Quel est le rôle du turbocompresseur ?

L’énergie qui permet de faire tourner le moteur d’un véhicule automobile est fournie par un mélange d’air et de carburant qui entre en combustion.

L’air entre dans le moteur par l’effet d’aspiration créé par le déplacement de pistons. La pression de l’air est alors à peu près égale à la pression atmosphérique. A faible régime le remplissage du moteur par aspiration est optimal. Cependant, à une vitesse du moteur élevée, le remplissage par aspiration n’est plus suffisant. Ce manque d’air nuit à la combustion et dégrade le rendement du moteur.

Pour y remédier, à vitesse du moteur élevée il faut introduire l’air à une pression supérieure à la pression atmosphérique. Cela est réalisé grâce à un compresseur. On nomme « moteur suralimenté » un moteur qui fonctionne avec un compresseur, par opposition à un « moteur atmosphérique ».

Il existe trois types de compresseurs d’air :
–Les compresseurs volumétriques, qui sont actionnés par le mouvement rotatif du moteur.
–Les compresseurs centrifuges, plus communément dénommés « turbocompresseurs », qui sont actionnés par la pression des gaz d’échappement.
–Les compresseurs électriques, actionnés électriquement, qui sont une toute nouvelle technologie pas encore développée de série à la date d’aujourd’hui.

Les compresseurs que l’ont trouve généralement, à l’heure actuelle, sur les voitures de série sont les turbocompresseurs.

Comment fonctionne un turbocompresseur ?

Un turbocompresseur est composé d’un arbre avec une turbine à une extrémité et un compresseur à l’autre. La turbine utilise les gaz d’échappement pour entraîner le compresseur qui comprime l’air frais vers le moteur.

Dans la vidéo suivante on peut visualiser le fonctionnement du turbocompresseur :

 Comment fonctionne un turbocompresseur by Thomas Schwenke

Quelles sont les précautions d’utilisations à prendre pour assurer la longévité d’un turbocompresseur ?

Un turbocompresseur tourne à des vitesses très élevées. Il peut atteindre une vitesse de rotation d’environ 250 000 tr/min. A de telles vitesses de rotation, seule une correcte lubrification peut éviter qu’il ne grippe et ne surchauffe, et lui permettre ainsi de durer dans le temps. Pour comprendre les précautions à prendre, il faut savoir que la lubrification du turbocompresseur est réalisée par la pompe à huile et que cette dernière est mis en fonctionnement par le mouvement du moteur.

C’est pourquoi, au démarrage d’un moteur équipé d’un turbocompresseur, il faut laisser tourner le véhicule au régime de ralenti un petit moment pour ne pas solliciter immédiatement le turbo. Car, au démarrage, entre le moment où la pompe à huile entre en action et le moment où l’huile arrive effectivement jusqu’au turbocompresseur, il y a un délai de plusieurs secondes. Un délai qui s’allonge plus il fait froid, car la fluidité de l’huile est alors plus faible.

Au moment de couper le moteur, il faut aussi veiller à le laisser auparavant tourner un petit moment au régime de ralenti. Cela laisse le temps à l’huile de dissiper les calories accumulés au niveau du turbo. De plus juste après avoir été sollicité , le turbocompresseur continu un petit moment de tourner à vitesse importante par effet d’inertie. Si l’on coupe le moteur, et donc la pompe à huile, immédiatement après avoir sollicité le turbocompresseur, le turbo va continuer à tourner un moment à une vitesse importante alors qu’il n’est plus lubrifié.

C’est aussi à cause de ces contraintes élevées de lubrifications, que pour les moteurs dotés d’un turbocompresseur, les constructeurs prévoient une huile plus fluide que pour les moteurs atmosphériques. Pour assurer la longévité du turbocompresseur, il faut donc aussi veiller à ce que les préconisations constructeurs concernant les intervalles de vidange et la norme de l’huile à utiliser soient bien respectées.

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Quels sont les différents rôles du liquide de refroidissement ?

Le liquide de refroidissement à quatre rôles principaux :
• Il refroidit le moteur en transportant la chaleur du moteur vers le radiateur de refroidissement.
• Il prévient le gel qui pourrait endommager le moteur ainsi que les pièces connexes, grâce à un point de congélation beaucoup plus bas que l’eau.
• Il prévient les débordements du circuit de refroidissement causé par le bouillonnement, grâce à un point d’ébullition beaucoup plus élevé que l’eau.
• Il protège les diverses pièces du système de refroidissement contre la rouille et la formation de dépôts à l’intérieur des canalisations grâce à ses inhibiteurs de corrosion.

