Wastegate

Qu'est-ce qu'une wastegate ?

La wastegate est une vanne qui régule la pression de charge du turbocompresseur à l'aide de vide et de pression.

Une wastegate est un dispositif qui aide à contrôler la pression de suralimentation dans un moteur turbocompressé. Elle régule les gaz d'échappement qui circulent à travers le turbo et limite la quantité maximale de pression de charge qui peut être produite. Cela aide à prévenir une pression de charge trop élevée et maintient le turbo en fonctionnement pour des performances optimales.

Les vannes wastegate se composent généralement d'une entrée et d'une sortie qui s'ouvrent et se ferment à l'aide d'un contrôle de pression de charge. La vanne de pression de charge est reliée à la vanne wastegate et est responsable de l'ouverture et de la fermeture de celle-ci. Le contrôle de pression de charge / la vanne de pression de charge ouvre et ferme la wastegate pour réguler la quantité de gaz d'échappement qui passe à travers le turbo, et donc la quantité de pression de charge qui est produite.

Comment fonctionne une wastegate ?

Une wastegate laisse passer une partie des gaz d'échappement avant qu'ils n'atteignent la turbine du turbocompresseur afin de soulager le turbo d'une pression de charge indésirable. Les gaz d'échappement sont évacués à travers le membrane de la wastegate, qui les dirige ensuite vers le système d'échappement. Dans les applications de performance, cela est parfois directement évacué dans l'air pour éviter la création de turbulences dans le système d'échappement.

Pourquoi utilise-t-on une wastegate ?

Une wastegate est utilisée pour réguler la pression de charge afin de maintenir la pression souhaitée et d'éviter une pression de charge incontrôlée.

Une wastegate externe est généralement nécessaire lorsque la wastegate interne du turbo ne peut pas contrôler efficacement la pression de charge. Cela peut se produire pour un certain nombre de raisons, y compris une wastegate interne défectueuse ou endommagée, une taille incorrecte du ressort de wastegate, ou simplement parce que la pression de charge est trop élevée pour que la wastegate interne puisse la gérer. Quelle que soit la raison, une wastegate externe peut aider à réguler la pression de charge et à empêcher le turbo de surcharger.

Une wastegate peut également être utilisée pour affiner les niveaux de pression. En ajustant la position du tuyau de décharge de la wastegate externe, il est possible de modifier la quantité de gaz d'échappement détournée du roue de turbine. Cela peut être utilisé pour augmenter ou diminuer la pression de charge selon les besoins, permettant un contrôle plus précis de la puissance du turbo.

Connexions

• Sortie des gaz d'échappement

La sortie des gaz d'échappement est l'endroit où les gaz d'échappement du moteur arrivent à la vanne d'échappement d'une wastegate externe. Une wastegate interne est située dans le boîtier d'échappement d'un turbo, de sorte que l'entrée est la partie du boîtier de turbine où les gaz d'échappement peuvent atteindre cette vanne. Les connexions sur une wastegate externe sont généralement en V-band ou une bride boulonnée.

• Sortie des gaz d'échappement

La sortie des gaz d'échappement est l'endroit où les gaz d'échappement sont évacués. Cela concerne à la fois les wastegates internes et externes. Cela est connecté au système d'échappement du moteur, après la roue de turbine du turbo. Une wastegate externe, cependant, peut également évacuer les gaz directement dans l'air et non pas les renvoyer dans le système d'échappement. Les connexions sur une wastegate externe sont généralement en V-band ou une bride boulonnée.

• Vacuum

Connectez-vous au vide du moteur via l'admission du moteur, une station de vide ou une vanne MAC. Certaines wastegates sont préparées pour la contre-pression et peuvent donc avoir deux connexions de vide. Une connexion au-dessus du membrane et une en dessous du membrane. Les connexions sont généralement un écrou femelle avec un filetage de 1/8" NPT.

• Eau entrée / sortie (pour le refroidissement)

Certaines wastegates ont des sorties pour le refroidissement à l'eau. Celles-ci n'ont pas besoin d'être raccordées dans un flux spécifique. Les connexions sont généralement un écrou femelle avec un filetage de 1/8" NPT.

Différents types de wastegate

Il existe en réalité deux types de wastegates : la première est interne et intégrée dans le boîtier de turbine du turbo. La seconde variante est externe et est montée sur le collecteur d'échappement.

