Comment fonctionne un turbo à geométrie variable sur un moteur tdi ?

Encore une innovation de la part du constructeur VAG . 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 démultiplier ensuite, afin de mouvoir toutes les belles Audi, à commencer par l’Audi A4 TDi, et finir d’équiper toute la gamme jusqu’en 1998.

Avantage du turbo à géométrie variable VTG !!!

Tout simplement « supprimer » le fameux « creux » ou « trou » à bas régime limitant des reprises vigoureuses , et l’absence de nervosité. Mais le turbo VTG permet également d’accroître la souplesse des moteurs TDi ainsi que le couple.

Il permet de rendre linéaire l’accélération et la montée en régime du moteur. Ainsi on n’aura plus l’impression de conduire un moteur pointu où toute la cavalerie arrive d’un seul coup.

Par ailleurs, compte tenu de sa technique et de son équilibre quasi parfait, il ne nécessite pas de surpression de suralimentation particulière afin d’obtenir de la puissance et du couple, ce qui le rend particulièrement économique pour un moteur turbo.

Le turbo VTG est la clef du succès sur les moteurs TDi…

Pourquoi avoir recours à la suralimentation ???

• Compensation de la diminution de la densité de l’air avec l’altitude. C’est le cas pour l’aviation et les courses de côte.
• Optimiser le remplissage des cylindres en approchant du 100%.
• Compenser une faible cylindrée.
• Solution fiscale !!!
• Augmenter le rendement du moteur.
• Augmenter l’agrément d’utilisation. Recherche du plaisir de conduite.

Les différents types de suralimentation.

• Compresseur CONSTANTIN (1947) dont mon père était ami de CONSTANTIN et René BONNET et a contribué à sa mise au point. C’est un compresseur volumétrique ROOTS (Mercedes, Lancia, etc…)
• Compresseur à spirale (VW Golf G 60 – Polo G 40 )
• Turbo compresseur simple (Renault, Lancia, Peugeot, Fiat, etc…)
• Turbo compresseur (VTG) (Audi, Mercedes, BMW, Renault, etc…)
• Bi Turbo compresseur (Maserati, Ferrari, Porche, etc…)

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 pression permettant ainsi un meilleur remplissage moteur. Le moteur respire donc mieux.

Schéma du circuit des flux gaz et air d’admission.

Sur l’image animée, on peut apercevoir les aubes variables se relever afin de diriger les flux d’échappement et faire ainsi prendre de la vitesse au compresseur par une canalisation optimale des gaz d’échappement. Cette technique assure de promptes reprises en accroissant le couple de manière conséquente. A noter que les ailettes fonctionnent pneumatiquement . L’axe principal accueillant la turbine et le compresseur est lubrifié en permanence compte tenu de la température engendrée et des rotations très élevées. Il n’est pas rare que la vitesse de rotation d’un turbo avoisine les 200.000 t/mn .

Aubes: Voici un turbo à géométrie variable VTG en animation. On voit bien les aubes orienter les flux d’échappement en direction de la turbine afin de faire prendre à celle-ci une vitesse instantanée et vigoureuse de rotation à la moindre sollicitation sur l’accélérateur, réduisant par voie de conséquence le temps de réponse et supprimant le fameux « trou » à l’accélération.

Animation des ailettes d’un turbo à géometrie variable monté sur les moteurs TDI Audi et VW – VTG

A noter que le modèle de turbo compresseur monté sur les TDI 130 Cv – 150 Cv du groupe VAG est de référence Garrett GT1749V. Par ailleurs, les moteurs turbo essence ne peuvent utiliser des turbo compresseur à géométrie variable de type VTG à cause des trop hautes températures engendrées. Les températures développées par les moteurs turbo diesel sont nettement inférieures aux moteurs turbo essence.

Turbo Garett

Ci-dessus l’axe de l’hélice du turbo et à son opposé celle du compresseur. Sa composition est en titane.

Turbine: Elle est actionnée par les gaz d’échappement.

Ailettes de turbine ou Aubes variables: Les aubes se réorientent en fonction de la pression sur l’accélérateur. Grâce à leurs orientations instantanées en fonction de la pression sur l’accélérateur, ces dernières évitent le fameux temps de réponse. Elles canalisent promptement les flux d’échappement dans la turbine.

En sortant des cylindres, les gaz d’échappement vont être dirigés vers la tuyère du turbo. Celle-ci est en forme d’escargot dont le diamètre du conduit se réduit progressivement. Le but étant de concentrer progressivement le débit des gaz vers les aubes.

Les gaz vont donc traverser les aubes et venir buter sur les pales de la turbine d’échappement et la faire tourner. La forme de cette dernière permet de recevoir les gaz et de les évacuer perpendiculairement à leur sens d’arrivée en direction du pot d’échappement.

Suivant leurs inclinaisons, les aubes vont modifier la section de passage des gaz. Souvenez-vous du tuyau d’arrosage !

Là aussi, un schéma sera bien plus explicite :

Schéma : Source VAG Eng

Dans le schéma de gauche, l’angle est très fermé. Les gaz vont passer dans un conduit réduit et vont donc être canalisés puissamment vers les pales de la turbine d’échappement.

Dans celui de droite, l’angle est assez ouvert. Les gaz passent dans un conduit plus large avant de frapper les pales.