Le liquide de refroidissement joue encore d’autres rôles secondaires, comme celui d’assurer plus rapidement l’efficacité du système de chauffage de l’habitacle en hiver.

Quels sont les différentes technologies de liquide de refroidissement et leur durée de vie ?

Le liquide de refroidissement est composé de 50 à 70 % d’eau, et de 30 à 50 % de glycol (éthylène ou propylène). C’est le glycol qui joue le rôle d’antigel et qui retarde le point d’ébullition. Plusieurs additifs sont enfin rajoutés, qui jouent eux le rôle d’antirouille.

En fonction des inhibiteurs de rouille utilisés, on différencie plusieurs gammes de liquide de refroidissement :
• La première technologie apparue est constituée d’inhibiteurs de corrosion minéraux (phosphate, silicate, etc.). Cette gamme est dite IAT (Inorganic Acid Technology). La durée de vie de ce liquide de refroidissement est de 2 ans ou 50 000 km. Son utilisation est aujourd’hui dépassée par rapport aux exigences des moteurs actuels.
• Dès les années 1980, en Europe, apparait une gamme constituée d’aditifs organiques (sébacate, acide bi-éthylhexanoïque, etc.). Cette gamme est dite OAT (Organic Acid Technology). Elle présente divers avantage, dont une durée de vie plus longue. Mais son usage peut être néfaste pour les radiateurs des voitures anciennes, en cuivre ou laiton. La durée de vie de ce liquide de refroidissement est de 5 ans ou 250.000 km. Certains OAT récents dit de grande longévité (LLC, ELC/XLC) sont annoncés avec une durée plus longue encore.
• Dans les années 2000, apparait une gamme de liquides hybrides, dite HOAT (Hybrid Organic Acid Technology), commercialisée sous la désignation GO-5. Il s’agit d’un mélange d’IAT et d’OAT. Ces liquides sont censés présenter les avantages combinés des deux technologies. Leur durée de vie est de 5 ans ou 250.000 km, parfois plus dans le cas de HOAT dit de grande longévité.

Les couleurs permettent-elles de différencier les différentes technologies de liquide de refroidissement ?

Il est une croyance répandue qu’il est possible de déterminer le type d’antigel en considérant uniquement sa couleur. Le liquide de refroidissement n’a aucune couleur. Dans le but de faciliter la détection de fuites ou pour donner une personnalité distincte à leur produit, les fabricants rajoutent des colorants.

A l’origine, quand seul existait les IAT, le vert était la couleur privilégiée. Puis les premiers OAT introduits étaient rouge ou orange. Quelques constructeurs automobiles se sont mis à prescrire leur propre gamme de liquide de refroidissement avec une couleur spécifique : le jaune pour Renault, le bleu pour Volkswagen, etc. A ce moment là, la différenciation de couleur avait effectivement encore un sens. Mais avec la multiplication des types de liquides de refroidissement, la différenciation des gammes par couleur a perdu toute réalité. Aujourd’hui, des OAT et HOAT peuvent être de couleurs identiques (jaune par exemple), on trouve des IAT d’autres couleurs que le vert et des OAT et HOAT de couleur verte.

Quelle compatibilité de mélange entre ces différentes technologies ?

La compatibilité de mélange de ces différentes gammes de liquide de refroidissement était à l’origine sujette à polémique. Certains jugeaient que les mélanges pouvaient parfois s’avérer problématique, notamment entre OAT et IAT. Mais actuellement la plupart des liquides de refroidissement, qu’ils soient de type OAT ou HOAT, sont qualifiés par les fabricants d’« universel ». Mais si le mélange de ces formules dites universelles avec une formule IAT est possible, elle n’est pas conseillée, car la longévité des inhibiteurs de corrosion du mélange sera ramenée à celle plus courte de la formule IAT et l’intervalle de vidange devra donc être raccourci.

Quelle détérioration subie le liquide de refroidissement avec le temps ?

On trouve dans le commerce spécialisé dans la mécanique et dans beaucoup de garages des pèses-antigel ou des réfractomètres pour glycol. Beaucoup pensent que ce sont des outils qui conviennent pour mesurer la détérioration subie par le liquide de refroidissement. En réalité ce qui se détériore de façon réellement notable dans le liquide de refroidissement d’une automobile ce n’est pas le glycol mais les inhibiteurs de corrosion. C’est donc principalement pour préserver le rôle anti corrosion du liquide de refroidissement qu’il est nécessaire de remplacer celui-ci régulièrement. Et c’est pourquoi il convient de ne pas se baser sur les outils précédemment mentionnés pour déterminer le moment de remplacement du liquide de refroidissement mais sur les échéances prévues par les fabricants.

