Préparation sur 944 turbo

Choisir son turbo

Comment choisir son turbo ?C'est à cette question que va s'efforcer de réponde cet article.

 

Les "calculateurs" de turbo :

Voici une base de départ : Calculateur de turbo  OU ICI AUSSI avec plus de choix en turbos

Pour cela nous avons besoin connaitre quelques paramètres propre à son moteur :

Le VE ou volumetric efficiency ou remplissage, celui ci n'est pas le même suivant la position du papillon et du régime :

Voici une table de VE pour le 2.5 Turbo stock à plein gaz :

tr/min VE(%)
2500   75%
3000   81%
3500   88%
4000   88%
4500   84%
5000   84%
5500   80%
5800   75%
6000   75%
6200   70%
6500   70%

Le BFSC :
BFSC pour 944 turbo : 0.519 (à vérifier).
http://forums.rennlist.com/rennforums/944-turbo-and-turbo-s-forum/193296-determining-brake-specific-fuel-consumption-for-a-951-a.html

Explication de principe des éléments du turbo :
 

Le turbo :

 

Lire un abaque de compresseur ou MAP (partie froide du turbo) :




Alors en abscisse (axe horizontale pour rappel !), on trouve le débit traversant le turbo en livre/minute (unité anglaise qu'utilise le français garrett ! on peut trouver d'autres unités de débit comme les CFM), et en ordonné se trouve le rapport entre la pression sortie compresseur et l'entrée (en valeur absolue : 1.2 bar de boost = 1.2 + 1 = 2.2 bars absolu, comme en entrée, on a environ un bar on dira que les valeurs de l'axe sont celle de la sortie compresseur).

Bon vous l'aurez compris le but recherché est de faire fonctionner le moteur dans la zone intérieur des limites. A l'intérieur de cette zone se trouve des courbes parallèles d'isovitesse turbo (en tr/min), et des zones d'iso-rendement en forme de " patate " (la zone de meilleur rendement est celle du milieu). Expliquons un peu les limites :

Limites survitesses : le turbo possède sa propre limite vitesse qui est lié au diamètre de sa roue. en effet, plus grand est le diamètre plus grand sera la force centrifuge auquel sera soumis l'extrémité de la roue. Souvent la vitesse maxi autorisé en bout de pale est de 450 m/s. Dépasser ces limites serait prendre un risque de contact entre pale et turbine d'autant plus que les températures ont tendance à allonger les ailettes.

Limites rendement : le rendement compresseur exprime la capacité du turbo à fournir de l'énergie sous forme de pression et non pas de température (car on cherche à échauffer l'air admission au minimum).



Limites pompage : le pompage se produit quand on a un débit d'air faible avec une forte pression dans la ligne admission. En effet, sous une faible inertie de la veine gazeuse (par un petit débit) la forte pression en sortie turbo tend à refouler les gaz par l'entrée ( !!), créant ainsi de fortes variations de débit, se traduisant par de fortes vibrations au niveau de la roue. En roulant en stabilisé on obtient rarement du pompage, il se produit plutôt lors d'un relevé de pied par exemple. Reprenons la MAP du compresseur pour comprendre (à droite).
En vert disons que vous roulez en stabilisé sur le régime de couple (donc assez près du rendement optimale si le turbo a été judicieusement choisi !),et d'un coup vous relevez le pied. Le débit baisse d'un coup et la pression augmente instantanément (du fait de la fermeture papillon), on passe alors sur le point rouge. Bien sur la pression va vite chuter, mais en l'espace de quelques dixièmes de seconde, on sera dans la zone de pompage, d’où usure des pales dut au vibrations engendrées.
On voit donc bien l'intérêt de la dump-valve. Cet élément, qui fonctionne comme une wastegate, permet de décharger les conduits d'admission lors de violents levée de pied (au son pshiiiit caractéristique), et permet en évitant le pompage d'améliorer la fiabilité du turbo mais également son temps de réponse lors d'un écrasé de pied suite à un levé. Le point bleu sur la figure indique donc un levé de pied avec dump valve. Les constructeurs utilise aussi les dump valves (ils les appellent souvent pop-off) mais rejette l'air admission en amont du compresseur plutôt qu'a l'air libre (ex : megane RS et 951). Il n'y a plus le fameux pchiiiit !



Source : http://moteurpassion.voila.net/turbo.htm

 

 

Le trim d'une "roue" de compresseur ou de turbine

 

Le TRIM définit le rapport entre le petit diamètre (D2) de la roue sur le grand diamètre (D1) ramené au carré et multiplié par 100 (quoique l'on trouvera parfois des TRIM 45 ou 0.45 qui indique simplement que la multiplication par cent n'a pas été effectuée !).

Attention deux turbos peuvent avoir un trim identique mais des diamètres de roue différents et inversement.

Le trim va avoir un effet sur le débit que la roue peut supporter :

Par exemple les turbo GT3076 (roue de compresseur en 76 mm) :

TRIM 56 et TRIM 58 :  


Ici pour un compresseur l'A/R n'a que peu d'influence sur les débits pressions mais le trim en aura beaucoup plus : un trim de 56 va donner un débit max de +-53 Lb/min là où une roue de trim 58 va aller +/- 64 Lb/min pour le même diamètre de 76 mm.

Source : http://moteurpassion.voila.net/turbo.htm

 

 

Le A/R



L'autre caractéristique importante du turbo est le A/R avec le A désignant la surface d'entrée du carter de turbine, et le R, le rayon de la volute. On parlera en fait de perméabilité turbine, à savoir que plus le A/R sera faible, plus la perméabilité sera faible. C'est à dire, que le turbo pourra très tôt fournir de la pression (d'ou un faible temps de réponse) mais occasionnera à haut régime une pression collecteur d'échappement très élevé néfaste aux perfos. Un réglage de la wastegate s'impose alors pour trouver le bon compromis.
Un A/R élevé aura donc un temps de réponse important, mais sera plus approprié pour les hauts régime. La encore tout est histoire de compromis …
Les turbos à géométrie variables jouent là dessus pour adapter la turbine au mieux à la plage du moteur.


