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Le Turbo à Géométrie Variable / vue sur "FA" rubrique xtrail

 
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gegedelyon
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MessagePosté le: Ven 19 Nov 2010 - 15:18    Sujet du message: Le Turbo à Géométrie Variable / vue sur "FA" rubrique xtrail Répondre en citant

Le Turbo à Géométrie Variable
de AINHOA » Mar Oct 10, 2006 12:31 am
    .
                    Mise à jour faite le 20 janvier 2010

    Citation:

    Le Comité de Lecture a écrit:
                    Ce didacticiel est validé par le CDL



    J

      Ce post vient en complément des informations figurant dans le post intitulé « Le Turbo » et permet de mieux appréhender encore le fonctionnement d’un turbo à géométrie variable.

      Il offre également les explications et conseils nécessaires à ceux qui souhaiteraient le démonter en vue de sa maintenance (nettoyage notamment).

      Dans le cas présent, il s’agit d’un turbo de marque GARRETT type GT 1749 V équipant notamment une AUDI A4 Tdi.

      Le but d’un turbocompresseur étant déjà expliqué, je vais m’attacher dans un premier temps à préciser le but et le principe de fonctionnement du turbo à géométrie variable et, dans un second temps, à la façon d’opérer son démontage/remontage.


      Cette conception est née du problème rencontré dans les turbos d’ancienne génération dits « classiques » : En effet, avec les turbos classiques, la vitesse de rotation de la turbine d’échappement est étroitement liée au débit des gaz d’échappement. 

      Lorsque le régime moteur est bas, la turbine tourne doucement. Il faut attendre que le régime moteur soit à un niveau suffisamment élevé pour qu’une certaine vitesse de rotation soit atteinte par la turbine d'échappement, laquelle vitesse permet à un moment donné à la turbine située côté admission (appelée compresseur*) de « gaver » l’admission.
      * : Terme usité mais à ne pas confondre avec un autre système de suralimentaiton distinct du turbo et dénommé "compresseur".

      L’effet de ce genre de turbo étant surtout ressenti à moyen et haut régime, les ingénieurs ont donc planché afin de rendre un turbo efficace également à bas régime. Ainsi est née la géométrie variable.

    1 – Approche théorique et technique :

      1.1 - Principe fondamental :

      Il convient avant tout de bien comprendre le principe fondamental liant pression et débit.
      Un petit dessin valant mieux que mille explications :

        Dessin : Source VAG-Eng

      Sur ce dessin, le meunier dévie le cours d’eau vers la roue à aubes. En agissant ainsi, il concentre toute l’énergie du courant vers les aubes. Sa roue va donc tourner plus vite.
      S’il remet la porte en position initiale de repos, la force du courant sera alors partagée entre sa roue à aube et le canal parallèle. La roue tournera moins vite.

      Autre exemple : Un tuyau d’arrosage.

      Vous ouvrez le robinet à fond (débit X), un jet s’écoule à la vitesse " V ".
      Vous mettez à présent un réducteur au bout du tuyau (votre doigt par exemple) et ouvrez le robinet de la même manière, le jet portera plus loin. 
      En effet, le débit étant constant et si la section diminue, alors la vitesse augmente.

      Illustration :

        Schéma : source VAG-Eng

      En la matière, bien vouloir trouver en page deux le développement exposé par jimfells relatif à la relation existante entre pression et vitesse (théorème de Bernoulli).

      1.2 – Mise en évidence du principe :

      En sortant des cylindres, les gaz d’échappement vont être dirigés vers la tuyère du turbo. Celle-ci est en forme d’escargot dont le diamètre du conduit se réduit progressivement. Le but étant de concentrer progressivement le débit des gaz vers les aubes.



      Les gaz vont donc traverser les aubes et venir buter sur les pales de la turbine d’échappement et la faire tourner. La forme de cette dernière permet de recevoir les gaz et de les évacuer perpendiculairement à leur sens d’arrivée en direction du pot d’échappement. 


