Suralimentation & turbocompresseur

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Mauresque
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Suralimentation & turbocompresseur

Message non lu par Mauresque »

La suralimentation


Le principe de la suralimentation, est d'alimenter le moteur au-dessus de la pression atmosphérique, afin d'obtenir un meilleur remplissage des cylindres et un meilleur rendement de celui-ci. Deux manières d'y arriver : compresseur mécanique (inconnu sur les Land Rover mis à part quelques V8 gavés façon TVR par des sorciers anglais) ou turbocompresseur.


Le turbocompresseur


L'idée des base est de récupérer l'énergie produite par l'explusion des gaz d'échappement pour entraîner une turbine reliée par l'intermédiaire d'un axe à une roue de compresseur, qui aura pour rôle d'aspirer l'air en provenance du filtre et de le restituer sous pression au moteur.

Afin de refroidir le volume d'air sous pression, on fait couramment appel à un échangeur thermique (à air ou à eau) que cet air va traverser, pour permettre d'abaisser sa température et d'augmenter sa densité (voir l'article Entretenir son intercooler). Les turbos les plus courants sont constitués de trois carters distincts, le carter turbine, le carter compresseur et le carter de paliers.

<table align="center"><tr><td><img src="http://landroverfaq.com/albums/turbo/co ... d></td><td class=gensmall>1 - entrée des gaz d'échappement<br>2 - sortie des gaz d'échappement<br>3 - turbine<br>4 - roue de compresseur<br>5 - entrée dans l'air venant du filtre<br>6 - sortie de l'air sous pression vers le moteur<br>7 - soupape de régulation (wastegate)<br>En bleu : la partie compresseur avec le carter compresseur et la roue.<br>En rouge : la partie turbine d'échappement avec le carter turbine et la turbine.<br>Au centre : le carter palier qui contient les bagues paliers qui soutiennent l'axe de la turbine ainsi que divers éléments interne permettant le graissage et la rotation de l'ensemble tournant.</td></table>

Une fois que la pression de suralimentation est obtenue, l'information est délivrée à la soupape de décharge, qui va dériver les gaz d'échappement du carter turbine directement à l'échappement afin de réguler la vitesse de rotation du turbo et ainsi éviter l'emballement du moteur.

Sur les dernières générations de moteurs sont apparus des turbocompresseurs à géométrie variable. La soupape à pour rôle de commander des palettes (montage le plus courant) à l'intérieur du carter turbine, pour faire varier le volume de la volute. Ce procédé permet d'avoir une configuration "petit carter" à bas régime avec une pression des gaz élevés favorisant un temps de réponse minimum. Plus la pression augmente, plus les palettes vont se déplacer vers une configuration "gros carter" pour plus hauts régimes, pour avoir la puissance maximum avec un gros débit de gaz.

La technologie géométrie variable permet d'obtenir des courbes de puissance et de couple moteur très linéaire et d'augmenter ainsi l'agrément de conduite et la souplesse moteur.

<table align="center" cellspacing="15"> <tr><td align="center"><img src="http://landroverfaq.com/albums/turbo/ge ... "></td><td align="center"><img src="http://landroverfaq.com/albums/turbo/ge ... tr><tr><td class=gensmall align="center">Configuration "petit carter"</td><td class=gensmall align="center">Configuration "gros carter"</td></tr></table>

Source documentaire : Garret
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Mauresque
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Message non lu par Mauresque »

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Message non lu par Claude »

Pourquoi la prise de pression de la wastegate se fait-elle en sortie de turbo et non beaucoup plus loin, dans le carter d'admission ? Ça aurait pour effet de réguler le turbo sur la pression réelle d'entrée de l'air dans le moteur et de tenir compte des pertes en charge. Est-ce par commodité de montage ou pour éviter des problèmes de temps de réponse ?
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The Pater
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Message non lu par The Pater »

1) la pression d'air au plus près du moteur n'est pas un modèle de constance à cause des ouvertures et fermetures de soupapes
2) En prenant la prise de pression d'air à différents endroits, tu ne fais que varier ton repère de pression. On s'en fiche de connaître la vraie pression. On veut seulement qu'à une pression donnée, le turbo soit "régulé" pour donner une pression d'air maxi voulue.
3) le constructeur automobile attend de l'équipementier une solution global la moins chère, compact et rapide à monter en usine.
4) le temps de réponse est peut être une raison : je ne sais pas.

Ce sont mes propres pensées. Je n'ai pas trouvé de litérature concordantes à ce sujet.