Les deux sont réglées par une vanne de pression de charge qui est connectée à un manomètre régulant la pression de charge souhaitée, c'est-à-dire combien la vanne reste ouverte ou fermée.

Interne ou externe

Pour faciliter le choix entre une wastegate externe et interne, nous allons aborder les facteurs qui influencent cette décision.

Espace

Un facteur en faveur de la sélection d'une wastegate interne plutôt qu'externe peut être le manque d'espace, rendant l'utilisation d'une wastegate externe impossible. Un autre facteur peut être la facilité de maintenance. Une wastegate interne est souvent très simple à manipuler, car il y a peu de pièces supplémentaires à prendre en compte.

Cependant, il peut parfois y avoir si peu d'espace autour du turbocompresseur qu'une wastegate externe doit être utilisée.

Débit / Performance

Bien qu'une wastegate interne puisse gérer des puissances allant jusqu'à 1000 hp (dans certains cas), il est plus courant d'utiliser une wastegate externe pour des puissances supérieures à 500-700 hp. Cela est dû à leur disponibilité dans une multitude de tailles et de conceptions adaptées à la plupart des besoins. On peut même utiliser deux pièces pour obtenir un contrôle extrême sur les gaz d'échappement.

Cela dit, une wastegate interne reste une option viable. Cependant, il est important que des facteurs tels que la contre-pression dans le tuyau d'échappement avant le turbo / downpipe soient considérablement plus faibles que la pression dans le collecteur pour que la wastegate puisse évacuer correctement les gaz d'échappement et atteindre son plein potentiel.

Choix de la taille

La taille de la wastegate à utiliser dépend de nombreux facteurs, notamment la cylindrée du moteur, le type de carburant utilisé, l'espace disponible pour la wastegate (et sa position/angle), le régime maximal du moteur, le nombre de turbocompresseurs, le nombre de wastegates utilisées et la pression de charge souhaitée / la plage de pression de charge.

Montage

Dans un monde idéal pour la wastegate, les gaz d'échappement provenant du moteur devraient être dirigés en douceur vers la wastegate, comme sur une bretelle d'autoroute. Ainsi, il serait possible d'utiliser une petite wastegate sans avoir à compenser par une taille plus grande en raison d'un bon débit.

Cependant, cela ne reste pas parfait pour le turbo, car une grande surface dans le collecteur crée des turbulences et perturbe le flux. Ici, il faut faire des compromis.

Dans ce cas, il est préférable de monter le tuyau de la wastegate avec un angle plus aigu, proche de 90 degrés, et de compenser par une taille plus grande de la wastegate. Cela permet d'avoir une surface de connexion plus petite avec le collecteur, malgré une wastegate plus grande. Cette configuration perturbe moins le flux vers le turbo lorsqu'elle n'est pas utilisée et peut néanmoins évacuer suffisamment d'air.

Cependant, il ne faut jamais orienter le tuyau de la wastegate dans la direction opposée des gaz d'échappement (plus de 90 degrés). Cela entraînerait un mauvais débit vers le turbo et la wastegate.

Collecteur à double entrée

Si vous utilisez un collecteur à double entrée / pulse split, la wastegate doit avoir accès des deux côtés pour pouvoir évacuer les gaz d'échappement.

Option 1
Utilisez deux wastegates, une de chaque côté.

Option 2
Utilisez une wastegate qui se connecte aux deux côtés du pulse split du collecteur.

Pression de base

Le ressort de wastegate installé est la pression de charge minimale que vous pouvez avoir. En d'autres termes : si un ressort de wastegate de 7 psi (0,5 bar) est installé, vous ne pourrez pas avoir une pression de charge maximale inférieure à 7 psi.

Sans un contrôleur de pression de charge / vanne de pression de charge / vanne de wastegate / commande de wastegate, vous n'atteindrez que ce qu'on appelle la pression de charge de base.

En plus de la pression du ressort, les pulsations d'échappement et le débit peuvent également influencer le moment où le ressort s'ouvre ou se ferme.

Adapter le ressort de wastegate à la pression de charge maximale

La contre-pression au niveau de la vanne de wastegate travaille contre la pression de charge dans l'admission. 1 bar dans l'admission s'oppose à environ 1 bar au niveau de la vanne de wastegate. De plus, vous avez le ressort installé qui aide à maintenir la vanne fermée. Un ressort installé à 0,5 bar avec une pression de charge de 1 bar oppose environ 1,5 bar au siège de la vanne de wastegate. Cependant, avec les pulsations d'échappement et le débit affectant la pression dans le collecteur contre la vanne de wastegate, ce n'est pas un chiffre exact.