Dans quelle mesure il est important de préserver le rôle anti corrosion du liquide de refroidissement ?

Lorsque les additifs anticorrosion sont épuisés, la corrosion s’attaque aux pièces métalliques laissées sans protection. La corrosion peut provoquer une diminution des capacités de refroidissement du système : évolution des transferts de chaleur avec l’évolution de la surface des métaux, réduction des diamètres des conduits provoquée par des dépôts de corrosion, endommagement de la pompe à eau, des radiateurs, etc. Cette corrosion provoque directement, ainsi que par l’intermédiaire du réchauffement du système qu’elle peut engendrer, des dommages au bloc moteur, aux culasses, à la pompe à eau, aux radiateurs, etc. On peut donc affirmer que le remplacement périodique du liquide de refroidissement est indispensable pour contribuer à protéger efficacement les pièces du moteur et du système de refroidissement.

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Le joint de culasse c’est quoi ?

L’étanchéité entre le bas moteur et le haut moteur, plus spécifiquement entre le bloc moteur et la culasse, est assurée par un joint, le « joint de culasse ». Ce joint (en gris et rouge sur la photo ci-dessus) assure l’étanchéité entre le circuit de refroidissement, le circuit d’huile, les chambres de combustions, et chacun de ces éléments avec l’extérieur du moteur.

Dans la vidéo suivante on peut visualiser le bloc moteur, la culasse, le joint de culasse et l’assemblage entre eux de ces différents éléments :

Quel est le problème avec le joint de culasse ?  

Le joint de culasse peut se détériorer, c’est-à-dire perdre son étanchéité. La perte d’étanchéité peut se manifester de multiples façons en fonction de là où elle se localise. Il peut y avoir :

• passage d’huile dans le liquide de refroidissement et vice-versa.
• passage de liquide de refroidissement dans les chambres de combustion et de mélange gazeux en provenance des chambres de combustion dans le liquide de refroidissement.
• passage de mélange gazeux dans l’huile et d’huile dans les chambres de combustions.
• perte d’étanchéité entre chambres de combustions entre elles.
• perte d’étanchéité vers l’extérieur : fuite d’huile, etc.

Parfois on ne retrouve qu’un seul de ces symptômes, parfois ils peuvent se cumuler. Il n’y a donc pas toujours une même manifestation de la rupture du joint de culasse… Tout dépend des endroits où son étanchéité cède.

Pourquoi le joint de culasse perd son étanchéité ?

Le joint de culasse doit résister à des contraintes thermiques, mécaniques et chimiques importantes. La contrainte qui en général le fait céder, est la température élevée. Un manque de liquide de refroidissement, un ventilateur en panne, un radiateur de refroidissement entartré, etc., et le moteur va monter à des températures auxquelles le joint ne résistera pas.

Et la culasse ?

Le joint de culasse n’est pas la seule pièce sensible à une élévation anormale de la température du moteur. La culasse est conçue avec des matériaux qui ne supportent pas longtemps des températures du moteur anormalement élevées sans se déformer. Une déformation de la culasse sur sa surface en contact avec le joint, pourra également avoir comme résultat une perte d’étanchéité à cet endroit. C’est pourquoi, lorsqu’un joint de culasse cède, on doit vérifier la planéité de cette surface de la culasse. La planéité est l’absence d’inégalité de niveau, de courbures. Mais au-delà d’une simple déformation de la planéité de sa surface en contact avec le joint, la culasse peut aussi se fendre, avec là aussi comme résultat une perte d’étanchéité. Une fissure n’est souvent pas visible à l’œil nu. L’opération de contrôle qui s’assure de l’absence de fissure s’appelle une épreuve. Sur une culasse il y a divers obturateurs de liquide de refroidissement. L’épreuve permet aussi de vérifier leur bon état, toujours dans le contrôle d’une étanchéité sans faille.