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Mauresque
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Message non lu par Mauresque »

The Pater a écrit :On s'en fiche de connaître la vraie pression. On veut seulement qu'à une pression donnée, le turbo soit "régulé" pour donner une pression d'air maxi voulue.
Je crois que l'essentiel de la réponse est là... rajoutons qu'en régulant le wastegate en prenant la pression sur le carter du turbo, celui-ci est une entité à part entière. Si retour en garantie, le fabricant le remplace.

Si on va prendre la pression ailleurs sur le circuit d'admission, on risque d'induire des erreurs dans la régulation qui ne serront pas forcément imputables au fabricant du turbo mais à ceux des éléments en cause : qui casque en cas de retour garantie ?
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JCA
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Message non lu par JCA »

Surtout que la configuration d'origine est alors prise en compte dans le réglage initial...

Les constructeurs n'ont pas à prévoir un système d'intercooler "évolutif".

A mon avis la raison principale reste le fait que le turbo est ainsi "auto-protégé" par sa pression de sortie, la presion en entrée de collecteur ne pouvant en aucun cas lui être supérieure.
.
Francky
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Message non lu par Francky »

C'est clair, ça protège aussi le turbo de tout emballement.
Imaginez si une durite claque: pression atmo à l'admission, turbo au taquet...durera pas longtems à ce rythme.
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Message non lu par Guy f5ibv »

Francky a écrit :C'est clair, ça protège aussi le turbo de tout emballement.
Imaginez si une durite claque: pression atmo à l'admission, turbo au taquet...durera pas longtems à ce rythme.
Bonsoir,

Je remplace mon turbo en ce moment... Je viens de lire avec intérêt ce qu'il y a d'écrit.

Pour ce qui est de la dernière intervention, la pression atmosphérique à l'admission du turbo, c'est à peu près ce que l'on a, aux pertes de charges prêt du aux durites, aux coudes et au filtre à air. De mon propre avis, le plus grand danger est la perte d'une durite en sortie de turbo (donc à Pa + P de réglage) car effectivement, il n'y a plus de contre pression, la pression au niveau de la prise de pression de la soupape régulatrice (wastergate) est égale à Pa et la perte de puissance ressentie provoque de la part du conducteur l'appui sur la pédale de droite :D et là le turbo a effectivement une charge importante. Toutefois, cette charge reste modérée car le volume d'air arrivant dans les cylindres est condidérablement diminué.

@+ Guy

Ah oui, je ne suis pas mécano :) donc, je peux me tromper !
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The Pater
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Message non lu par The Pater »

Guy f5ibv a écrit : Ah oui, je ne suis pas mécano :) donc, je peux me tromper !
Non tu ne te trompes pas.

Si le moteur n'est plus suralimenté à cause de la détérioration d'une durite entre le turbo et l'admission, le moteur n'enverra pas assez de débit d'air chaud pour entraîner le turbo au "taquet" (qu'est ce que le taquet d'ailleurs ;) )

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Normand 1400
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Message non lu par Normand 1400 »

Je me suis posé aussi cette question sous une autre forme, à savoir déterminer l'état d'encrassement de l'intercooler en mesurant la perte de charge entre la westgate et la chambre de tranquillisation.

En effet, on peut prendre la pression dans cette chambre via un orifice obturé d'origine par une simple vis.

J'ai fait quelques mesures, mais ayant un appareil de mesure merdique, je n'ai rien trouvé de significatif.

Quelqu'un a-t-il pu faire mieux que moi et conclure quelque chose de valable?

Vous allez sans doute me dire qu'il y a plus simple : il suffit de nettoyer l'interccoler à la fréquence prévue par le contructeur! :lol:
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Mauresque
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Message non lu par Mauresque »

Normand 1400 a écrit :En effet, on peut prendre la pression dans cette chambre via un orifice obturé d'origine par une simple vis.
Oui sur le 300TDI c'est effectivement possible.

Je crois que Paxx.30 l'a fait, et qu'il n'a pas noté de différences notoires.

Par contre si l'on prend la pression directement sur la pipe d'admission, ne s'expose-t-on pas à voir la mesure faussée par la dépression due à l'ouverture des soupapes ?
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def130
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Message non lu par def130 »

Normand 1400 a écrit :
Vous allez sans doute me dire qu'il y a plus simple : il suffit de nettoyer l'interccoler à la fréquence prévue par le contructeur! :lol:
'soir a tous :sm9:

une petite question toute bete c'est quoi la frequence pour un 300tdi :?:
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Mauresque
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Message non lu par Mauresque »

Tout dépend de l'état de ta segmentation, de ton turbo, de ton condenseur de vapeurs d'huile... perso que depuis que j'ai viré tout le merdier de recyclage des vapeurs d'huile je ne nettoye plus mon interco ;)
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torero
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Message non lu par torero »

Mauresque a écrit :
Normand 1400 a écrit :En effet, on peut prendre la pression dans cette chambre via un orifice obturé d'origine par une simple vis.
Oui sur le 300TDI c'est effectivement possible.

