Suralimenté!
LES VÉHICULES SURALIMENTÉS
DE GM

figure 1

figure 2

figure 3


figure 4

figure 5


figure 6
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Les dispositifs destinés à alimenter le moteur en air à des pressions plus élevées que la pression atmosphérique sont répartis en deux principaux groupes -- à commande mécanique (compresseurs volumétriques) et à commande par gaz d'échappement (turbocompresseurs). De par le passé, les moteurs suralimentés de GM comportaient le compresseur volumétrique de type hélicoïdal Roots fabriqué par la société Eaton Corporation (fig. 1).
Courants
Ecotec L4 (fig. 2)
ION Red Line de Saturn
Cobalt SS suralimenté de Chevrolet
Northstar V8 (fig. 3)
Cadillac STS-V
Cadillac XLR-V
3.8L V6
Grand Prix de Pontiac
Non courants
Bonneville de Pontiac
Park Avenue Ultra de Buick
Regal GS de Buick
Riviera de Buick
POURQUOI LA SURALIMENTATION?
Le volume de débit d'air -- Un moteur à combustion interne fonctionne comme une pompe à air. Le moteur aspire de l'air au moment de la course d'admission et le fait sortir après la combustion, au moment de la course d'échappement. On appelle «débit d'air» la quantité d'air pompée dans le moteur et on peut la mesurer en tant que volume.
La pression -- Dans un moteur à aspiration atmosphérique (non suralimenté), le débit d'air dépend de la pression atmosphérique qui remplit le vide partiel créé lorsque chaque piston se déplace vers le bas lors de sa course d'admission.
La température -- L'air plus froid donne lieu à plus d'oxygène dans un certain volume d'air (la densité) et celui-ci constitue également un facteur clé de la prévention de la détonation et du besoin de retard à l'allumage en découlant.
La masse par volume (la densité) -- L'air plus froid est plus dense que l'air plus chaud, et comporte plus d'oxygène dans un volume d'air donné. L'oxygène contribue à la quantité de carburant pouvant être consommée par un moteur et, ainsi, à la puissance que peut développer le moteur. Lorsqu'il est chauffé par la combustion, l'air plus dense se dilate davantage que l'air plus chaud et moins dense, ce qui contribue à une plus grande pression des cylindres.
Ajout d'un compresseur volumétrique
La pression -- La compression accroît la puissance du moteur en forçant de l'air supplémentaire dans le moteur. Le refroidisseur d'air de suralimentation refroidit l'air après que celui-ci a été comprimé. L'air dense supplémentaire (comprimé et refroidi), mélangé correctement au carburant, produit la puissance supplémentaire.
Débit de carburant -- Le niveau de puissance qu'un moteur peut développer est proportionnel à la quantité de carburant consommée. Le carburant et l'air doivent être mélangés dans la proportion appropriée et, ainsi, si le débit d'air et le débit de carburant sont plus importants, une plus grande puissance peut être générée.
COMMENT LE COMPRESSEUR VOLUMÉTRIQUE FONCTIONNE-T-IL?
Le compresseur volumétrique transfère davantage d'air dans la tubulure d'admission (de suralimentation) que le moteur pourrait pomper de lui-même. Ainsi, une plus grande puissance peut être créée que serait le cas dans un moteur à aspiration atmosphérique comparable.
La courroie d'entraînement du compresseur volumétrique est reliée directement au vilebrequin et celle-ci permet l'alimentation d'un débit d'air linéaire, ce qui signifie que le compresseur volumétrique déplace essentiellement le même volume d'air à chaque révolution du rotor, sans égard au régime du moteur. Cela fait augmenter le couple du moteur dans toute la plage de fonctionnement. Puisque le compresseur volumétrique augmente toujours la pression/densité de l'air dans la tubulure d'admission lorsque le vilebrequin du moteur tourne, la réaction du papillon des gaz est immédiate.
Le plus grand débit d'air et de carburant permet à un moteur de cylindrée inférieure de développer davantage de puissance. Cela améliore l'économie de carburant lorsque le moteur n'est pas sous une charge, puisque le moteur consomme un mélange moins important de carburant et d'air en raison de la cylindrée moins importante du moteur.
Fonctionnement du compresseur volumétrique
Composants du compresseur volumétrique (fig. 4)
A Boîtier
B Entrée
C Rotors
D Sortie
E Poulie d'entraînement
F Pignons
Deux rotors trilobés (fig. 5) sont renfermés dans un boîtier de rotor. L'air pénètre dans le boîtier par l'admission. Celui-ci est emprisonné entre les lobes du rotor qui tournent et le boîtier. Lorsque les rotors tournent, l'air se déplace vers la sortie du compresseur volumétrique et dans la tubulure d'admission du moteur.