      Suivant leurs inclinaisons, les aubes vont modifier la section de passage des gaz. Souvenez-vous du tuyau d’arrosage !
      Là aussi, un schéma sera bien plus explicite :

        Schéma : Source VAG Eng

      Dans le schéma de gauche, l’angle est très fermé. Les gaz vont passer dans un conduit réduit et vont donc être canalisés puissamment vers les pales de la turbine d’échappement.
      Dans celui de droite, l’angle est assez ouvert. Les gaz passent dans un conduit plus large avant de frapper les pales.

      À bas régime, les aubes sont dans la position du schéma de gauche. Malgré le faible débit des gaz sortant du moteur, le « jet » de gaz est déjà puissant. Ceci a pour effet d'offrir une vitesse de rotation suffisamment élevée pour que de son côté le compresseur assure un gavage du moteur quasi instantané et ce, à la moindre sollicitation de la pédale d’accélérateur.

      Le moteur quant à lui ne prend pas pour autant des tours/min puisque c’est la quantité de carburant qui pilote tout (le diesel fonctionne en excès d’air). 
      À la différence des turbos « classiques », la moindre sollicitation de l’accélérateur à bas régime est immédiatement traduit par un gavage des cylindres

      À haut régime, les aubes sont dans la position du schéma de droite. Le débit général des gaz est suffisamment puissant pour entraîner la turbine à la vitesse nécessaire de gavage. Il n’est donc pas utile d’augmenter la pression par une fermeture d’angle des aubes. 
      En fait, il est heureux que l’angle puisse s’ouvrir car, dans le cas contraire, on se retrouverait rapidement avec une surpression terrible dans le conduit d’admission.

      1.3 – Mécanique de la géométrie variable :

      Sur le schéma ci-après, vous pouvez voir les différentes pièces en présence :
          Photo : Source VAG-Eng


      1.4 – Problèmes rencontrés sur ce genre de turbo :

      Contrairement à ce que l’on pourrait penser, ils ne sont pas si nombreux que cela et sont assez précisément ciblés.

      En premier lieu, si l’on prend la précaution de ne pas solliciter le turbo lorsque le moteur est froid, les paliers du turbo seront toujours correctement lubrifiés. Dans le cas contraire, l'huile n'aura pas le temps de monter aux paliers d'un turbo inutilement sollicité. 

      C'est la raison pour laquelle le constructeur demande de mettre une huile plus fluide par rapport aux diesels sans Turbo. 

      De la même manière, si on prend soin de ne pas couper le moteur après une phase de haut régime moteur, le turbo ne continuera pas à tourner rapidement sans lubrification.


      En adoptant ces principes, il y a de fortes chances que le turbo ait une durée de vie équivalente à celle du véhicule. Bien évidemment, tout cela suppose aussi l’utilisation de l’huile moteur préconisée mais çà, j’imagine que tout le monde est sensibilisé à ce respect.

      Le problème récurrent se situe dans l’encrassement du mécanisme de rotation des aubes. La suie mêlée aux gaz d’échappement peut, en effet au fil du temps, se cokéfier, former une calamine et bloquer les aubes, le plateau d’entraînement ou les différentes articulations afférentes.
      Il s’ensuit, si les aubes sont coincées en position « ouvertes », un manque de puissance à bas régime (les aubes ne se ferment plus et il est impossible d’avoir ce fameux « jet »). 

      Si elles se coincent en position « fermées », la pression sera donc très importante à haut régime et dépassera la valeur admissible par le moteur. Le calculateur sera informé de cette surpression via le capteur de pression de suralimentation G71 et ordonnera alors une mise en « sécurité » du moteur (limitation du débit d’injection du carburant à une valeur par défaut déterminée à l’avance). Vous conduirez alors un veau dépassant péniblement les 3000 trs/mn.

      Vous retrouverez la puissance dès lors que vous aurez stoppé le moteur quelques secondes puis redémarré. En effet, couper le contact équivaut à faire une remise à zéro (ou « reset ») du défaut ; Le moteur prend de nouveau les tours jusqu’à que vous arriviez à nouveau en surpression. Là, rebelote : signal du capteur de pression de suralimentation, calculateur, position « sécurité ».

      Je le précise de suite : Ces phénomènes ne sont pas aussi radicaux. Les aubes peuvent aussi se coincer dans une position intermédiaire. Il peut arriver également que la calamine, pas encore totalement fixée, vienne seulement perturber de manière aléatoire le système de géométrie variable.