Je crois que Paxx.30 l'a fait, et qu'il n'a pas noté de différences notoires.

Par contre si l'on prend la pression directement sur la pipe d'admission, ne s'expose-t-on pas à voir la mesure faussée par la dépression due à l'ouverture des soupapes ?
Salut!

J'ai ça sur mon td5 depuis que j'ai viré l'EGR, ça fonctionne très bien.Le turbo est régulé par la pression prise sur le collecteur d'admission, et mon mano de turbo est branché sur le piquage d'origine sur la durite en sortie de turbo.
A l'époque j'avais remarquer que le turbo soufflait 1,5 psi plus fort qu'avant pour compenser les pertes duent à l'échangeur.
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def130
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Message non lu par def130 »

Mauresque a écrit :Tout dépend de l'état de ta segmentation, de ton turbo, de ton condenseur de vapeurs d'huile... perso que depuis que j'ai viré tout le merdier de recyclage des vapeurs d'huile je ne nettoye plus mon interco ;)
re'

le moteur a été refait entierement (turbo compris) il a maintenant 30000 kms mais l'intercooler lui a 150000 kms et n'a jamais etait nettoyé
alors a votre avis nettoyage ou pas :?: :roll:
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Mauresque
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Message non lu par Mauresque »

Ca me semble obligatoire !
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Message non lu par def130 »

ok merci :sm28:
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Normand 1400
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Message non lu par Normand 1400 »

Mau,

tu dis
Par contre si l'on prend la pression directement sur la pipe d'admission, ne s'expose-t-on pas à voir la mesure faussée par la dépression due à l'ouverture des soupapes ?
Là, ça va devenir de la branlette fondamentale...

Si mes [lointains] souvenirs d'aéraulique générale sont bons :| , la veine d'air est animée d'un mouvement vibratoire qui va dépendre du régime moteur.

En théorie, plus la chambre de tranquillisation est grande et plus ce mouvement est amorti. Mais sur les 300 Tdi comme le mien, cette chambre tient plus de la chambre de bonne que du hall de gare...

Donc ça doit pulser "pas mal".

Mais il ne semble pas idiot de penser que l'inertie du dispositif de régulation va faire que le système va lui même se stabiliser autour de la moyenne. Donc ça devrait fonctionner.

En revanche, et je suis d'accord avec le raisonnement du Pater, il est très probable que le constructeur ait tenu compte des pertes de charge dues à l'intercooler pour déterminer la pression de suralimentation à maintenir dans un point donné du circuit (le plus commode d'accès tant qu'à faire). Le tout est donc de faire que ces pertes de charge n'augmentent pas. D'où l'importance du nettoyage du radiateur de refroidissement de l'air d'admission (dont la préconisation est, si ma doc est bonne, tous les 80 000 km).

Torero, tu nous apportes une indication que je n'avais pas pu obtenir, compte tenu de la précision de mon mano : 1,5 Psi (soit 0,10 bar) de perte de charge, c'est très faible. Il faudrait savoir comment elle évolue au fil des kilomètres avec l'encrassement de l'intercooler. Mais il faudrait deux manos... :roll:

Et sur ton Td5, le calculateur va prendre en compte toutes les fluctutations alors que sur le mien, les membranes, ressorts et frottements vont faire que...

Sans parler des variations de la pression atmosphérique, prises en compte sur le Td5 mais royalement ignorées sur une injection mécanique... :)
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Message non lu par Mauresque »

Normand 1400 a écrit :Mais il ne semble pas idiot de penser que l'inertie du dispositif de régulation va faire que le système va lui même se stabiliser autour de la moyenne. Donc ça devrait fonctionner.
Tu as certainement raison, je crois que sur les 2,5 VM notamment la pression est prise sur le collecteur d'admission. Mais si un motoriste traine dans les parages j'aimerais avoir son avis sur la chose ;)
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Normand 1400
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Message non lu par Normand 1400 »

Après quelques hésitations, je profite de ce thème pour évoquer un sujet qui me turlupine depuis longtemps et pour lequel je souhaiterais recueillir des avis éclairés...

