L’actionneur de turbo Hella

Hella Turbo Actuator (Garrett turbo)

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En fait, le principe d’un turbocompresseur est très simple, mais il faut simultanément aussi maîtriser cette puissance brute. Sans une forme de réglage de la pression, le turbo continue sans fin de refouler de l’air dans le moteur, ce qui n’est pas toujours souhaitable. Pire encore, dans certain cas cela peut provoquer de sérieux dommages au moteur.

Hella Turbo Actuator

Dans le scénario idéal, vous voulez adapter en permanence la pression de suralimentation aux circonstances actuelles. Heureusement, il existe des actionneurs de turbo qui peuvent assurer cette tâche, mais, en fait, que fait un tel actionneur ? Et peut-être plus intéressant encore : que se passe-t-il lorsqu’un tel actuateur est défectueux?

Qu’est-ce qui devient défectueux dans beaucoup de cas ?

Voyons tout d’abord les défectuosités que nous constatons. Comme nous venons de le dire, un tas de choses peuvent présenter une défectuosité si la pression n’est pas réglée précisément. En effet, tout dans le moteur n’est pas conçu pour résister à une pression (trop) et à des températures (trop) élevées. Heureusement, le système est réglé adéquatement pour que l’ECU du moteur passe en mode d’urgence sûr dès qu’une pression erronée est mesurée. En règle générale, un actionneur de turbo défectueux ne provoque pas de dommages consécutifs au moteur, mais génère des codes de défaut et réduit notablement la puissance disponible. Lors de la lecture des codes de défaut enregistrés, il est souvent possible de constater qu’il y a un défaut au turbo ou au réglage de la pression :

• P0234 – Condition de suralimentation du moteur – Limite dépassée
• P0299 –Pression de suralimentation du turbo basse
• P2263 –Problème de pression de suralimentation du turbo

De nombreuses marques de voiture ont aussi leurs codes de défaut spécifiques, comme Ford par exemple :

• P132A
• P132B

Mais en supposant que le turbo proprement dit est en bon état, qu’est-ce qui peut présenter une défectuosité au niveau de l’actionneur ? Nous allons examiner plus tard en détail le mode de fonctionnement dans son ensemble, mais nous pouvons dès maintenant indiquer que, à la base, l’actionneur se compose d’un moteur électrique, d’une roue hélicoïdale en plastique et d’un circuit imprimé. Hélas, tous ces composants présentent plusieurs points faibles. Heureusement, pratiquement tout peut être réparé. La réparation (ou plus exactement, la révision) ne pose aucun problème, même si des constructeurs automobiles veulent souvent vous faire croire le contraire. Ils préfèrent vendre un turbo complet au client. Plus fort encore : souvent un actionneur de turbo est impossible à commander séparément.

Le processus de révision

Chez ACtronics, nous considérons qu’un actionneur de turbo est une pièce mécatronique, c’est-à-dire un composant qui combine la mécanique et l’électronique. Cela signifie également que le processus de révision comporte deux phases.

Les défectuosités mécaniques sont traitées par notre département Mécatronique. Nous avons développé en interne des composants qui sont équivalents voire meilleurs que les originaux, ce qui nous permet de garantir une qualité élevée. Lors de ce processus, nous traitons non seulement les composants défectueux, mais aussi tous les autres points faibles connus. Cela signifie concrètement que toutes les pièces mobiles sont remplacées par mesure de précaution, afin de pouvoir garantir la qualité du produit révisé.

Les plaintes concernant la section électronique sont traitées par notre département Bond. Il dispose d’appareils de qualité supérieure qui établissent avec une grande précision de nouvelles connexions sur et vers le circuit imprimé. Nous appelons cette méthode « bonding » et utilisons des vibrations ultrasonores pour faire adhérer ces nouvelles connexions au plot existant. Cette méthode est particulièrement précise et présente l’avantage supplémentaire par rapport au soudage que les composants existants sur la plaquette de circuit imprimé ne sont pas soumis à de la chaleur. Nous pouvons ainsi garantir une qualité bien supérieure à celle des réparations effectuées par soudage. Toutefois, il convient de noter que le bonding ne constitue pas toujours le meilleur choix pour établir des connexions. Dans certaines situations, la préférence va au soudage. Nous allons prochainement consacrer un article distinct à ce sujet.

Outre la réparation, nous effectuons bien entendu toujours un test final approfondi. Notre environnement de test nous permet de simuler toutes les entrées en provenance de l’ECU. Nous testons donc non seulement le fonctionnement correct de l’ensemble, mais nous pouvons aussi contrôler si l’électronique sur la plaquette de circuit imprimé réagit comme il se doit. L’appareil de test est même capable de réaliser des mesures de couple et de position. Après le test, nous sommes absolument certains que le produit révisé fonctionne au minimum aussi bien qu’un exemplaire d’origine.
Bon à savoir : l’appareil de test a été conçu et développé en interne. Cela montre non seulement que nous travaillons de façon spécialisée, mais aussi l’étendue de nos connaissances.