      Quoiqu’il en soit, le problème se situe là.

      Quelles en sont les causes ? 

      Et bien elles sont diverses :

        - moteur utilisé trop souvent à bas régime : Le système de géométrie ne bouge pas suffisamment sur sa plage de mouvement possible, la calamine s’installe plus facilement. (C’est comme le corps humain : Même en vieillissant, il faut le bouger sinon il rouille et se raidit).
        - Avance incorrecte : le moteur dégage en permanence trop de fumées, la vanne EGR est contrainte d’en absorber excessivement lorsqu’elle est ouverte
        - Système EGR défaillant : le moteur absorbe –et donc rejette - trop de fumées.

      Il existe probablement d’autres causes possibles mais celles que je viens d’énoncer figurent parmi les plus courantes.
      Si certains parmi vous ont connaissance d’autres causes avérées, qu’ils s’expriment sans retenue.

      1.5 – Qui commande la géométrie variable ?

      En premier lieu, nous trouvons le calculateur puis l’électrovanne de pression de suralimentation N 75 et enfin la vanne de pression de suralimentation.

      L’électrovanne reçoit un signal électrique en provenance du calculateur. Suivant ce signal, elle régule en conséquence la quantité d’air aspirée par la pompe à vide. 
      Cette électrovanne est reliée à la vanne de pression de suralimentation par une durite dans laquelle circule donc de l’air aspiré.

      Le fonctionnement de cette vanne est assez simple.


      Dans la capsule, nous trouvons une membrane que l’on peut assimiler à un clapet, un ressort de rappel et une tige de commande.
      Suivant l’action de la N75, une quantité d’air est + ou – aspirée. En fonction du degré d’aspiration, la tige monte ou descend. Comme cette dernière est reliée au mécanisme de la géométrie variable…vous devinez la suite.

      Une défaillance de cette vanne influe donc sur le comportement du turbo et par conséquent sur la puissance du moteur. 
      La panne classique sur cette vanne réside souvent dans le défaut d’étanchéité de la membrane. En effet, si celle-ci n’est plus étanche, l’action de dépression ne pourra se réaliser (ou mal) et la tige ne pourra pas monter (ou pas assez). 

      J’ai vérifié in situ le mouvement de la tige de commande : Effectivement, suivant le régime moteur, la tige sort intégralement, peu ou pas de la vanne. 

      Pour répondre à la question initiale, la vanne n’est donc pas seule à commander la géométrie variable. Intégrée dans une chaîne de commande, elle en est le dernier maillon.

      1.6 – Le rapport entre Niveau de dépression et Régime moteur :

      Nombreux sont ceux qui se posent la question de savoir à quel niveau de dépression correspond la position des aubes et donc, le régime moteur.

      En comparant les deux photos et schémas ci-après, vous remarquerez que l’inclinaison des aubes est différente.
      Sur la première, bien qu'on ne la voit pas, la tige est sortie. Les aubes sont en position « ouvertes ».
      Ce sont leur position lorsque le moteur est à moyen et haut régime.
      C’est aussi la position des aubes lorsque le calculateur a ordonné une mise en « sécurité » (voir post sur N75) mais également lorsque le moteur est à l’arrêt.

        Schéma : Source VAG-Eng

      Sur la deuxième, la tige est rentrée, les aubes sont en position « fermées ». Il s’agit de leur position lorsque le régime moteur est bas. La dépression est exercée au maximum.



        Schéma : Source VAG-Eng


      Ainsi, pouvons-nous écrire : Dépression maxi = tige rentrée = aubes fermées = moteur à bas régime.



    2 - La maintenance : Démontage/remontage partiel du turbo.

      2.1 - Le démontage :

      uncited a écrit:


      Avertissement :

      Avant de procéder à son démontage, il est capital que les orifices d'entrée et de sortie d'huile du turbo soient obstrués par des bouchons ad hoc afin que des impuretés ne viennent se loger dans les étroits conduits internes de lubrification.





      Turbo en mains, il est préférable de débuter son démontage par la partie admission. Les vis ayant subi moins de contraintes thermiques -elles sont serrées moins fort aussi-, elles sont plus faciles à ôter. De plus, le dégagement du carter d'admission offrira davantage de place pour utiliser correctement les outils lors du démontage du carter d'échappement.