J’en vois déjà qui, frémissant à la pensée de ce qui va suivre, s’enfilent un tube d’Aspirine complet! :lol:

Mais je reste persuadé que je ne suis pas le seul esprit tordu à s’être posé cette question... :wink:

Il se situe au carrefour entre le présent thème, l’optimisation d’un Diesel à la sauce Rory, la panne turbo évoquée par Graart dans son post sur sa panne de turbo de Td5 (dommage qu’il ne nous ai pas tenus informés de la suite des opérations, cela aurait aidé) et le sujet des capteurs du Td5 “inutiles” abordé sur Landmania, notament par Torero.

Ce sujet est celui de la compensation de l’altitude.

Je précise tout de suite que, pour une fois, je n’ai pas d’expérience directe de la chose : je ne circule en effet que très occasionnellement en haute montagne. Mais si tel avait été le cas, je serais passé aux actes depuis belle lurette!

Le problème se présente comme suit :

la pression atmosphérique, qu’on l’exprime en milliètres de mercure, en millibars, en hectopascal ou Dieu sait quoi d’autre, n’est que le poids de la colonne d’air de 10 000 mètres de hauteur qui pèse sur nos modestes épaules. :shock:

Raisonnons en bars, c’est approximatif mais ça cause à tout le monde.

Mettons qu’on ait aujourd’hui une pression atmosphérique de 1 013 millibars an niveau de la mer.

A 1000 m, elle tombera à 899 mb

A 2000 m, elle vaudra 795 mb

A 3000 m, elle vaudra 701 mb

Et à 4000 m elle ne sera plus que de 616 millibars.

En fait, on a réinventé l’altimètre!

Donc, si je décide d’abandonner mes figures dans les galets de Normandie pour aller faire le zouave du côté du rocher de Bellevarde, la pression atmosphérique sur l’espace Killy aura baissé de 30% : de 1 013, elle est tombée à 701 mb.

Les effets de cette chute de pression sont très variables selon les moteurs. Ca dépend d’un paquet de facteurs : état du filtre à air, profil du circuit d’admission, mode d’alimentation en carburant (les carbus sont plus sensibles car la richesse du mélange carburé varie également), régime moteur... Il me semble me souvenir que du temps des bons vieux moteurs à carbu, sans bidouiller les gicleurs, on perdait environ 30% de puissance par tranche de 1000 m au dessus de 800 mètres d’altitude.

Les utilisateurs de V8 devraient confirmer...

Les effets sont moindres pour les Diesel atmo qui fonctionnent avec un excès d’air, ce qui leur donne un peu de marge quand la pression absolue baisse. Mais je n’ai plus les ordres de grandeur en tête.

Enfin, le cas des moteurs turbo est plus intéressant.

Comme le montrent les coupes ci dessus, la régulation de pression ne porte, par construction, que sur la pression relative : quand la pression dans le collecteur d’admission s’élève, elle finit par ouvrir, une fois un vulgaire ressort comprimé, une soupape de dérivation des gaz d’échappement. Par conséquent, qu’on soit au niveau de la mer, au col de l’Iseran ou sur l’Altiplano, le turbo parviendra toujours à élever d’un bar (si telle est la valeur de consigne) la pression régnant dans le collecteur d’admission. Il devra néanmoins fournir un effort supplémentaire en tournant un peu plus vite, d’où échauffement supplémentaire de l’air admis.

Si on reprend les pressions atmosphériques citées supra, la pression absolue qui règne en phase suralimentée dans le collecteur d’admission d’un moteur turbo vaut donc, en considérant que la suralimentation est tarée à un bar :

niveau de la mer : 1,013 + 1,000 soit 2,013 bars

1000 m : 0,899 + 1,000 soit 1,899 bars

2000 m : 0,795 + 1,000 soit 1,795 bars

3000 m : 0,701 + 1,000 soit 1,701 bars

4000 m : 0,616 + 1,000 soit 1,616 bars.

On note que la perte absolue de pression à 3000 m n’est plus que de 15%, soit moitié plus faible que pour notre moteur atmo. On retrouve ainsi un résultat connu, à savoir que les moteurs turbo “s’accrochent mieux à la charge” en montagne que les atmos.

Il est bien évident qu’en phase atmo, le moteur restera pénalisé. Sur un 300 Tdi comme le mien, cela se traduit par des panaches de fumée noire dans la gamme 800/1600 tours. A partir de 1600 tours, la situation s’améliore. Après, je dirais qu’il fume “un poil plus” qu’en plaine ; mais je ne me trimballe pas avec un opacimètre. Je mate au rétro, tout simplement...