L’actionneur de turbo Hella en détail

Il est probable que les techniciens et les spécialistes des turbos vont trouver cette explication un peu sommaire (à juste titre), mais un turbo peut être brièvement décrit comme une turbine double dans un corps commun. La turbine du côté échappement se met à tourner lorsque les gaz d’échappement s’écoulent le long de celle-ci. Ce mouvement de rotation est transmis via un arbre vers la turbine du côté admission. Celle-ci se met également à tourner, ce qui fait que les aubes de forme spéciale soufflent l’air dans le moteur. Plus le régime de la turbine est élevé, plus la pression avec laquelle l’air est injecté dans le moteur est élevée.

Et voilà précisément le problème : un turbo en veut toujours plus. Il serait en fait préférable que cette amenée de gaz d’échappement puisse être réglée de sorte à toujours générer la quantité de force de propulsion correcte et qu’elle ne dépend pas purement et simplement des régimes moteur et de la position de la pédale d’accélération. Heureusement, divers techniciens se sont penchés sur ce problème et ont proposé la solution suivante : les turbocompresseurs à géométrie variable. Ce nouveau type de turbo fait usage d’ailettes réglables autour de la turbine centrale qui tourne du côté échappement. En ajustant la position de ces ailettes au moyen d’une bague de réglage, il est possible de faire varier la quantité de gaz d’échappement qui parvient à la turbine. Problème résolu°!

Oui, enfin, résolu… pas encore tout à fait. Le système d’ailettes variables se compose uniquement de pièces mécaniques et ne peut donc pas se commander lui-même. Pour ce faire, les actionneurs de turbo ont donc été imaginés. Ceux-ci peuvent tirer sur la fourchette qui commande les ailettes réglables. Il est possible de répartir les actionneurs de turbo en trois catégories environ : les actionneurs à commande pneumatique, à commande électrique et hybrides. Cependant, sur les turbos à géométrie variables seuls des actionneurs à commande électrique et hybrides sont montés. Par conséquent, nous n’allons pas aborder la technique des actionneurs pneumatiques.

Actionneurs à commande électrique

Les actionneurs à commande électrique ont été conçus pour réagir aux entrées électriques en provenance de l’ECU. Par conséquent, le degré d’ajustement des ailettes dépend de la décision prise par l’ECU. Cette dernière dispose véritablement de toute une panoplie d’informations telles que la température du moteur et la pression d’admission, mais elle peut aussi réagir à des entrées optionnelles comme le mode de conduite réglable (neutre, dynamique, sportif). Pour les constructeurs automobiles, c’est particulièrement intéressant car cela offre encore plus de possibilités de réglage comme une pression de suralimentation réglée plus bas lorsque le moteur est froid ou un rien plus haut lorsque le mode sportif est activé. C’est pour cette raison que nous trouvons des actionneurs à commande électrique dans des voitures avec des moteurs à turbocompresseurs modernes. Audi, BMW, Citroën, Ford, Jaguar, Mercedes-Benz, Peugeot, Volvo, VW… tous utilisent l’actionneur à commande électrique Hella, souvent en combinaison avec un turbo de marque Garrett.

Le saviez-vous ?

Les ailettes d’un TGV (turbocompresseur à géométrie variable) peuvent gripper suite au dépôt de suie. Cela non seulement influence le fonctionnement du système, mais peut aussi endommager l’actionneur du turbo. Par conséquent, contrôlez toujours si les ailettes d’un TGV bougent librement dès qu’un actionneur présente une défectuosité. Ceci afin d’éviter que l’actionneur neuf subisse à nouveau une surcharge. Le contrôle se fait de préférence en détachant d’abord la tige sur la fourchette et en déplaçant ensuite la fourchette dans les deux sens.

Comme indiqué auparavant, l’actionneur de turbo à commande électrique Hella est constitué à la base d’un moteur électrique, d’une roue hélicoïdale et d’un circuit imprimé. L’entrée en provenance de l’ECU est traitée par le circuit imprimé, qui donne au moteur électrique le signal de tourner vers la gauche ou la droite pendant un temps déterminé. De ce fait, la roue hélicoïdale déplace la fourchette du TGV vers la position souhaitée. Cette dernière ne doit pas être totalement ouverte ou fermée car l’ajustement peut se faire en permanence en tournant légèrement la fourchette.