      Extraction du carter d'admission :
      A l'aide d'une clé de 8, débloquer dans un premier temps chacune des 6 vis puis les dévisser totalement en ayant pris soin au préalable de marquer la position du carter d'admission par rapport au corps du turbo. Ceci afin d'éviter après remontage sur le moteur de ne pouvoir ajuster la durite d'air admis.


      Une clé de 8 à oeil vous sera nécessaire pour accéder à au moins 2 vis.


      Extraire délicatement le carter d'admission afin de ne pas abîmer le mince joint torique d'étanchéité.




      Sortie de la vanne de commande (actuateur) de la géométrie variable.
      Extraire le clip de maintien de la tige de commande sur l'articulation de la géométrie variable. Un tournevis plat ou un pince à becs fins fait parfaitement l'affaire.



      A l'aide d'une clé de 10, dévisser les deux écrous de maintien de l’actuateur sur le turbo et sortir le tout.

      uncited a écrit:


      Ne toucher en aucun cas aux vis et molette situées sur la tige de commande ainsi qu'à la vis-butée située sur le corps du turbo. Elles servent à régler le débit de suralimentation. 

      Ce réglage est loin d'être simple car il combine plusieurs facteurs (dimensions respectives des deux aubes, pression voulue par le constructeur en rapport avec le moteur, données du calculateur moteur, etc.....). 

      Réalisé très finement, il nécessite des données techniques et un matériel que seuls les professionnels possèdent. C'est pour cela qu'il est difficile de changer cette vanne de commande sans passer par un établissement spécialisé.






      Sortie du carter d'échappement : 
      Avant de s'attaquer au démontage de cette partie échappement, pulvériser du produit dégrippant sur les vis et tout autour du carter (interstice) puis laisser agir le temps nécessaire.
      A l'aide d'une clé de 10, débloquer dans un premier chacune des 5 vis puis les dévisser totalement. Il n'est pas utile de repérer la position du carter par rapport au corps du turbo car il a une position unique (voir plus loin).
      Cependant, et pour parer à toute modification apportée à cette famille de turbo, il pourra être fait un petit repère. Des fois que....



      Le dégrippant ayant agi, le carter d'échappement vient sans difficulté. S'il reste collé malgré tout (rouille, calamine), tapoter doucement avec un marteau en plastique ou maillet en bois, tout autour du carter ; Il vient très facilement ainsi.

      Voici ce que nous avons alors :



      Le corps central du turbo :

      En Anglais, il répond à l'appellation de « CHRA » (Central Housing Rotary Assembly), 


      Détail de la pige située sur le corps du turbo et devant se loger dans le trou situé quant à lui en vis-à-vis sur le carter d'échappement :




      Extraction du système de géométrie variable (GV) :



      Sortir, en la soulevant à l'aide d'un tournevis par exemple, la couronne d'entraînement (appelée aussi unisson) des aubes de la GV :


      Seront extraites par la même occasion les 3 roulettes-guides et leur axe.

      Détail des roulettes-guide et leur axe :


      La couronne d'entraînement et ses roulettes-guide :



      A l'aide d'une clé Torx de 20, dévisser les 3 vis de maintien du plateau-support de GV (appelé nozzle en Anglais) et retirer ce dernier.
      Attention à ne pas égarer les 3 entretoises se trouvant dessous :


      L'envers du nozzle avec ses aubes (appelées également vannes) :



      L'ensemble des pièces constituant le système de géométrie variable :



      2.2 - Le nettoyage des pièces :

      L'idéal serait de posséder un bac à ultrasons et de plonger dans un bain l'ensemble des pièces constituant le mécanisme de GV.
      A défaut, laisser tremper les pièces dans un bain de trichloréthylène ou autre dégraissant du genre et nettoyer soigneusement les pièces avec un pinceau. 
      Insister sur les parties où les pièces sont en mouvement (axe des aubes, roulettes-guide et leur axe, couronne d'entraînement, mécanisme de commande situé sur le CHRA) sans oublier les divers pas de vis de la boulonnerie et de leur logement.

