Voici un article sur les turbos, pas le montage, mais les différents turbos et leur fonctionnement.

Avant de commencer, une explication de la pression atmosphérique, absolu et relative :

La pression atmosphérique :
La pression atmosphérique ou appelée aussi pression barométrique est d'environ 1000 mbar environ. (1bar), c'est la pression que nous avons tous sur la tête.

La pression absolue :
La pression absolue sur les moteurs suralimentés correspond à la pression turbo ou compresseur plus la pression atmosphérique. C'est cette valeur que l’on retrouve parfois sur les documentations techniques et c'est pour cette raison que cela donne des valeurs très élevées (surpression turbo + pression atmosphérique).

La pression relative :
La pression relative correspond uniquement à la valeur de suralimentation, c'est à dire que l’on ne tient pas compte de la pression atmosphérique dans le calcul. C'est la valeur usuelle lorsqu'on parle de turbo ou de compresseur. (valeur de surpression)

Principe de fonctionnement du turbo :

Le principe du turbocompresseur, est de réutilisé l’énergie (cinétique) des gaz d’échappement, qui dans un moteur classique s’évacue en pur perte dans la ligne d’échappement.
Les gaz d'échappement passent dans la turbine, l'entraîne en rotation, ce qui fait tourner l'axe et par conséquent la roue de compresseur. En tournant, la roue de compresseur va, comme son nom l'indique, compresser l'air admis vers le moteur (air compressé donc). Voir photo ci-dessous :

axe sur lequel avec une roue de compresseur et une turbine.

Schéma du principe de fonctionnement :

Les gaz d'échappement passent dans une turbine d'échappement, qui compresse l'air d'admission grâce à la turbine d'admission.
L'air compressé est ensuite refroidi par un échangeur air/air ou air/eau, avant de rentrer dans l'admission du moteur.
La pression d'admission est régulée par le débit du turbo, grâce à une vanne de régulation appelé Waste-Gate.

Le turbo en vue éclatée :

traduction :
lubricating oil inlet = admission d'huile de graissage
turbine housing single scroll = turbine logeant le rouleau simple
ball bearing = roulement à billes
turbine wheel radial-flow turbine = la roue de turbine radial-coulent turbine
exhaust gas = gaz d'échappement
v-clamp = v-bride
bearing housing = logement des roulements
cooling water inlet = admission de l'eau de refroidissement
seal plate = plat de joint
compressor housing = logement de compresseur
compressor impeller = roue à aubes de compresseur
compressed air = air comprimé
 

Le moteur ainsi aidé a "respiré", pourra en conséquence accepter une quantité d’essence supplémentaire directement en rapport avec le gain en air apporté par le turbocompresseur, et donc augmenter sa puissance.

Comment lire un turbo :

Un turbo a de nombreuses variantes qui influent directement sur son comportement et donc, sur la future puissance et la future fiabilité de votre préparation.

Ce qu'il faut savoir sur un turbo :
-son type
-sa roue de compresseur
-sa turbine -son AR turbine
-son A/R (on dit : A sur R) compresseur
-Waste-Gate (vanne de régulation) interne ou externe
-et toutes les options possibles etc. ...

A partir de là, l'on peut faire une estimation de son comportement et de ces différentes capacités.

1- les types

A quoi correspondent les types turbo ?

Les types indiquent juste le diamètre de la turbine, donc ils n'indiquent en aucun cas la puissance admissible du turbo.

les plus courants sont : les Garrett => t2-t3-t4 les kkk => k24-k26-k26-k29-k31-k03-k04-k05-k06

Mais il existe aussi d'autre marques telles que : IHI, Schwitzer, Holset, etc ...

Exemple avec le Garrett type T3 (turbine de 60mm). On trouve le T3 sur de nombreuses voitures :
-Golf turboD (70ch diesel)
-R21 turbo (170 à 200ch essence)
-Alpine A610 turbo (260ch essence)
-Ford Cosworth (+ de 300ch)

Comme on peut s'en douter, il n'y a pas qu'un seul T3. Les T3 ont une gamme de puissance admissible de 80ch à 525ch (sur moteur essence).

Exemple avec KKK type k24 On trouve le k24 sur :
-Golf turboD (oui encore !!! 70 ch diesel)
-Renault diesel (genre R25 turboD, etc ...)
-Audi s2 (220 à 230ch) -Audi rs2 (315ch)

Ici encore, même type mais pas le même turbo. Les k24 ont une gamme qui va de 80ch à 380ch.

En clair, "avoir un T3" pour un montage ne veut rien dire, un turbo c'est plus complexe que ça et vous allez comprendre pourquoi :

2- les A/R turbine

l'AR correspond à la distance entre le centre de la turbine et le centre de l'entrée du carter (en règle générale, c'est marqué sur le dit carter).

l'A/R influe directement sur le débit de la turbine.

Pour faire simple : les petits A/R permettent de charger tôt mais le turbo est bridé en puissance pure (en général, on trouve les petits AR principalement sur les moteurs diesel pour charger tôt ) Les petits AR donnent aussi une contre-pression plus importante à l'échappement. Cela favorise donc la charge à bas régime mais bride le moteur dans les tours.

Les gros A/R permettent un débit plus important mais le turbo charge plus tard, en contrepartie vous pouvez développer plus de chevaux dans les tours. En général, on trouve les A/R plus importants sur les moteurs de compétition ou sur les fortes cylindrées.