A Lobes
B Maillés
C Contrerotation
Un arbre d'entraînement relie la poulie à un rotor. Dans certaines applications, un
raccord d'isolateur est utilisé entre l'axe de poulie et le rotor mené. Un ensemble de pignons transfère l'entraînement au deuxième rotor. Les pignons et les roulements sont scellés dans un boîtier contenant du lubrifiant.
Chaque rotor usiné avec précision comporte trois lobes qui sont torsadés autour de l'axe du rotor, tout comme un filet de vis peu profond. On appelle cela un profil involutif avec une torsion de 60 °. Les rotors fonctionnent dans des sens opposés (contrerotation) et les lobes sont maillées ensemble.
L'air est simplement déplacé (d'un côté des rotors à l'autre). L'air déplacé devient comprimé lorsqu'il s'accumule en aval du compresseur volumétrique, puisque ce dernier déplace une plus grande quantité d'air que celle que le moteur peut consommer.
En raison de la conception involutive des lobes du rotor, le compresseur volumétrique Roots modifié fonctionne moins bruyamment que les autres types de compresseurs volumétriques.
Refroidisseur d'air de suralimentation
L'air comprimé fait grimper la température, ce qui réduit sa densité. Ainsi, il est nécessaire de dissiper de la chaleur de l'air comprimé avant que celui-ci pénètre dans le moteur.
Un refroidisseur intermédiaire air-eau (fig. 6), monté entre la sortie du compresseur volumétrique et la tubulure d'admission, prend la chaleur de l'air qui le traverse et l'absorbe dans le liquide de refroidissement..
A Compresseur volumétrique
B Refroidisseur d'air de suralimentation
C Tubulure d'admission
D Soupape de dérivation
CONSEIL : Le refroidisseur d'air de suralimentation est muni de son propre système de refroidissement avec son propre radiateur, séparément du moteur. Une pompe à commande électrique fait circuler le liquide de refroidissement dans le refroidisseur d'air de suralimentation et son radiateur.
Trajet de l'air
Les applications de compresseurs volumétriques GM en Amérique du Nord utilisent un corps de papillon en amont. L'air circule dans le filtre à air, vers le débitmètre d'air massique, dans le corps de papillon et dans le compresseur volumétrique.
CONSEIL : Sur le moteur du modèle Cadillac, l'air circule vers le haut depuis la sortie du compresseur volumétrique, dans le refroidisseur d'air de suralimentation, puis vers le bas dans la tubulure d'admission sur chaque rangée de cylindres du moteur.
L'excédent d'air entre le compresseur volumétrique et le refroidisseur d'air de suralimentation peut alors retourner vers l'entrée du compresseur volumétrique au moyen d'une soupape de dérivation.
Le corps de papillon en amont présente plusieurs avantages. La taille et la commande sont simplifiées et une dérivation plus petite est requise; les pulsations du compresseur volumétrique sont mieux contrôlées lorsque le papillon des gaz est partiellement ouvert.
Soupape de dérivation
En règle générale, un moteur suralimenté est suralimentation seulement 5 à 10 % du temps. Le reste du temps, la soupape de dérivation permet à l'excédent d'air d'être dérivé de nouveau vers l'entrée du compresseur volumétrique, puis recirculé. Cela fait en sorte que le débit d'air mesuré par le débitmètre d'air massique reflète la quantité d'air réellement consommée par le moteur.
L'utilisation d'une soupape de dérivation contribue à améliorer l'économie de carburant. Lorsque le compresseur volumétrique est suralimenté, la contrepression rend la rotation des rotors plus difficile et, ainsi, la puissance provient du vilebrequin du moteur. En mode de dérivation, la seule perte parasitique consiste en environ 1/2 HP requis pour compenser les pertes frictionnelles des roulements du compresseur volumétrique et des joints d'étanchéité de l'axe.
Un deuxième avantage-clé offert par la soupape de dérivation est la réduction du bruit dans des conditions à vide (la marche au ralenti et la marche à la vitesse de croisière). Dans les conditions à vide poussé et à faible charge, s'il ne se produit aucune dérivation, les impulsions de pompage donnent lieu à un cliquetis des pignons du compresseur volumétrique.
Un actionneur à vide/pression fait fonctionner la soupape de dérivation. La dépression d'admission et la pression de la tubulure sont utilisées pour ouvrir et fermer la soupape de dérivation selon le besoin.