      Attention aux roues de turbine et compresseur : Éléments fragiles, il ne s'agit pas de les abîmer (torsion, cassure) en voulant les rendre brillantes tel de l'argenterie. 

      Examiner et éventuellement nettoyer le puits de l’actuateur de la GV. Des dépôts divers peuvent être présents et gêner le bon coulissement de la tige (et par conséquent le mécanisme de GV) 



      Enfin, et pour les adeptes du travail parfait, visser et dévisser plusieurs fois les vis d'assemblage (les « rôder ») afin de les débarrasser de toute trace de rouille, calamine ou autre élément susceptible de modifier le couple de serrage.

      Sécher les pièces tout aussi soigneusement que leur nettoyage.


      2.3 - Le remontage :

      Remonter les pièces dans l'ordre inverse de la dépose et en respectant les couples de serrages suivants :
      - Vis Torx de maintien du plateau de GV : ........3 N.m.. (0.3 daN.m)
      - Vis de maintien du carter d'échappement : .15 N.m ..(1,5 daN.m)
      - Vis de maintien du carter d'admission : .........5 N.m ..(0,5 daN.m)
      - Vis de maintien de l’actuateur sur support : ..8 N.m . (0,8 daN.m)


      En l'absence d'équidistance des vis de maintien du plateau de GV, son positionnement est unique.




      Une attention particulière devra être apportée lors de la repose du carter d'échappement sur le corps du turbo. En effet, outre la pige devant se loger sans l'orifice du carter, il faut impérativement veiller à ce que l'extrémité du guide de commande situé sur le CHRA aille se loger exactement dans son emplacement situé sur la couronne d'entraînement.




      Il faut donc ajuster à la fois la pige de positionnement et la commande de GV dans son logement.




      Lorsque les deux parties sont correctement emboîtées, manœuvrer la GV en butée de chaque côté doit s'effectuer très facilement et sans que l'on sente la moindre résistance.

      Remarque : Pour l'avoir testé, un emboîtage avec mauvais positionnement de la commande de GV n'interdit pas l'assemblage final.
      Aussi, et en cas de doute, ne pas hésiter à réitérer l'opération quitte à justement, mal positionner les pièces, afin de sentir la différence entre un bon et un mauvais positionnement de la commande de GV dans son logement.

      Conseils sur la visserie : S'agissant d'un second démontage, il a été apprécié que les vis d'assemblage du carter d’échappement aient été, lors de la fois précédente, légèrement enduites de graisse cuivrée. 

      On ne « barbouse » [© sylva16 [img]http://www.forum-passion-mecanique.fr//images/smilies/icon_wink.gif[/img] ] pas de graisse ; On les enduit légèrement et on les essuie dans un chiffon pour qu'il ne reste qu'une trace de lubrifiant dans le creux du filet. 

      Ci-après une vis lubrifiée mais non essuyée :



      Associée au « rodage » de la visserie, cette lubrification sera sans effet sur le couple de serrage et sera -surtout- appréciée lors d'un redémontage éventuel. 

      En l'espèce, il a été utilisé la graisse suivante qui, pour la visserie statique (c'est le cas ici), conserve ses propriétés jusqu'à + 1300 ° C




      Rien ne le préconise mais puisque le tube est à portée de mains et que tout est propre, déposer un peu de graisse (une petite noisette) sur l'orifice d'entrée de la tige de commande de l’actuateur et faire coulisser plusieurs fois la tige. Ce serait quand même dommage qu'un petit blocage ou ralentissement réduise voire annihile le bon fonctionnement de la commande de GV.... 




      Ici se terminent les opérations de démontage/remontage réalisables par un particulier désireux de nettoyer efficacement son turbo à géométrie variable.




    3 - Démontage/remontage intégral d'un turbo:


      A paraître prochainement. 


      A bientôt.