Lorsque la culasse a souffert, il est parfois possible de rectifier la déformation en effectuant un surfaçage. Le surfaçage consiste en un enlèvement de matière, afin de rendre son intégrité à la surface de la culasse en contact avec le joint. Si le constructeur indique qu’une culasse ne doit pas être rectifiée, ou bien si la rectification nécessite un enlèvement de matière qui dépasse les valeurs maximales qu’il autorise, alors le remplacement entier de la culasse est nécessaire.

Quels sont les symptômes les plus distinctifs d’une perte d’étanchéité du joint de culasse ?

•Le niveau de liquide de refroidissement ou d’huile baisse rapidement et de façon inexpliquée.
•Le voyant de température moteur passe au rouge.
•L’huile du moteur est blanche (mélange d’huile et de liquide de refroidissement).
•A l’échappement, une épaisse fumée blanche (liquide de refroidissement dans la chambre de combustion) ou bleue (huile dans la chambre de combustion).
•Moteur chaud, les durites de liquides de refroidissement deviennent dures (mélange gazeux provenant des chambres de combustions et sous pression qui passe dans le circuit de refroidissement).

Voilà quelques exemples de symptômes d’une rupture du joint de culasse. Il y en a beaucoup d’autres. Mais en cas de rupture du joint de culasse chacun de ces symptômes ne se manifestera pas obligatoirement. Encore une fois, cela dépendra de la localisation de la rupture. De plus, ces symptômes ne signifient pas forcément à chaque fois une rupture du joint de culasse, des causes différentes peuvent provoquer des symptômes identiques. C’est pourquoi diagnostiquer une rupture du joint de culasse n’est pas toujours évident. L’expérience est bien sûr nécessaire. Mais des outils appropriés facilitent aussi le diagnostic.

Nous disposons par exemple pour le diagnostic d’un moyen de déceler la présence de C02 dans le liquide de refroidissement. Le C02 est le résultat de la combustion du mélange air-carburant dans le moteur. Et sa présence dans le liquide de refroidissement est le résultat d’une perte d’étanchéité entre les chambres de combustions et le circuit de refroidissement. Nous disposons aussi d’un moyen de déceler dans l’huile moteur la présence de glycol, une substance chimique spécifique au liquide de refroidissement. Une présence qui signifie alors une perte d’étanchéité entre les circuits d’huile et de liquide de refroidissement. Ces tests peuvent aider à déceler et confirmer très tôt un joint de culasse, au moment des premiers soupçons, avant que les symptômes ne deviennent flagrants et que les dégâts aient pu s’étendre à la culasse elle-même.  Ils peuvent aussi être pour le possesseur de la voiture examinée une assurance que le diagnostic établi est le bon.

 Quelles sont les conséquences pour le fonctionnement de la voiture de la perte d’étanchéité du joint de culasse ?

•Une perte d’étanchéité au niveau des chambres de combustion se manifestera par une perte de puissance du moteur.
•Une perte d’étanchéité au niveau du circuit d’huile se traduira par une diminution des capacités de lubrifications du moteur, avec les risques de casse moteur qui vont de pair.
•Une perte d’étanchéité au niveau du circuit de refroidissement se manifestera par une perte des capacités de refroidissement du moteur, avec les risques de détérioration moteur qui vont avec.
•Le passage du mélange gazeux en provenance de la chambre de combustion vers le liquide de refroidissement repoussera peu à peu le liquide de refroidissement de la culasse et la culasse, qui ne sera plus refroidie, chauffera de plus en plus au risque de subir de gros dommages.
•Si à l’inverse le liquide de refroidissement passe dans les chambres de combustions, la résistance qu’opposera au mouvement des pistons ce liquide, qui n’est pas compressible, pourra tordre les bielles (les bras des pistons).

Voilà certainement les conséquences les plus problématiques d’une rupture d’un joint de culasse…

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A quoi ça sert?

La courroie de distribution permet de transmettre le mouvement d’un arbre moteur, le vilebrequin, à un autre arbre moteur, l’arbre à cames. Cet entraînement est réglé de façon à synchroniser le mouvement des pistons avec celui des soupapes. La courroie de distribution entraîne aussi éventuellement la pompe à injection et la pompe à eau. Inventé en 1946, la courroie de distribution s’est imposée sur la distribution par chaîne ou par pignon, pour devenir le système le plus répandu. La courroie de distribution avait notamment comme avantage une moindre consommation d’énergie et une moindre émission de bruits. Mais ces dernières années, grâce notamment à certaines innovations techniques, la distribution par chaîne connait un renouveau et pourrait peut-être d’ici quelques années supplanter la distribution par courroie.

Pourquoi la changer?

