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Ce document a été numérisé par le CRDP de Bordeaux pour la Base Nationale des Sujets d’Examens de l’enseignement professionnel. Campagne 2012 Ce fichier numérique ne peut être reproduit, représenté, adapté ou traduit sans autorisation. TURBOCOMPRESSEUR A GEOMETRIE VARIABLE Examen : BREVET DE TECHNICIEN SUPERIEUR SESSION 2012 Spécialité : APRES-VENTE AUTOMOBILE Code : AVE4SCP Épreuve : E4 ANALYSE DES SYSTEMES ET CONTROLE DES PERFORMANCES Durée : 6h Coef : 4 BTS AVA ANALYSE DES SYSTEMES ET CONTROLE DES PERFORMANCES Composition du sujet : Dossier ressource ............ pages A1/15 à A15/15 Dossier questions ............. pages B1/10 à B10/10 Dossier réponses .............. pages C1/6 à C6/6 Il est recommandé de lire rapidement la totalité du dossier ressource. Les différentes parties du sujet sont indépendantes, mais il est préférable de suivre la progression proposée pour bien répondre à la problématique posée. Le dossier réponses est à compléter et à joindre aux feuilles de copie. Barème / 200 Parties 1, 2 et 3 – Organisation des composants, démarche de diagnostic, étude du circuit d’air et du schéma électrique Question 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2.1 3.1 3.2 Points 5 4 5 5 5 6 5 5 Partie 4 – Étude thermodynamique du circuit de suralimentation Question 4.1.1 4.1.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.3.1 4.3.2 4.4.1 4.4.2 Points 4 4 3 3 3 3 4 4 4 4 Question 4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.5.4 Points 4 4 3 3 Partie 5 – Étude de l’écoulement dans la turbine Question 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.3 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4 Points 3 4 3 4 4 4 3 3 4 4 4 Partie 6 – Étude mécanique de la commande de régulation du turbocompresseur Question 6.1.1 6.1.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4 Points 3 3 3 2 2 2 4 4 4 3 Parties 7 et 8–- Analyse du capteur de recopie, contrôles et remise en conformité Question 7.1 7.2 8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.2 Points 6 6 6 8 6 8 AUCUN DOCUMENT N’EST AUTORISE Base Nationale de l'Enseignement Professionnel Réseau SCEREN BTS AVA Analyse des systèmes et contrôle des performances session 2012 code : AVE4SCP Dossier questions Page B1/10 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 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. 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 ? Base Nationale de l'Enseignement Professionnel Réseau SCEREN BTS AVA Analyse des systèmes et contrôle des performances session 2012 code : AVE4SCP Dossier questions Page B2/10 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 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 réponse 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). Base Nationale de l'Enseignement Professionnel Réseau SCEREN BTS AVA Analyse des systèmes et contrôle des performances session 2012 code : AVE4SCP Dossier questions Page B3/10 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 thermodynamiques Type de moteur DW10BTED4 Nombre de cylindres n = 4 Cylindrée totale 1997 cm3 Alésage x course 85 x 88 (mm) Rapport volumétrique ε = 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 γ = 1,4 Schéma pneumatique du circuit de suralimentation en air 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. 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 ρ1 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 γ γ p p = T T 1 1 2 1 2is −         . 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 ηis_comp = 0,7. On rappelle que ηiscomp= T2is−T1 T 2r−T 1 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 ρ2 de l’air en sortie du compresseur. Base Nationale de l'Enseignement Professionnel Réseau SCEREN BTS AVA Analyse des systèmes et contrôle des performances session 2012 code : AVE4SCP Dossier questions Page B4/10 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 ρ3 = 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 uploads/s1/ce-document-a-ete-numerise-par-le-crdp-de-bordeaux-pour-la.pdf