Dernière édition par AINHOA le Mar Juin 09, 2009 1:09 am, édité 15 fois.
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MessagePosté le: Ven 19 Nov 2010 - 15:18    Sujet du message: Publicité

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MessagePosté le: Ven 19 Nov 2010 - 17:47    Sujet du message: Le Turbo à Géométrie Variable / vue sur "FA" rubrique xtrail Répondre en citant

Super article, merci
C'est exactement le problème que ma femme et moi même rencontrons de plus en plus souvent le matin à froid sur le rav4:
mise en sécurité du moteur au démarrage (cela veut plus dépasser 2000trs et mou de chez mou, donc pas de turbo) et une fois le moteur chaud, arrêt et redémarrage et ça marche super après.
Même trop; une fois ou deux je me suis dit "tiens il pousse bien après son caca nerveux". faudrait pas que les aubes se coincent et n'aient plus tout leur débattement; ce qui expliquerait une légère surpression et donc une légère surpuissance.
Pas bon tout ça! Va falloir se pencher sur le problème et vite; seulement dans mon coin les vrais diésélistes sont loin, bien loin.
Cela faisait un moment que je me disais qu'il fallait que j'ouvre ce turbo, mais sans exemple précis de démontage j'osais pas.
Maintenant, je n'ai plus d'excuses mais cela me porte peine quand même. En plus je vous dis pas comme il est simple à extraire
sur le rav (à croire qu'il le font exprès chez toy)
A+

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gegedelyon
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MessagePosté le: Ven 19 Nov 2010 - 18:03    Sujet du message: Le Turbo à Géométrie Variable / vue sur "FA" rubrique xtrail Répondre en citant

  Regarde d'abord du côté de la vanne EGR  , c'est  ce qui "merdois" en 1 er  sur les diesels , utilise du carburant ht de gamme  1 plein / 2 ça améliore bien  le nettoyage du système aussi  bjour*3


http://www.problemauto.com/?63/La-vanne-EGR


http://mon.danstagueule.fr.free.fr/NRJrealiste/doc/neutraliser EGR.pdf




http://passion-suv.xooit.fr/t6130-EGR.htm#p22947

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poulou13
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MessagePosté le: Ven 19 Nov 2010 - 18:13    Sujet du message: Le Turbo à Géométrie Variable / vue sur "FA" rubrique xtrail Répondre en citant

merci pour ces articles 
toujours très instructifs 
je connaissait (en gros) mais c'est bon de relire 

POULOU 13
208 like 3000 km,
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Penser est trop difficile, c'est pourquoi la plupart des gens jugent."Carl Gustav Jung"
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MessagePosté le: Ven 19 Nov 2010 - 19:42    Sujet du message: Le Turbo à Géométrie Variable / vue sur "FA" rubrique xtrail Répondre en citant

Excellent !
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MessagePosté le: Ven 25 Mar 2011 - 20:49    Sujet du message: démonter turbo Répondre en citant

Bonjour , j'ai lu avec grand intêret l'explication du démontage du turbo Okay , le mien est le même, un GT1749V monté sur un moteur f9q renault 120cv, sauf qu'il pisse l'huile les bagues de bronze du palier d'axe doivent être usées, le moteur s'est emballé 2 fois en suivant , donc je l'ai refait, (chgt, pistons, segments, joint, vis, coussinets, injecteurs) la total, j'ai sorti le turbo, mais sur l'établi je n'arrive pas à sortir la roue à aube de la géométrie variable , ce sont trois vis torx 15 ou 20 que je n'ai pas encore réussi à bébloquer de peur de les casser.
quelle méthode utilisez vous pour ce faire, dégrippant WD40 ça marche pas, bain aux ultrason non plus, coup sur les têtes de vis non plus, j'ai pensé à dégripfroid de loctite 8040, qu'en pensez vous, avez vous un conseil une méthode pour les dévisser? Question
merci à vous de l'aide que vous m'apporterez.
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poulou13
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MessagePosté le: Ven 25 Mar 2011 - 21:12    Sujet du message: Le Turbo à Géométrie Variable / vue sur "FA" rubrique xtrail Répondre en citant

et bien , mon ami djmf9q, au vu de ce que tu avances , tu m'as l'air d'être un bon mécano 
pour ma part , je ne serai jamais en mesure de faire ce que tu fais 
j'espère pour toi que tu trouveras une solution 
a++++

POULOU 13
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MessagePosté le: Aujourd’hui à 06:58    Sujet du message: Le Turbo à Géométrie Variable / vue sur "FA" rubrique xtrail

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