Maintenant vous savez que l'A/R turbine est une valeur très importante dans le choix de votre turbo.

Flow map de turbine, on remarque clairement que plus l'AR est faible, plus le débit est limité.

3- l'A/R compresseur

C'est la même chose que sur pour l'A/R turbine à la différence que l'A/R compresseur ne joue presque pas sur les performances de votre turbo. En gros ce n'est pas une info indispensable ...

4- les roues de compresseur

Partie importante du turbo ! Pour un type de turbo donné, il existe des dizaines de roues possibles (exemple : pour le t3, on en trouve plus de 30 )

Les roues diffèrent par :
-leur diamètre d'entrée
-leur diamètre de sortie
-l'inclinaisons des pales
-le nombre de pales
-le type de pale
-l'épaisseur de la roue

Pour connaître le type de roue dont vous avez besoin pour votre turbo, il existe les fiches dites "flow map" qui donnent les caractéristiques des roues de compresseur.

Sur ces fiches, on trouve le débit en fonction de la vitesse de rotation et le rendement en fonction de la pression.

En voici quelques une pour différentes roues de compresseur :

Différentes roues de compresseur

5- Les turbines

Concernant les turbines, c'est normalement plus simple car, dans la plupart des cas il n'existe que 2 modèles de turbine par type de turbo : celle dite "classique" et celle dite "gros débit".

6- Les bagues, paliers et autres roulements

En règle générale, la plupart des turbocompresseurs (env 99 %) sont montés sur bagues en bronze lubrifiées par un film d'huile sous pression.

Les roulements sont utilisés en compétition pour améliorer le temps de réponse (le "lag") et la vitesse maxi de rotation du turbo. Le principal problème des roulements réside dans le fait qu’ils ne doivent pas dépasser une température bien définie pour ne pas gripper à cause de la dilatation. C'est pour cette raison que tous les turbos sur roulement ont un refroidissement liquide.

Attention : tous les turbos refroidis par eau ne sont pas sur roulement.

Certains turbos (sur bague donc) sont à refroidissement liquide pour éviter la cokéfaction de l'huile (détérioration due à une température trop importante). En règle générale le refroidissement liquide est utile lorsque l'on coupe le moteur : la chaleur des carters se propage sur les paliers recouverts d'huile inerte (une fois le moteur éteint, l'huile ne circule plus) et cokéfie la dite huile.

 
On peut remarquer la différence de rapidité de charge entre bague et roulement :

    
Bagues en bronze et roulements

Petite précision : les bagues en bronze ont besoin de 3 à 5bars de pression d'huile (c'est le film d'huile entre l'axe et les bagues qui fiabilise le turbo). Par contre, 1.5bars maximum pour un turbo sur roulement (les roulements ont juste besoin d'être lubrifiés) d'où l'utilisation d'un réducteur de pression obligatoire !!!

7- Le trim

Le trim est une chose simple puisqu'il s'agit de la différence entre le diamètre d'entrée et celui de sortie de la roue de compresseur ou de la turbine.

Bon, je vois que ce n'est pas très clair !!!

Voici un exemple : Pour calculer le trim du compresseur, il faut diviser le petit diamètre (PD) au carré par le grand diamètre (GD) au carré

PD² / GD² = trim => 60²/82² = 3600/6724 = 0.534 d'où un trim de 54

En général, les roues de compresseur qui ont le meilleur rendement ont un trim entre 50 et 62.

Différentes turbines (c'est le diamètre de la turbine d'un turbo qui donne son type) :

Infos en vrac :

Les turbines des turbos pour moteur diesel sont les mêmes que sur les moteurs essence (c'est l'AR du carter turbine qui diffère).

On ne peut pas monter n'importe quelle roue de compresseur sur n’importe quelle turbine. Exemple sur un Garrett type T3 donc roue de turbine en diamètre 60mm : on pourrait croire que toutes les turbines t3 peuvent recevoir toutes les roues de compresseur que l’on trouve sur les type 3. Et bien non, le diamètre de la turbine est le même mais la longueur de l'axe et son diamètre diffèrent !!!

Lorsqu'il faut changer la roue de compresseur sur un turbo (pour une plus performante en toute logique), il faut usiner le carter afin qu'il puisse recevoir la nouvelle roue et monter le carter froid (escargot) qui correspond à la dite roue. En clair ce n'est pas simple !!!

De même lorsqu'on modifie un compresseur de turbo, il est bon de modifier la turbine et son carter en conséquence. Si l'on augmente le débit du compresseur mais que la turbine garde la même perméabilité, le turbo ne pourra pas monter en pression. Du coup les performances du moteur ne vont pas augmenter. Et oui : si les gaz d échappement ne sortent pas, l'air admit ne rentre pas.

C'est pour cette raison que la pression n’est pas forcément un gage de performance. Sur un même moteur, on peux obtenir 300 cv à 1 bar, mais en obtenir aussi 300 à 0,8bar en changeant le turbo ou en le modifiant.

Un re tarage de Waste-Gate, peut permettre une amélioration de la pression.

Un collecteur turbo bien conçu permet de gagner des chevaux sans augmenter la pression.

Vous comprenez maintenant que choisir son turbo est une chose très complexe et seul le travail, de nombreux tests et l'expérience vous guideront dans ce choix.

Montage d'un turbo sur notre 205 T16

JSO ... Gérard / Papyturbo

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