MODIFICATIONS DE LA CONCEPTION DU MOTEUR
Un moteur suralimenté possède des exigences de conception qui sont différentes de celles d'un moteur à aspiration atmosphérique.
Taux de compression
En règle générale, un moteur suralimenté nécessite un rapport volumétrique plus bas.
En outre, une plus petite cylindrée est utilisée en règle générale pour améliorer l'économie de carburant.
Northstar V8
à aspiration atmosphérique |
Northstar V8
suralimenté |
Rapport volumétrique
10,5 à 1
|
Rapport volumétrique
9,0 à 1
|
Cylindrée de 4,6 L |
Cylindrée de 4,4 L |
Alésage de 93 mm x course
de 84 mm |
Alésage de 91 mm x course
de 84 mm |
~ 300 HP |
~ 445 HP |
Entraînement des accessoires
En règle générale, le compresseur volumétrique comporte la plus importante masse tournante à entraînement par courroie et la charge d'entraînement la plus élevée. Ainsi, la conception d'entraînement du compresseur volumétrique est essentielle au rendement du système, au contrôle du bruit et à une longue durée de vie.
Train de vilebrequin
La coiffe du vilebrequin, le palier avant et le joint de la poulie d'entraînement doivent être évalués aux fins de transmission de la puissance et des niveaux de force oscillatoire.
Rotation et réciprocité
Puisque la charge du moteur est beaucoup plus importante, les pistons, segments, tiges et paliers sont souvent améliorés.
Soupapes et culbuterie
Les soupapes et les matériaux des sièges doivent être évalués aux fins de charges thermiques et mécaniques supplémentaires. Des dispositions sont prises pour transférer la chaleur à l'écart de la tête de soupape.
Recyclage des gaz du carter
La tuyauterie des systèmes de recyclage des gaz du carter doit être modifiée de manière prévoir l'utilisation d'un clapet antiretour pour empêcher un refoulement dans les conditions de suralimentation par la tubulure.
Dépression
Une source de dépression peut être requise pour les freins assistés à dépression et d'autres systèmes du véhicule.
Système d’allumage
Une plus grande énergie est requise pour créer une étincelle suffisante pour enflammer un mélange de pression de cylindre pré-combustion (suralimenté). Il est probable qu'un allumage amélioré est nécessaire, ainsi qu'une plage de chaleur différente des bougies d'allumage.
ATTRIBUTS et QUALITÉS DU COMPRESSEUR VOLUMÉTRIQUE
Sirènement
CONSEIL : Un sifflement est typique dans tous les compresseurs volumétriques et cet état ne nécessite pas le remplacement du compresseur volumétrique ou des autres composants.
Le sifflement du compresseur volumétrique, inhérent à la conception Roots, découle des six impulsions par tour du moteur. (rapport d'entraînement de 2 à 1 x 3 lobes). La structure du système d'admission d'air et les résonateurs acoustiques ont été conçus pour minimiser le sirènement.
CONSEIL : Le sifflement est une caractéristique de bruit appréciée par plusieurs amateurs de performance.
Sifflement
Le sifflement est généré par le contact des engrenages cylindriques droits entre les rotors. Par exemple, un sifflement de bas niveau peut se produire lorsque le véhicule roule sous 80 % de charge à 2 300 à 2 800 tr/mn sur une pente très longue. Bien que la plupart de ces conditions soient traitées par l'isolement du trajet du son vers l'habitacle, une oreille très fine peut toujours entendre un certain son.
Cliquetis (grognement) du compresseur volumétrique
On peut entendre le grognement du compresseur volumétrique lorsque le véhicule roule à vitesse lente ou au ralenti et que le moteur est sous charge légère.
Des variations minuscules de la vitesse du vilebrequin, sous l'influence du convertisseur de couple, de la boîte de vitesses, de l'arbre de transmission, du différentiel et des pneus, sont transmises vers le compresseur volumétrique par le biais de la courroie d'entraînement flexible. Puisqu'ils fonctionnent dans de l'air de très faible densité, les rotors oscillent et font en sorte que la charge passe du côté menant au côté mené des dents d'engrenages. (Même les pièces de précision ont des jeux de fonctionnement). Tout le système d'entraînement du compresseur volumétrique est mis au point pour minimiser ce bruit.
