La Dump Valve...

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La DumpValve, un petit composant au rôle mal connu...

Le but est d'expliquer le fonctionnement et l'utilité de ce composant au sujet duquel on entend un peu tous et n'importe quoi. Entre les partisants du "ça améliore les reprises", ceux qui assurent qu'"on gagne graaave en perf" (chaque "a" supplémentaire au mot "grave" représentant environ 5ch de gagnés), les personnes qui annoncent que "ça sert à rien mais ça fait un super bruit" et les anxieux qui estiment que rouler sans dump valve met gravement en péril la survie de leur turbo, il n'est pas toujours aisé de séparer le vrai du faux.

Alors que choisir ? une belle HKS séquentielle ? Uns simple piston ? Une dump à recirculation ?
Dans cet article, tous vous est expliqué et vous pourrez vous-même définir quel est le meilleur modèle de dump valve pour VOTRE moteur.



I / Utilité et Fonctionnement

A / Utilité

Tout d'abord, un bref rappel sur le trajet de l'air dans le moteur turbo :
- l'air traverse le filtre à air
- il traverse ensuite le débimètre (dans le cas où il y en a un) qui permet au boitier électronique qui contrôle le moteur (appelé ECU) de connaître la quantité d'air qui pénètre à l'intérieur du moteur
- il passe ensuite à travers le turbo où il est comprimé
- il est refroidit en traversant l'échangeur (s'il y en a un)
- enfin, l'ouverture plus ou moins grande du (ou des) papillons d'accélérateurs et à une quantité plus ou moins importante d'air de pénétrer dans les cylindres

On ne trouve pas débimètre sur les moteurs gérés par un ECU utilisant, pour connaitre la quantité d'air ingéré par le moteur, des capteurs de température et de pression au niveau du collecteur d'admission.

On distinguera donc par la suiteles gestions utilisant un MAF sensor (acronyme utilisé pour "débimètre" en anglais) et celles utilisant un MAP sensor (acronyme utilisé pour "capteur de pression absolue du collecteur d'admission", toujours en anglais).

Lorsque le turbo tourne, il comprime l'air et bien sûr, plus il tourne vite, plus plus l'air sera comprimé. Prenons le cas du changement de rapport : l'accélarateur est ouvert en grand, le turbo se met à charger, la pression de suralimentation est atteinte, le moteur continue de monter en régime et il arrive au régime idéal pour passer au rapport supérieur (en général entre 6 et 8000 tr/min pour la majorité des moteurs). Là le condusteur entame son changement de vitesse et la première chose qu'il fait est donc de lever le pied de l'accélérateur. L'air comprimé par le moteur se retrouve donc d'un seul coup bloqué par le papillon qui vient de se fermer. Et c'est là que commencent les problèmes.

La colonne d'air située entre le turbo et le papillon est donc soudainement immobilisée. Pourtant le turbo ne s'est pas pour autant arrêter de tourner. Il continue donc à aspirer l'air extérieur, à le comprimer et à l'envoyer vers les cylindres... donc vers un papillon fermé. La colonne de gaz en aval du turbo va donc voir sa pression augmenter très rapidement et très fortement.
Les effets pervers d'un tel phénomène vont surtout porter préjudice au turbo. Cette supression en aval du turbo va générer des efforts supplémentaires sur la roue du compresseur et donc sur les paliers (ou roulements) du turbo. L'usure des paliers va donc être accélérée et la durée de vie du turbo sera racourcie. De plus cette soudaine supression va créer une onde de choc qui en venant impacter les ailettes de la roue compresseur risque de les endomager. Si la pression de suralimentation est déja élevée, l'onde due à la fermeture à la fermeture du papillon va jusqu'à produire une déflagration audible depuis l'habitacle. Bien sûr, cette surpression en aval du turbo va aussi avoir pour effet de diminuer le régime de rotation du turbo... mais nous en reparlerons plus loin.

D'autres phénomènes plus complexes se produisent, mais ce petit aperçu vous montre déja les risques encourus par votre turbo si vous roulez sans dump valve.
La dump valve (située en aval du turbo et en amont du papillon) permet donc de préserver la durée de vie du turbo en déchargeant la surpression due à la fermeture du papillon.

