Un turbocompresseur complet est fondamentalement un ensemble tournant avec des carters fixés de chaque côté. Le carter de la turbine dirige les gaz d’échappements afin d’alimenter la roue de turbine. Le carter du compresseur dirige l’air vers le moteur. Le carter de la turbine sera équipé d’une soupape de décharge afin de maîtriser la vitesse de turbine ; alternativement, plus communément pour les moteurs diesels, il existe un mécanisme à ailette variable qui permet de mieux contrôler le turbo, de réduire le temps de réponse et d’améliorer la performance. La soupape de décharge ou le mécanisme à ailette est contrôlé par un actionneur – qui peut être contrôlé électroniquement ou par un système à vide.

Le CHRA est un rotor (d’un côté la roue de turbine, de l’autre la roue compresseur) maintenu dans un système de paliers lui permettant de tourner à grande vitesse sur un film d’huile pressurisé similaire au moteur. Les rénovateurs de turbos démontent généralement le turbocompresseur entier et le CHRA, examinent tous les composants individuels, remplacent les pièces nécessaires, et installent des paliers et des joints d’étanchéité neufs.

Tout comme il faut rééquilibrer une roue après avoir changé le pneu, le CHRA doit également être rééquilibré après avoir été démonté et remonté

Il est important de comprendre que tous les objets qui tournent autour d’un axe central possèdent une part de déséquilibre qui va créer une fréquence de résonance – ou vibration – à des tr/min précis. La vitesse et la force de vibration sont directement reliées au niveau de déséquilibre au sein du CHRA. Si l’on compare cela à une roue de voiture, on ressentirait la vibration dans le volant. En revanche, si la roue est équilibrée avec plus de précision, la fréquence de résonance est réduite et se déplace vers un tr/min plus élevé, qui va se situer au-delà de la vitesse maximum du véhicule. Par conséquent, le problème est résolu.

Le CHRA du turbo est une pièce usinée complexe, conçue pour fonctionner à des températures pouvant aller jusqu’à 800 °C, tout en atteignant des vitesses de rotation de plus de 230 000 tr/min (soit plus de 3 800 tours par seconde !).

Afin de fonctionner dans ces conditions extrêmes, chaque composant du turbocompresseur, constituant le rotor principal du CHRA, est fabriqué avec les tolérances les plus serrées de l’industrie automobile (parfois jusqu’à 0,002 mm). Les roues de compresseur et de turbine sont également conçues avec précision et équilibrées sur un équipement spécialisé au cours du processus de fabrication. En revanche, une fois que le rotor est assemblé, l’accumulation des minuscules déséquilibres résiduels provenant de l’ensemble des pièces, peut créer un rotor déséquilibré, qui vibrera à certaines vitesses données dans le périmètre de fonctionnement du CHRA.

Tout comme une roue est équilibrée à faibles vitesses, les grands rotors de turbo commerciaux étaient traditionnellement équilibrés à faibles vitesses. En atteignant un certain niveau de précision d’équilibrage à faible vitesse, la fréquence de résonance du rotor se situera bien au-dessus de la vitesse de fonctionnement du turbo. Cependant, maintenant que la taille des turbos a diminué, la vitesse de rotation a considérablement augmenté. C’est pourquoi le CHRA des petits turbos rencontre des fréquences de résonance dans sa plage normale de fonctionnement. Afin d’éviter une vibration excessive des CHRA de plus petites tailles durant le fonctionnement, ils doivent être équilibrés sur une équilibreuse grande vitesse, capable d’accélérer le CHRA à sa vitesse maximum de fonctionnement et de mesurer la vibration lorsque le rotor traverse des fréquences de résonance.

Dans 99 % des tests effectués, le CHRA déséquilibré produit des vibrations se situant au-dessus des limites acceptables et doit donc être rééquilibré afin de s’assurer que le turbo fonctionnera correctement.

Un CHRA qui n’est pas équilibré par un matériel spécialisé pourra entraîner des vibrations excessives à l’accélération du turbo, provoquant du bruit (sifflement) et une rupture du film d’huile dans les paliers. Cela conduira ensuite à une rupture prématurée du système de paliers, parfois sans aucun signe évident de manque de lubrification ou de contamination de l’huile.

Avant tout, c’est la durée de vie du turbo qui s’en trouvera réduite si le CHRA n’est pas correctement équilibré. Dans le pire des cas, le turbo fera des bruits inacceptables durant le fonctionnement et sera défaillant en quelques jours.

En raison des grandes vitesses de rotation, le procédé de fabrication des pièces de rechange de turbo est d’une extrême précision. Très simplement, l’utilisation de pièces de rechange de moindre qualité rend le CHRA plus difficile à équilibrer. Cela signifie que les CHRA de mauvaise qualité ne sont souvent pas équilibrés au bon niveau et tomberont en panne plus tôt que prévu.

L’usage de pièces qui ne sont pas fabriquées selon des critères de planéités, de tolérances ou de dimensions spécifiques, peut provoquer des problèmes d’accumulation de déséquilibres. Encore une fois, cela peut mener à une défaillance prématurée du turbo.

Les CHRA qui possèdent une roue de turbine d’un diamètre inférieur à 50 mm réussiront le test de fréquence de résonance en mode de fonctionnement normal. À titre général, cela devrait recouvrir tous les turbos installés sur moteurs diesels d’une capacité maximale de 4 litres.

Tous les CHRA doivent être rééquilibrés, même si les mêmes composants sont ensuite réutilisés. Le desserrage et le resserrage de l’écrou de l’arbre changeront l’équilibre précis du rotor. Il est donc impossible de démonter un turbo, de réinstaller un joint d’étanchéité et de le remonter sans en perturber l’équilibre. TOUS les CHRA doivent faire l’objet d’un équilibrage à grande vitesse.

Les points à respecter pour maximiser la durée de vie d’un turbocompresseur rénové sont les suivants : utiliser des composants de qualité, fabriqués avec précision, et équilibrés, employer également les machines spécifiques d’équilibrage de CHRA à grande vitesse et garantir le bon assemblage et calibrage du turbo.