Dossier questions

Dossier questions Problématique Un constructeur constate qu'un nombre significatif de véhicules diesel
équipés d'un turbocompresseur à géométrie variable revient en concession
suite à des problèmes de dysfonctionnement moteur. Par une étude technique et scientifique, on cherche à déterminer la cause
probable de ce dysfonctionnement.
Analyse du dysfonctionnement 1 Informations communiquées par le client :
- Lors de la montée en régime, le moteur tourne irrégulièrement, la
montée en régime n'est pas progressive.
- Le moteur manque de puissance et ne réagit pas instantanément après
une action rapide sur la pédale d'accélérateur.
- Toutefois, à pleine charge et une fois lancé, le moteur délivre une
puissance normale.
- Le client n'a pas constaté la présence anormale de fumées à
l'échappement. Observations et tests réalisés par le réceptionnaire : - Poste de conduite : Aucun bruit de fonctionnement anormal, le témoin
« défaut mineur du calculateur moteur » est allumé au tableau de bord.
- Le système d'assistance au freinage fonctionne.
- Le carnet de bord indique un entretien régulier du véhicule.
- Compartiment moteur : Les connexions sont conformes, tous les raccords
pneumatiques sont en bon état.
- L'appareil de diagnostic indique que le calculateur moteur a
enregistré une incohérence de mesures au niveau de la régulation de
pression de suralimentation.
1 - Organisation structurelle et fonctionnelle des composants.
1
2 Etude du schéma du circuit d'air (documents ressource A2/15 et A3/15)
1.1 Sur le schéma fourni document réponse C1/6, en supposant que la
vanne EGR (4) est fermée, coloriez :
- le circuit d'admission en bleu ;
- le circuit d'échappement en rouge.
1.2 Un dysfonctionnement de la vanne EGR peut-il être à l'origine
des symptômes ressentis par le client ? Justifiez votre réponse.
Si cet élément était défectueux, quels seraient les symptômes
observables sur le véhicule ?
3 Etude du schéma électrique (documents ressource A8/15 à A10/15) 1.3 Sur le schéma électrique du document réponse C2/6, repérez en
les encerclant les capteurs et pré-actionneurs suivants relatifs
à la régulation de pression du circuit d'air du moteur :
- Capteur de recopie de position de turbo
- Électrovanne de régulation de pression de suralimentation
- Capteur de pression d'air de suralimentation
1.4 Repassez en rouge les liaisons électriques entre le calculateur
et ces trois éléments. 1.5 Complétez les colonnes du tableau page C3/6.
2 - Démarche de diagnostic
Un essai routier avec l'appareil de diagnostic embarqué a permis de mettre
hors de cause le capteur de pression de suralimentation. A partir de l'analyse des ressentis client et réceptionnaire et de
l'analyse structurelle qui vient d'être faite, on oriente la démarche de
diagnostic sur les éléments suivants : - échangeur air/air
- mécanisme de variation de la géométrie du stator de turbine
- poumon de commande de variation et son capteur de recopie de
position 2.1 Complétez le tableau du document réponse C3/6 en remplissant les
colonnes :
- liste des causes possibles de dysfonctionnements sur l'élément
considéré
- contrôles visuels ou signaux et / ou grandeurs physiques à
vérifier.
3 - Etude du circuit de commande par dépression 1 Schéma pneumatique de la commande de variation de géométrie du
turbocompresseur
3.1 Complétez le schéma pneumatique du système de commande de
régulation de la pression de suralimentation du document
réponses C4/6 en ajoutant les différents raccordements et
conduites pneumatiques.
Le constructeur indique une pression nominale absolue de commande de 0,3
bar (dépression de - 0,7 bar) moteur au ralenti.
3.2 Proposez dans le cadre du document réponse C4/6 une procédure
permettant de vérifier que la dépression arrive bien à
l'électrovanne (7) puis au poumon (9). 4 - Etude thermodynamique du circuit de suralimentation en air L'étude thermodynamique du moteur diesel turbocompressé a pour objectif de
montrer l'influence de l'échangeur air / air dans les symptômes décrits par
le client, ainsi que de déterminer les paramètres d'état des gaz
d'échappement dans le but de valider le fonctionnement du dispositif de
géométrie variable du stator de turbine.