Un débit d'échappement plus élevé peut empêcher la vanne de s'ouvrir, et une pression d'échappement plus élevée peut amener la vanne à s'ouvrir plus tôt que 1,5 bar selon l'exemple ci-dessus.

Si la vanne s'ouvre trop tôt, avant la pression de charge maximale souhaitée, un ressort plus fort peut être installé pour résister à la pression plus élevée. De plus, le montage / placement de la wastegate modifie la pression à laquelle elle s'ouvre ou se ferme par rapport à la pression du ressort.

Matériau

Wastegate interne

Une wastegate interne montée sur une voiture d'origine est généralement fabriquée à partir d'une construction en tôle pressée où le diaphragme n'est pas remplaçable. Si cela se casse, l'ensemble de l'unité doit être remplacé. Sur le marché secondaire, le boîtier d'une wastegate interne est en aluminium usiné et est démontable, permettant ainsi de remplacer le diaphragme. Les autres pièces, comme le bras de wastegate et d'autres détails de montage, sont fabriquées en acier.

Wastegate externe

Une wastegate externe est souvent montée sur le marché secondaire et des matériaux de meilleure qualité sont presque exclusivement utilisés.

La partie inférieure (le côté chaud) est moulée en aluminium.

La partie supérieure (le côté froid) est usinée en aluminium.

De la même manière qu'une wastegate interne sur le marché secondaire, la partie supérieure peut être démontée et le diaphragme peut être remplacé comme pièce de service. Les accessoires sont fabriqués en acier.

Accessoires

Vanne de pression de charge

Une vanne MAC / électrovanne qui se connecte entre le côté de pression du turbocompresseur et la wastegate. C'est elle qui permet la régulation de la pression de charge.

Membrane de wastegate

La membrane est attachée à la vanne de wastegate. Lorsque la pression ou le vide se forme, la membrane ouvre ou ferme la vanne de la wastegate pour réguler le flux des gaz d'échappement à travers le turbo.

Ressort de wastegate

Le ressort qui maintient la vanne de wastegate fermée. La pression sur le ressort de wastegate est ce qu'on appelle la pression de charge de base. Sans vanne de pression de charge, cette pression sera la pression de charge maximale.

Contrôle de la wastegate

Tester l'étanchéité

En appliquant une pression sur la partie supérieure ou inférieure de la membrane, vous pouvez vérifier s'il y a des fuites avant d'installer la vanne sur votre moteur. Lorsque vous appliquez une pression sur le dessus de la membrane, il ne doit pas y avoir de fuite, elle doit être complètement étanche. Certaines wastegates sont préparées pour être utilisées avec contre-pression pour un meilleur contrôle. Dans ce cas, vous pouvez connecter la pression sur le dessous de la membrane. Lorsque vous mettez cette partie sous pression, il y aura une légère fuite entre le mécanisme de la vanne et la tige de la vanne. Cette fuite est tout à fait acceptable car elle n'affecte pas le fonctionnement du moteur. Si vous soupçonnez une fuite trop importante ici, vous devez consulter un atelier ou un installateur qui devra mesurer cela. En général, la pression doit se libérer en une seconde ou plus. Si cela se produit plus rapidement, cela peut indiquer un jeu trop important, ce qui suggère une usure.

Tester la mobilité

En appliquant une pression sur la partie inférieure de la membrane ou un vide sur la partie supérieure de la membrane, vous pouvez ouvrir la vanne de la wastegate. Cela vous permet de vérifier facilement si la vanne se déplace librement sans grippage.

Problèmes

Tester de problèmes

Une wastegate défectueuse peut causer de graves dommages au moteur, car le turbo n'a plus de contrôle sur la pression de charge. Cela signifie que la pression continue de monter, et la turbine continuera de tourner jusqu'à ce que quelque chose se casse ou soit arrêté par les fonctions de sécurité dans le système de gestion du moteur ! Dans la plupart des cas, la meilleure solution est de remplacer les pièces internes usées par des neuves.