Isolateur interne
Certains produits GM actuels comportent un isolateur à l'intérieur du compresseur volumétrique, entre la poulie et l'axe du rotor; cet isolateur possède deux fonctions. La première consiste à minimiser le cognement lorsque l'on coupe le moteur et que la masse des rotors du compresseur volumétrique arrête soudainement par secousse. En deuxième lieu, l'isolateur est mis au point de façon à minimiser les impulsions d'allumage normales du moteur qui sont transférées aux pignons d'entraînement du rotor du compresseur volumétrique. Celui-ci est actif uniquement en condition à vide (point de faible régime du moteur lorsque la suralimentation n'est pas requise).
Si le moteur ou l'un des composants des organes de transmission ne fonctionne pas selon l'intention de sa conception, l'isolateur peut émettre un cliquetis intermittent qui est souvent cyclique lors de légers changements du régime du moteur et d'autres conditions.
CONSEIL : Ce bruit attire l'attention, mais il est rare qu'il indique un défaut du compresseur volumétrique.
Cliquetis du compresseur volumétrique lorsque la marche arrière est choisie
Sur les modèles XLR-V et STS-V des années-modèle 2006 à 2008, un cliquetis du compresseur volumétrique pourrait se faire entendre lorsque le moteur tourne au ralenti et que la boîte de vitesses est en position de marche arrière. Dans un pareil cas, la soupape de dérivation se ferme, ce qui fait en sorte que le compresseur volumétrique fonctionne contre une dépression sans dérivation pour équilibrer la pression et l'isolateur fonctionne à la limite de la plage pour laquelle il a été conçu. Le bruit est émis à un faible niveau, mais il peut être perceptible lorsque le capot est ouvert. Cet état est normal et celui-ci ne sera pas corrigé au moyen de toute réparation mécanique ou remplacement de composant.
ENTRETIEN et OUTILS
L'entretien du compresseur volumétrique se limite au circuit de dérivation. Les procédures spéciales et les outils nécessaires sont expliqués dans les renseignements techniques (SI).
Depuis l'année-modèle 2002, les compresseurs volumétriques GM ne nécessitent aucun entretien en matière d'huile de lubrification.
CONSEILS DE DIAGNOSTICS
Lorsque vous diagnostiquez toute anomalie suspecte du compresseur volumétrique, familiarisez-vous avec la rubrique Attributs et qualités ci-dessus.
Tout comme les alternateurs, les pompes de servodirection, les entraînements des soupapes et culbuterie et d'autres systèmes du groupe motopropulseur, le compresseur volumétrique fonctionne à un niveau de bruit faible qui en constitue une caractéristique. Le dispositif et son environnement ont été conçus avec soin dans le but d'éviter les bruits indésirables. On peut entendre certains bruits uniquement lorsque le capot est ouvert.
Assurez-vous que le moteur et les systèmes du véhicule sont en bon état de fonctionnement.
Le compresseur volumétrique permet de déceler toute anomalie provoquant une perturbation de l'entrée rotationnelle. Cela comprend le carburant, d'autres anomalies d'alimentation en air ou de mesure, l'allumage et les capteurs. Effectuez tous les diagnostics reliés au système avant de vous concentrer sur le compresseur volumétrique.
CONSEIL : Le fait de déconnecter la courroie d'entraînement du compresseur volumétrique et de faire tourner le moteur NE CONSTITUE PAS UNE PREUVE que le compresseur volumétrique est défectueux.
Vérification pour déceler les fuites de dépression
Les fuites de pression constituent une anomalie que l'on retrouve très fréquemment, surtout après des manœuvres de dépose et de réparation. Prenez garde de vous assurer que tous les joints depuis la soupape d'admission jusqu'à la surface de l'élément du filtre à air sont étanches. Les codes de diagnostic peuvent être établis pour la rationalité du débit d'air d'admission et la correction de l'alimentation en carburant en présence de la plus légère fuite dans le système d'admission.
Rodage
Dans les compresseurs volumétriques Roots conçus depuis 2004, un revêtement abradable est utilisé pour obtenir une étanchéité optimale une fois que le dispositif est entièrement rodé. La conception prévoit un ajustement légèrement serré. Le revêtement est imbibé au cours des 400 premiers milles. Jusqu'à ce moment-là, le couple supplémentaire requis pour faire tourner le dispositif fait en sorte que l'isolateur fonctionne hors de la plage de conception ciblée. En règle générale, un certain niveau de cliquetis se fait entendre sur les véhicules neufs ayant roulé zéro mille.
Le présent article est extrait d'une explication beaucoup plus longue que vous pouvez lire sur le site Web de TechLink. Cliquez sur l'onglet Guide de référence et faites défiler le texte jusqu'à la rubrique Suralimenté!
- Merci à Grant Brady, Frank Tornambe et Jack Woodward
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