur lequel sera gréffé mon ancien moteur 1700 turbo géo variable.

Je posterais quelques images pour montrer les différences mineures sur le montage par rapport à un montage à géo fixe.

Bravo encore !

à plus autour d'une bonne bière !

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Salut fireone 69,super article clair et precis sur le Montage Turbo.

de par ta tenacitétu as démontré qu'un tel Montage était faisable.

comme cet article parle des différents montages Turbo possible je me permet de poster une page de lien.

http://thedubshop.net/links.htm

trouvé sur le site de jaquo36 trop fort.

a plus gutz

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