Un simple dépannage de la vanne consiste à déconnecter le contrôle de la pression de charge et à n'utiliser que la pression de charge de base. L'étape 2 consiste à démonter la vanne et à vérifier selon le point 13. Les fuites de vide à travers le tuyau de vide allant vers et venant de la wastegate sont également un facteur d'influence majeur.

• Le turbo ne génère aucune pression de charge

La vanne reste ouverte. Cela s'appelle le boost creep et implique que la vanne reste ouverte. Lorsque la vanne de la wastegate est ouverte, aucune ou très peu de pression de charge ne peut être générée. Cela est dû au vide sur la membrane ou à une vanne qui coince.

La vanne peut commencer à coincer lorsqu'elle devient chaude pour ensuite fonctionner correctement lorsqu'elle a refroidi.

• Pression de charge inégale

Cela est souvent dû à un contrôle de pression de charge défectueux. (Réglage dans l'ECU ou matériel).

Mais cela peut aussi être dû à une vanne de wastegate qui coince.

• Le turbo génère une pression de charge maximale

La vanne est fermée. Si la vanne est bloquée dans sa position fermée, elle coince. Cela peut également être dû à un contrôle de pression de charge défectueux.

Si la wastegate est mal montée, le flux peut passer facilement à côté de la wastegate. Ou si le moteur produit un flux si élevé que les gaz d'échappement passent à côté de la wastegate, la pression de charge peut alors augmenter de manière incontrôlée. Cela est dangereux pour le moteur et doit être corrigé.

• Contrôle de la wastegate qui coince
  

Un contrôle de wastegate qui coince est le résultat d'un manque d'entretien. Pour essayer de sauver cette vanne, vous pouvez lubrifier la tige de la vanne avec de la pâte à lustrer pour vannes, insérer la tige de la vanne dans le guidage. Connectez ensuite une perceuse au sommet de la tige de la vanne et meulez-la pour la faire glisser dans le guidage.

• Fuite entre la membrane et le boîtier de la wastegate

Service

Une wastegate externe nécessite un entretien, tout comme toutes les autres pièces mécaniques en mouvement. Une wastegate interne montée sur des voitures d'origine maintient sa fonction pendant de nombreuses années sans entretien. En revanche, une wastegate interne montée sur une installation après-vente nécessite un remplacement de membrane, car elle est souvent modifiée et exposée à plus de chaleur rayonnante.

Les pièces suivantes d'une wastegate externe nécessitent un entretien pour maintenir leur fonction.

1. Membrane
   La membrane est le lien entre le vide moteur et la vanne de la wastegate. Cela signifie que la membrane doit être remplacée régulièrement pour ne pas affecter négativement la fonction de la wastegate. Elle doit être remplacée au moins une fois par saison pour garantir son bon fonctionnement. Plus souvent si la voiture est beaucoup utilisée et si la partie supérieure de la wastegate est exposée à une chaleur extrême, près des collecteurs ou des tuyaux d'échappement, par exemple.
2. Connexions de vide
   Les connexions de vide qui sont sèches ou présentent des fissures affectent directement la fonction du contrôle de la wastegate de manière négative et vous font perdre le contrôle de la pression de charge. De la saleté peut également s'accumuler dans les tuyaux, empêchant ainsi un contrôle adéquat.
3. Guide de soupape
   Les guides de soupape nécessitent plus ou moins d'entretien selon la marque utilisée. En d'autres termes, selon le jeu utilisé dans le guide de soupape.
   
   Un grand jeu implique moins d'entretien (plus rarement) mais un guide de soupape qui fuit davantage = Pas populaire auprès de ceux qui veulent vraiment un réglage fin.
   Un petit jeu implique plus d'entretien (plus souvent) mais un guide de soupape qui fuit moins = Bon pour ceux qui veulent mieux affiner.
   
   Quoi qu'il en soit, peu importe la fréquence de l'entretien, une pâte résistante à la chaleur aide la soupape à glisser facilement dans son siège. Sans cette pâte, il y a contact mécanique dans le siège de la soupape, ce qui entraîne une soupape qui coince et use le guide de soupape plus rapidement = Plus de jeu = plus de fuite.
4. Séance de soupape
   Un guide de soupape qui a trop de jeu à cause de l'usure peut également causer des fuites dans le siège de soupape, ce qui signifie que la soupape ne s'ouvre et ne se ferme pas comme prévu lors du réglage. Cela entraîne une perte de contrôle sur le système de contrôle de pression de charge.