Durant toute cette étude, l'air sera considéré comme un gaz parfait, et on
négligera la modification de ses caractéristiques liée à l'injection de
carburant et à la combustion de celui-ci
|Données techniques et |[pic] |
|thermodynamiques | |
| |Schéma pneumatique du circuit de |
|Type de moteur DW10BTED4 |suralimentation en air |
|Nombre de cylindres n = 4 | |
|Cylindrée totale 1997 cm3 | |
|Alésage x course 85 x 88 (mm) | |
|Rapport volumétrique ? = 17,6 / 1 | |
|Pression de suralimentation | |
|maximale absolue padm = 2,3 bar | |
|Puissance maximale 100 kW / 136 ch | |
|à 4000 tr/min | |
|Constantes de l'air, considéré comme| |
|un gaz parfait : rair = 287,1 | |
|J.kg-1.K-1 | |
|? = 1,4 | |
1 Travail préliminaire
4.1.1 Calculez les capacités thermiques massiques cv et cp de l'air. 4.1.2 Calculez la cylindrée unitaire (notée Vu) et les volumes aux
points morts haut et bas, notés VPMH et VPMB.
2 Détermination des paramètres d'état de l'air en sortie du compresseur
En aval du filtre à air, les paramètres d'admission sont : T1 = 288 K, p1 =
0,9 bar 4.2.1 Déterminez la masse volumique ?1 de l'air à l'entrée du
compresseur. Le constructeur indique une pression maximale absolue en sortie de
compresseur de 2,3 bar.
La compression de l'air est considérée comme isentropique. On rappelle que
pour une transformation isentropique, on a la relation [pic]
4.2.2 Déterminez la température théorique de l'air T2is en sortie du
compresseur.
Dans les conditions de fonctionnement du turbocompresseur, le rendement
isentropique de compression a pour valeur ?is_comp = 0,7. On rappelle que
[pic]
4.2.3 Déterminez la température réelle T2r de l'air en sortie du
compresseur. On donne à titre de vérification T2r = 414,5 K. 4.2.4 Calculez la masse volumique ?2 de l'air en sortie du
compresseur. 3 Etude de l'échangeur air / air
On fait l'hypothèse que la température de l'air au passage de l'échangeur
chute de 60 K de manière isobare. L'étude thermodynamique nous indique alors que la masse volumique de l'air
en sortie de l'échangeur est ?3 = 2,26 kg.m-3. En faisant l'hypothèse d'un rendement constant, on peut considérer que la
puissance maximale du moteur est directement proportionnelle à la masse
volumique de l'air admis dans les cylindres.
Si l'échangeur air / air était colmaté, la température de l'air ne
diminuerait pas à son passage et on retrouverait au point 3 la même masse
volumique qu'au point 2. 4.3.1 Estimez alors quelle serait la puissance maximale du moteur dans
ces conditions, ainsi que la variation de puissance en
pourcentage. 4.3.2 Cette baisse de puissance vous parait-elle cohérente avec les
symptômes évoqués par le client ? Que concluez-vous quant à
l'hypothèse d'un échangeur colmaté ? 4 Détermination du débit masse d'air traversant le moteur
Suite à l'étude précédente, on considère que l'échangeur air / air n'est
pas en cause.
La masse volumique de l'air à l'entrée des cylindres est ?3 = 2,26 kg.m-3.
On fait l'hypothèse qu'en raison de la suralimentation et de l'épure de
distribution, chaque cylindre admet à chaque cycle une quantité d'air frais
correspondant à son volume au point mort bas.
On donne VPMB = 529,33 cm3. 4.4.1 Calculez la masse d'air admise à chaque cycle pour l'ensemble du
moteur. 4.4.2 Déduisez le débit masse d'air traversant le moteur à un régime
de 3000 tr.min-1.
5 Etude énergétique du turbocompresseur
4.5.1 En exploitant les résultats précédents, calculez le travail
massique de transvasement wtr12 fourni à l'air par le
compresseur. 4.5.2 Calculer la puissance mécanique sur l'arbre du compresseur
Pmec_comp. On suppose que le rendement mécanique du turbocompresseur est ?m = 0,9. 4.5.3 Calculez la puissance mécanique prélevée sur la turbine
Pmec_turb. 4.5.4 Calculer le travail massique de transvasement wtr45 prélevé aux
gaz d'échappement par la turbine (attention au signe !) Sachant que la présence du catalyseur et du filtre à particules entraîne
une pression absolue en aval de la turbine estimée à p5 = 1,12 bar, une
étude thermodynamique et énergétique de l'écoulement dans la turbine permet
de calculer les valeurs suivantes : p4 = 3,375.105 Pa ; T4 = 520,04 K ; ?4 = 2,2598 kg.m-3 ; T5 = 379,49 K ; ?5
=