Si, tel le Renard Bleu moyen :wink: , j’habitais en montagne, j’aurais augmenté la pression de suralimentation d’environ 20% tout en adaptant le réglage du système de gavage de la pompe d’injection pour qu’il ne tienne évidemment pas compte du surcroit de pression. Cette adaptation serait dérivée de la méthode Rory, mais avec les adaptations nécessaires (assouplissement du ressort de régulation et mise en butée plus rapide du système de commande du tiroir de régulation de la pompe).

En effet, dans ce cas, le but de la manip aurait été de ne pas perdre de puissance et non d’en gagner, ce qui, à mes yeux, change complètement les données du problème car ici, tous les réglages d’origine restent valables, ce qui n’est pas tout à fait le le cas quand on booste le moteur. Ce que j’évoque aujourd’hui, c’est donc simplement de permettre au moteur de retrouver tous ses moyens pour faire face à des circonstances (altitude, pourcentages de rampes à gravir) où l’effort qu’on lui demande en termes de couple et de puissance est beaucoup plus important.

En toute rigueur, il faudrait également recalculer l’intercooler pour conserver la même densité de l’air admis en dépit de l’élévation de pression, donc de température...

Ce que j’aurais fait si j’avais été montagnard!

Quant à la tenue des turbos, c’est une autre question. Je n’ai aucun détail sur le dimensionnement et les performances des Garett ou autres Airsearch équipant nos engins. Il me semble toutefois que les turbomachines actuelles ont la peau dure ; la tenue en fatigue des rotors et la qualité de leur équilibrage ainsi que les capacités de charge des paliers doivent pouvoir absorber sans difficulté l’accroissement des vitesses.

Mais si des Landistes ont déjà poussé leurs turbos à 1,2-1,3 bars, je suis preneur de leur expérience...

Passons maintenant aux moteurs récents.

En étudiant la doc du Td5 pour apporter ma petite pierre dans la discussion sur la panne de turbo, je suis resté sur ma faim. Le Td5 est-il, oui ou non, doté d’un système de correction de la pression de suralimentation intégrant les variations de la pression atmosphérique?

Apparemmment, il dispose pourtant de toute l’artillerie (métrologie et actuateurs) requise :
  1. un capteur de pression/température atmosphérique,
  2. un capteur de pression/température dans le collecteur d’admission,
  3. un système de régulation du turbo asservi électroniquement.
Même si le paramètre fondamental à gérer est la pression absolue dans le collecteur d’admission, il me semble logique d’avoir deux capteurs puisque les gammes de pression à mesurer sont différentes.

On imagine facilement ce que pourrait être le fonctionnement du système en haute montagne :
  1. en phase atmo, il y a un déficit d’air non compensable : le calculateur minore la quantité de combustible injecté et “surcale” légèrement la courbe d’avance. Dans le même temps, il recalcule le complément de pression que devra apporter le turbo dès le passage en phase suralimentée pour compenser la perte de pression absolue due à l’altitude et/ou aux conditions météo (on pourrait très bien imaginer que la valeur de référence mémorisée par le calculateur soit de l’ordre de 1 013 millibars pour la pression atmosphérique),
  2. en phase suralimentée, grâce à la compensation apportée par le turbo, le calculateur peut rétablir les paramètres normaux (volumes injectés et courbe d’avance) et maintenir rigoureusement contante la pression absolue régnant dans le collecteur d’admission (qui est le total pression atmo + pression turbo). Le moteur ne perd donc ni couple, ni puissance. Si on reprend mon exemple, à 3000 m, le turbo d’un Td5 devrait, à charge identique, délivrer 0,310 bars de plus qu’en plaine. Dit autrement, en plaine, le mano de Torero (qui n’enregistre en principe que des pressions relatives) devrait lui indiquer 1,000 bar alors qu’il indiquerait 1,310 bars à l’Iseran.
Les utilisateurs de Td5 équipés de manomètres leur donnant la pression turbo confirment-ils des variations de pression de suralimentation en fonction de l’altitude ou des conditions météo?

Si tel est le cas, il est donc risqué de considérer le capteur MAP comme inutile...

Si tel n’est pas le cas, c’est bien dommage : cela veut dire que toute cette quincaillerie bénéficie principalement à la gestion de l’EGR et qu’on est passé à côté d’un des avantages majeurs qu’aurait pu apporter l’électronique...

Affaire à suivre. :wink:
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