À bas régime, les aubes sont dans la position du schéma de gauche. Malgré le faible débit des gaz sortant du moteur, le « jet » de gaz est déjà puissant. Ceci a pour effet d’offrir une vitesse de rotation suffisamment élevée pour que de son côté le compresseur assure un gavage du moteur quasi instantané et ce, à la moindre sollicitation de la pédale d’accélérateur.

Le moteur quant à lui ne prend pas pour autant des tours/min puisque c’est la quantité de carburant qui pilote tout (le diesel fonctionne en excès d’air).

À la différence des turbos « classiques », la moindre sollicitation de l’accélérateur à bas régime est immédiatement traduit par un gavage des cylindres

À haut régime, les aubes sont dans la position du schéma de droite. Le débit général des gaz est suffisamment puissant pour entraîner la turbine à la vitesse nécessaire de gavage. Il n’est donc pas utile d’augmenter la pression par une fermeture d’angle des aubes.

En fait, il est heureux que l’angle puisse s’ouvrir car, dans le cas contraire, on se retrouverait rapidement avec une surpression terrible dans le conduit d’admission.

Problèmes rencontrés sur ce genre de turbo :

Contrairement à ce que l’on pourrait penser, ils ne sont pas si nombreux que cela et sont assez précisément ciblés.

En premier lieu, si l’on prend la précaution de ne pas solliciter le turbo lorsque le moteur est froid, les paliers du turbo seront toujours correctement lubrifiés. Dans le cas contraire, l’huile n’aura pas le temps de monter aux paliers d’un turbo inutilement sollicité.

C’est la raison pour laquelle le constructeur demande de mettre une huile plus fluide par rapport aux diesels sans Turbo.

De la même manière, si on prend soin de ne pas couper le moteur après une phase de haut régime moteur, le turbo ne continuera pas à tourner rapidement sans lubrification.

En adoptant ces principes, il y a de fortes chances que le turbo ait une durée de vie équivalente à celle du véhicule. Bien évidemment, tout cela suppose aussi l’utilisation de l’huile moteur préconisée mais çà, j’imagine que tout le monde est sensibilisé à ce respect.

Le problème récurrent se situe dans l’encrassement du mécanisme de rotation des aubes. La suie mêlée aux gaz d’échappement peut, en effet au fil du temps, se cokéfier, former une calamine et bloquer les aubes, le plateau d’entraînement ou les différentes articulations afférentes.

Il s’ensuit, si les aubes sont coincées en position « ouvertes », un manque de puissance à bas régime (les aubes ne se ferment plus et il est impossible d’avoir ce fameux « jet »).

Si elles se coincent en position « fermées », la pression sera donc très importante à haut régime et dépassera la valeur admissible par le moteur. Le calculateur sera informé de cette surpression via le capteur de pression de suralimentation G71 et ordonnera alors une mise en « sécurité » du moteur (limitation du débit d’injection du carburant à une valeur par défaut déterminée à l’avance). Vous conduirez alors un veau dépassant péniblement les 3000 trs/mn.

Vous retrouverez la puissance dès lors que vous aurez stoppé le moteur quelques secondes puis redémarré. En effet, couper le contact équivaut à faire une remise à zéro (ou « reset ») du défaut ; Le moteur prend de nouveau les tours jusqu’à que vous arriviez à nouveau en surpression. Là, rebelote : signal du capteur de pression de suralimentation, calculateur, position « sécurité ».

Je le précise de suite : Ces phénomènes ne sont pas aussi radicaux. Les aubes peuvent aussi se coincer dans une position intermédiaire. Il peut arriver également que la calamine, pas encore totalement fixée, vienne seulement perturber de manière aléatoire le système de géométrie variable.

Quoiqu’il en soit, le problème se situe là.

Quelles en sont les causes ?

Et bien elles sont diverses :

• moteur utilisé trop souvent à bas régime : Le système de géométrie ne bouge pas suffisamment sur sa plage de mouvement possible, la calamine

s’installe plus facilement. (C’est comme le corps humain : Même en vieillissant, il faut le bouger sinon il rouille et se raidit).

• Avance incorrecte : le moteur dégage en permanence trop de fumées, la vanne EGR est contrainte d’en absorber excessivement lorsqu’elle est ouverte
• Système EGR défaillant : le moteur absorbe –et donc rejette – trop de fumées.

Il existe probablement d’autres causes possibles mais celles que je viens d’énoncer figurent parmi les plus courantes.

Si certains parmi vous ont connaissance d’autres causes avérées, qu’ils s’expriment sans retenue.

Qui commande la géométrie variable ?

En premier lieu, nous trouvons le calculateur puis l’électrovanne de pression de suralimentation N 75 et enfin la vanne de pression de suralimentation.

L’électrovanne reçoit un signal électrique en provenance du calculateur. Suivant ce signal, elle régule en conséquence la quantité d’air aspirée par la pompe à vide.

Cette électrovanne est reliée à la vanne de pression de suralimentation par une durite dans laquelle circule donc de l’air aspiré.

Le fonctionnement de cette vanne est assez simple.

PREMIERE GENERATION DE TURBO A GEOMETRIE A COMMANDE PNEUMATIQUE