Hella propose deux sortes d’actionneur : un REA (Rotary Electronic Actuator = actionneur électrique rotatif) et un SREA (Simple Rotary Electronic Actuator = actionneur électrique rotatif à simple effet). Les deux versions font usage d’une prise à 5 broches. Toutefois, l’affectation des broches diffère :

SREA:

1. Tourner le moteur vers la droite
2. Tourner le moteur vers la gauche
3. Masse
4. Signal PWM 5V (1 kHz)
5. 5V

REA:

1. 12V
2. Masse
3. CAN-L
4. Signal PWM 5V PWM (1kHz)
5. CAN-H

Outre l’affectation des broches, ces deux types présentent encore d’autres différences, comme par exemple la manière dont la position de la fourchette est déterminée et ajustée. Le SREA reçoit, par le biais d’un signal rectangulaire simple vers la broche 1 ou 2, l’ordre de faire tourner le moteur électrique pendant un temps déterminé. De ce fait, la fourchette se déplace vers la position correcte. Le REA utilise un message CAN pour déterminer l’action souhaitée. La position actuelle de la fourchette est mesurée sur le PCB (plaquette de circuit imprimé). Le capteur qui mesure cette position est du type C.I.P.O.S (capteur de position inductif sans contact). Cette valeur est comparée avec celle qui est souhaitée et, le cas échéant, le moteur électrique est piloté afin de déplacer la fourchette dans la position correcte. Cela semble fastidieux, mais présente aussi des avantages. En effet, la position de la fourchette est connue à tout moment, ce qui permet de corriger des divergences éventuelles. De plus, l’ECU peut utiliser la position de la fourchette comme entrée pour des actions et/ou calculs éventuels. Par conséquent, le système dans son ensemble est nettement plus dynamique.

Actionneurs hybrides

Il existe aussi des turbos à géométrie variable qui n’utilisent pas l’actionneur électrique Hella, mais où le réglage se fait partiellement par voie pneumatique, comme par exemple sur certains moteurs JTD du groupe Fiat. Mais pourquoi cette option a-t-elle été retenue ? Dans certaines situations, vous voudriez en fait appliquer des actionneurs à commande électrique, mais c’est tout simplement impossible. Suite, par exemple, à un manque de place ou lorsque la configuration du turbo utilisé implique le recours à une autre solution. Pour ces situations, les actionneurs hybrides ont été mis au point.

Bien que le nom fasse croire qu’il s’agit d’un seul composant, un actionneur hybride se compose en fait d’un actionneur pneumatique de turbo “ancien” et d’un petit clapet de réglage électrique, piloté par l’ECU. Dans ce cas, l’actionneur de turbo pneumatique utilise la surpression dans le trajet d’admission pour ajuster la bague de réglage des ailettes. Toutefois, cet ajustement est régulé par le petit clapet de réglage électrique. Un signal en provenance de l’ECU fait en sorte que ce clapet s’ouvre ou se ferme plus, ce qui signifie que l’actionneur de turbo pneumatique reçoit plus ou moins de surpression en provenance de l’admission. En faisant varier ce facteur, il est possible de régler la commande de la fourchette et donc la position des ailettes.

Pour être franc, le système fonctionne de manière légèrement moins précise et dynamique que le dispositif REA de Hella, mais convient en tant qu’alternative. Dans ce concept, le clapet de réglage électrique non seulement est plus compact que l’actionneur de turbo Hella complet, mais permet aussi d’appliquer des turbocompresseurs dont la configuration empêche le montage d’un actionneur Hella. De plus, dans ce concept, l’électronique est plus à l’abri des énormes fluctuations de température autour du turbocompresseur. Surtout sur les moteurs où la chaleur est évacuée moins efficacement, un actionneur hybride peut constituer un bon compromis. En tout état de cause, nous pouvons parfaitement nous imaginer qu’un constructeur automobile opte dans certains cas pour une solution alternative et pas pour l’actionneur de turbo Hella.

Démontage de l’unité

Le problème majeur durant le démontage est probablement l’accessibilité de l’actionneur de turbo Hella. Cela diffère beaucoup d’une voiture à l’autre. Dès qu’un espace suffisant a été créé, un mécanicien expérimenté n’a aucune difficulté à démonter l’actionneur. Il faut d’abord détacher la prise et la fourchette du TGV. La fourchette est sécurisée au moyen d’un circlip. Dès qu’il a été déposé, il suffit de desserrer 3 vis pour pouvoir retirer l’actionneur.

Attention lors du montage :

Un jeu de réglage a été prévu à l’endroit des 3 vis qui fixent l’actionneur de turbo. Il est donc impossible de fixer l’actionneur « au petit bonheur la chance ». Consultez la documentation de la voiture en question pour les autres instructions de réglage.