Exemple de débits max de turbine en fonction de l'A/R pour une même roue de turbine :



En abscisse le rapport de pression entre entrée de turbine et sortie : Ici P1T = pression à l'entrée de la turbine et P2S = pression en sorite de turbine. (équivaut à la "contre pression" de la ligne d'échappement) et en ordonnée le débit de gaz d'échappement en sortie de moteur à l'entrée de la turbine.



le #6 et le #8 des K26 de nos auto sont des Aires d'entrée de turbine en Cm², on retrouve les mêmes unités dans les turbo LR. Donc pour avoir le A/R il faut connaitre le R.

Citer
Les "indices" ".63" ou  ".82" sont en pouces. (1 pouce = 2.54 cm ) donc par exemple sur une turbine K26 de GT 30 le rayon est de +/- 6 cm (mesuré sur le carter de turbine)

Donc A/R = 0.63 (donnée Garrett) = 0.63 x 2.54 = 1.60 cm

Donc A = 1.60 x 6 = 9.5 cm² !


Voici une équivalence (sous réserve, à contrôler car cela dépend du R de la turbine donc non transposable d'un turbo à l'autre, seul l'ordre de grandeur est à prendre en compte...)


Par exemple voici une correspondance Mitsubishi :
Mitsubishi's "cm2" number and the standard A/R.

      6 cm2 = 0.41 A/R
      7 cm2 = 0.49 A/R
      8 cm2 = 0.57 A/R
      9 cm2 = 0.65 A/R
    10 cm2 = 0.73 A/R
    11 cm2 = 0.81 A/R
    12 cm2 = 0.89 A/R

Mais cela doit être trés variable suivant les carters (Vband, T3, T4, K26...) :



La contre pression à l'échappement :

La forme de la turbine va donner plus ou moins de contre pression, par exemple les turbo LR qui utilisent des turbines KKK ou de répliques de kkk, vont avoir beaucoup plus de contre pression à l'échappement que les carters de turbine de GT (garrett)

Vic (pauer tuning) tested the back pressure differences in the xover with a to4e 50 trim #10 housing and a gt3067r .63ar and noticed a 10 psi pressure drop at 18 psi of boost. (35psi vs 24psi) and gaind 30 hp. all the spool characteristics where the same.
http://forums.rennlist.com/rennforums/944-turbo-and-turbo-s-forum/651954-wastegate-tie-in-or-dumped-need-solid-info-2.html

La photo jointe présente à gauche une réplique de kkk et à droite une turbine de GT30, celle ci a plus de volume que l'autre.

(On the left is a Turbonetics KKK replica housing with a Stg 3 wheel and the right is a GT3076R .63 Garrett w/ KKK bolt spacing.)

http://forums.rennlist.com/rennforums/944-turbo-and-turbo-s-forum/184917-kkk-a-r-rating.html
http://www.turbododge.com/forums/f11/f57/216784-holset-r-ratios.html
http://www.cumminsforum.com/forum/89-93-performance-parts-discussion/331263-conversion-equation-turbine-housing-sizes-cm-ar.html
http://www.stealth316.com/2-turboguide.htm
http://www.stealth316.com/2-3s-compflowmaps.htm   (+++)

 

 

 

Cas de turbo bien dimentionnées :

   

Si votre tracé est semblable au suivant:



La courbe en rouge est caractéristique d'un turbocompresseur trop petit par rapport à la masse d'air à fournir au moteur à tous les régimes.    
La courbe en jaune est caractéristique d'un turbocompresseur trop petit par rapport à la masse d'air à fournir au moteur à haut régime.    
La courbe en bleue est montre que le turbo ne supporte pas de ratio de pression si élevé.

Les conséquences:
Le turbo sera en sur vitesse lors du fonctionnement normal du moteur.
=> Usure prématurée de ce dernier.
=> Centrifugation des ailettes
=> Un mauvais rendement de la partie compresseur qui se traduit par un échauffement plus important des gaz admis, donc un air moins dense et moins de chevaux au final.


Si votre tracé est semblable au suivant:



Votre turbocompresseur est trop gros.
Les conséquences:
Le fonctionnement dans ce cas est critique et destructeur car le pompage génère des vibrations importantes endommageant les paliers.

Si votre tracé est semblable au suivant:



Votre turbocompresseur possède une plage de fonctionnement trop restreinte par rapport à celle du moteur.
Les conséquences:
=> Risques de pompage à bas régime.
=> Survitesse à haut régime moteur.


http://www.flat4ever.com/showthread.php?t=31234&goto=nextnewest

 

 


Source :
http://www.squirrelpf.com/turbocalc/index.php
http://www.924board.org/viewtopic.php?t=35596&highlight=k26
(Des liens vers de setup de 931 et C GT sont dispo)
http://www.enginelogics.com/cmaps.html
http://www.turbobygarrett.com/turbobygarrett/choosing_turbo
http://users.telenet.be/jov/opeltuners/turbo_efficiency/article.html
http://www.coloradomazdaclub.com/forums/showthread.php?t=6772

http://www.japancar.fr/forum/Sujet-FAQ-Nissan-Calcul-map-turbo
http://moteurpassion.voila.net/turbo.htm

Outils :
http://www.omega.com/techref/techdata.html#altitude
http://horsepowercalculators.net/turbocalculator/our-turbo-calculator-explained

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