L’inconvénient, par contre, de la courroie de distribution est qu’elle exige un entretien plus fréquent et plus scrupuleux.  Car la durée de vie de la courroie de distribution est généralement plus courte. Et, une rupture de la courroie de distribution entraîne des dommages dans le moteur qui peuvent être très importants. En effet, en cas de rupture de la courroie de distribution, soupapes et pistons qui passaient aux mêmes endroits mais pas aux mêmes moments, se rencontrent violemment du fait de la désynchronisation de l’arbre à cames et du vilebrequin.

Quand la changer?

Pour savoir quand changer une courroie de distribution il faut se référer à la date et au kilométrage de préconisation de remplacement du constructeur. Les contraintes subies par la courroie peuvent énormément varier selon les véhicules. Les préconisations peuvent donc être très différentes d’un véhicule à l’autre, y compris dans la même marque. Nous pouvons vous renseigner à ce sujet.

La courroie de distribution est hautement résistante et performante dans les limites de sa durée de vie. Mais parfois une détérioration et une rupture anticipée surviennent.  Si une rupture anticipée a lieu, cela est due à un autre élément défectueux, à un manque de suivi ou à la mauvaise pose de celle-ci : grippage du galet tendeur ou de la pompe à eau, fuites de carburant, d’huile ou de liquide de refroidissement sur la distribution et défaut de contrôle lors des révisions générales, mauvais réglage de la tension de la courroie lors de sa pose, etc.

La vidéo d’animation suivante illustre le rôle de la courroie de distribution dans le fonctionnement du moteur et le choc provoqué par la rupture de la courroie :

Le réglage de la tension?

Pour s’assurer de trouver le meilleur compromis en ce qui concerne la longévité de la courroie et les pertes d’énergie, les ingénieurs calculent, en fonction des spécificités de chaque moteur, la tension optimale à laquelle doit être tendue la courroie de distribution. Sur certains moteurs, pour mettre la courroie à la tension optimale, les constructeurs ont prévu des tendeurs automatiques. Le mécanicien n’a alors aucun réglage de tension à effectuer. Mais sur beaucoup de moteur, c’est le mécanicien qui, au moyen des galets tendeur, doit régler la courroie de distribution à la tension préconisée par le constructeur.

Toutes les personnes qui s’intéressent un peu au monde de la mécanique savent que la plupart des mécaniciens effectuent le réglage des courroies de distribution sans instruments de mesures de la tension. Ils se basent par exemple sur des « trucs » (comme celui dit « du quart de tour »). Si effectivement les personnes expérimentées arrivent sans instruments de vérification à tendre assez correctement les courroies de distribution, on reste malgré tout au mieux dans l’à peu près. Et une courroie tendue à peu près, cela peut signifier plusieurs milliers de kilomètres de perte de durée de vie. Vu les conséquences d’une rupture de la courroie de distribution pour le moteur, quelques mois de durée de vie en moins cela peut couter cher! C’est pourquoi, en ce qui nous concerne, même si nous savons comment doit être tendue « à peu près » une courroie, nous utilisons quand même systématiquement un outil mesurant la fréquence de la vibration des courroies, pour régler la tension exactement d’après les valeurs données par les constructeurs.

 Changer seulement la courroie?

Lors de l’entretien de la distribution, la courroie n’est pas la seule pièce d’usure à changer. Les galets tendeurs, et parfois les galets enrouleurs, doivent être changés en même temps que la courroie de distribution.

Il est à noter qu’en cas de changement de la courroie de distribution il convient de changer aussi la pompe à eau si celle-ci est entraînée par la distribution. Cela, même si la pompe à eau ne présente aucun dysfonctionnement. Car la durée de vie de celle-ci est également limitée, et son usure est précipitée par les manipulations liées au remplacement de la courroie qui fragilisent son roulement et son étanchéité. En cas de fuite de liquide de refroidissement sont à prévoir corrosion à court terme des poulies, galets, puis casse anticipée de la nouvelle courroie. Dans tous les cas, changer la pompe à eau ultérieurement nécessiterait de déposer à nouveau la courroie de distribution. Les manipulations liées à cette dépose fragiliseraient la nouvelle courroie de distribution. Étant donné le cout limité d’une pompe à eau, mais le travail important nécessaire à la dépose d’une courroie de distribution, et pour toutes les autres raisons énoncées précédemment, ne pas la changer en même temps que la courroie de distribution serait vraiment un mauvais calcul.

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