Au cours des dix dernières années, la demande au sein de l’industrie de réparation des turbos a fait qu’il existe actuellement sur le marché plusieurs machines VSR grande vitesse. Tous les ateliers de réparation de renoms sont équipés de matériel d’équilibrage grande vitesse maintenant que la réparation de tous types de turbo est devenue une pratique répandue dans la plupart des pays.
Variations sur les équilibreuses
Contrairement à l’équilibrage de rotor à faible régime, le procédé d’équilibrage à grande vitesse du CHRA est beaucoup plus complexe. Un grand nombre de facteurs influencent le déséquilibre résiduel du CHRA à grande vitesse. Il faut absolument comprendre que lorsque le CHRA est à pleine vitesse sur une machine VSR, la structure et le mécanisme de la machine VSR vont également résonner et fournir une lecture de leurs vibrations. Au cours de la fabrication d’une machine VSR, il est crucial de déterminer la résonance exacte de la machine et, avec l’aide d’un logiciel, d’éliminer ce profil de vibration lors de chaque équilibrage de CHRA. Ainsi, l’écran n’affichera que la vibration produite par le CHRA.
Tout simplement :
Le problème rencontré par les fabricants est que les vibrations de la machine peuvent varier légèrement en raison de nombreux facteurs non contrôlables d’une machine à l’autre. Une fois que cela est compris, il est plus facile de comprendre ces variations qui existent d’une machine à l’autre.
Voici deux des principales variations :
- L’adaptateur – La conception d’un adaptateur varie d’un fabricant à l’autre. En outre, pour le même numéro de pièce de turbo, chaque adaptateur va posséder des caractéristiques légèrement différentes (épaisseur de la paroi moulée, épaisseur du plateau, propriétés exactes des matériaux). Par conséquent, chaque adaptateur produira une variation légèrement différente durant la phase préparatoire par rapport à la vibration originale, éliminée par la machine du fabricant. La conception de l’adaptateur et les vibrations subséquentes vont donc varier d’un adaptateur à l’autre.
- Force de serrage – Il est possible que le même CHRA produise des graphiques légèrement différents en serrant davantage le CHRA dans le carter, étant donné que cela a une incidence sur le transfert de vibrations du CHRA vers la machine. Les forces de serrages varient d’une machine à l’autre et d’un opérateur à l’autre :
- Étant donné que les adaptateurs utilisent une fixation de type taper lock, de faibles variations de fabrication des composants coniques produiront des forces de serrage très différentes qui varieront d’un adaptateur à l’autre
- Différents opérateurs utiliseront différentes forces de serrage pour le CHRA
- Les différents designs coniques des fabricants de machines produiront différentes forces de serrage
Prenant cela en considération, il serait en effet très difficile d’obtenir un graphique d’équilibrage identique pour le même CHRA avec deux équilibreuses différentes.
La problématique selon laquelle un CHRA déjà équilibré fournira des lectures différentes sur des machines distinctes n’a donc pas de réponse simple. Pour une question de régularité, Melett utilise des équilibreuses Turbo Technics pour toute notre fabrication de CHRA. Afin d’enquêter davantage sur ce problème, nous avons acheté aussi bien la machine CIMAT que la machine la Schenk et les avons installées dans notre service technique afin que toutes les réclamations relatives à l’équilibrage soient examinées sur des machines adaptées.
Il faut noter qu’à titre général, les variations d’une machine à l’autre ne devraient pas être si élevées car les machines sont conçues pour obtenir le même résultat.
Pourquoi faut-il équilibrer les ensembles tournants ?
L’industrie de réparation des turbos est un marché mondial bien établi qui remonte aux années 60. Jusqu’à la fin des années 90, le marché de réparation des turbos s’occupait majoritairement de la réparation des plus gros turbos des véhicules commerciaux. Depuis l’explosion des moteurs turbos diesels à rampe commune pour les voitures particulières et la récente tendance à réduire la taille des moteurs essence via la turbocompression, l’industrie de réparation s’est aussi développée afin de s’occuper du volume croissant de turbos plus petits. Par conséquent, la demande d’équilibrage à grande vitesse a considérablement augmenté.
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.
Fournisseurs d'équilibreuses VSR
Chez Melett, on nous demande souvent de recommander des fournisseurs d’équilibreuses VSR pour la réparation des turbos
Plusieurs fabricants de machines fournissent à l’heure actuelle l’Aftermarket de turbo. Les prix des machines sur le marché varient énormément et celles-ci ne fonctionnent pas toutes exactement de la même manière. Nous vous recommandons de regarder les machines disponibles et de choisir celle qui correspondra à vos attentes et votre budget.
Les trois compagnies citées ci-dessous sont connues de Melett et nous les considérons comme des partenaires industriels. Par conséquent, cette analyse s’estime objective.
![]() Turbo Technics |
Turbo Technics are a UK company who have been offering their VSR machines since the 1990’s. Many long established turbo repair companies recognise Turbo Technics as the founder of the VSR machine and the brand is well established in the market. The company owner – Geoff Kershaw – originally developed the machine when working for Garrett and developing the turbocharger for Saab back in the 1980’s. Turbo Technics also supply some of the turbo OEM companies with special machines developed for mass production.Melett operate a range of Mark 4, Mark 4P and Mark 4SA Turbo Technics VSR machines in our CHRA production department, covering volume production runs and flexibility with adapters. Turbo Technics have developed a good range of adapters for the various machines. The machine prices tend to be in the middle range of machines available. |
![]() CIMAT |
CIMAT is a well-established Polish company who has been producing balancing machines for over 30 years. Their product range covers many industries from balancing small rotors through to large rotors for generators weighing several tonnes. As a specialised offering, CIMAT has developed a range of balancing machines specifically for the turbocharger aftermarket, offering everything from rotor balancers to high speed VSR machines and twin machines, incorporating both balancers in one unit.The company is well known throughout Europe and has a large customer base in the industry. Since 2007, Melett has had a good relationship with CIMAT as the company has acted as the Melett distributor in Poland, supplying both machines and Melett repair parts. CIMAT has a good reputation for customer service and has a good range of adapters, which give coverage to many turbo models. CIMAT machines are priced competitively and are usually one of the lower priced machines on the market. | ![]() Schenck |
Schenck is by far the largest rotor balancing machine manufacturer in the World. With a head office is Germany, the company has a large global presence supplying all sizes of machines to many different industries including automotive, aerospace and power generation. As part of their organisation, Schenck have a Turbocharger Division which is focussed mainly on OEM turbocharger manufacturers, supplying fully automated turbine and compressor wheel rotor balancers as well as fully automated, pallet loadable CHRA balancers for high volume OEM production.For the turbocharger aftermarket, Schenck offers a rotor balancer, which is very popular with turbo repairers for re-balancing turbine and compressor wheels. Schenck also offer a workshop VSR balancing machine. The range of adapters tends to be limited although this may have improved. As World leaders, their machine is one of the higher priced in the market. |
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