Son but n'est donc pas d'améliorer les performances mais de préserver la santé de votre turbo chéri...


Shéma de principe d'un moteur turbo avec MAF sensor :

B / Fonctionnement

Il existe plusieurs type de dump valve : à membrane, à simple piston ou double pistons . Les dump valve à membrane et celles à simple pistons fonctionnent rigoureusement de la même manière et celles à double pistons diffèrent vraiment que dans un seul cas de fonctionnement. Pour l'esplication, on s'appuira ici sur un modèle à simple piston.

La dump valve est relié au circuit d'air (aval turbo et amont papillon) via l'orifice noté 1 sur l'image ci-dessus. Pour le raccordement, en général on utilise un "T" pour faire une dérivation sur une des tubulures d'admission et ainsi pouvoir raccorder la dump valve facilement.
Le petit embout noté 2 est lui relié au collecteur d'admission en aval du papillon.
Enfin, les trous notés 3 servent à évacuer le surplus d'air dû à la surpression lors du changement de rapport (phénomène expliqué précèdemment). Le modèle présenté ci-dessus est un modèle couramment appelé "blow off valve" ou dump valve du type "open loop". En effet le surplus d'air est déchargé dans l'atmosphère, par opposition au dump valve "à recirculation" ou "closed loop" qui permettent de recycler l'air déchargée en le renvoyant dans le circuit d'air, en amont du turbo mais en aval du débimètre.
Chaque type de dump valve (blow off ou recirculation) a ses avantages et ses inconvénients, mais il faut savoir que d'origine, ce sont en général des modèles à recirculation et à membrane qui sont choisis (voir photos ci-dessous).

En fonctionnement, on distingue trois principaux cas (le déplacement du piston n'est pas représenté sur les shémas) :
Dans le premier cas, le piston est soumis de chaque coté à la pression de suralimentation (flèches rouges) qui ne bouge donc pas et est plaqué sur le fond de la dump valve par le ressort.
Dans le second cas, le piston est soumis d'un côté à une forte pression dû à la surcompression de la colonne gazeuse située entre le turbo et le papillon (flèche rouge), tandis que l'autre face du piston est dans un milieu de dépression puisque relié au collecteur d'admission (papillon fermé et haut régime de rotation du moteur, donc dépression). Ces deux actions combinés vont donc comprimer le ressort et en se déplaçant, le piston va donc ouvrir l'orifice de décharge (noté 3 sur la photo précédente) qui va permettre d'évacuer la surpression située en aval du turbo. L'air s'échappe donc et émet le "pschittt" caractéristique des dump valve type "blow off". Ce famuex bruit est souvent apprécié des amateurs . En général plus ce bruit est important, plus grand est le sourie du conducteur !
Enfin le dernier cas est celui du ralenti... et c'est sûrment le plus problématique. Le piston est à la fois soumis à une très faible pression (flèche rouge, environ 0,1 bar) au niveau de sa face reliée à la tubulure d'admission et à la fois soumis à une dépression (flèche verte, environ 0,5 bar pour 4 cylindres de 2L) au niveau de la face commandée par la pression du collecteur d'admission. Dans ce cas le piston va donc se déplacer légèrement jusqu'à ce que l'action conjuguée de cette pression et de cette dépression soit compensée par le ressort. Mais le déplacement du piston va suffire à entrouvrir l'orifice de décharge et ainsi créer une fuite dans le circuit d'air.
Pour éviter d'avoir cette fuite sans pour autant recourir à un ressort tarage extrêmement élevé qui au final s'avèrerait néfaste, il suffit de rajouter un étage à l'intérieur de la dump valve : en rajoutant un second couple piston/ressort au dessus du premier. Dans ce cas le piston qui est soumis à la faible pression du turbo ne bougera pas.

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II/ Ou placer sa dump valve ?

Juste après le turbo, ou après l'échangeur air/air.

En fait si la dump valve est de type "blow off", le fait de la monter avant ou après l'échangeur n'aura pas vraiment d'importance. Cela dépendra surtout de la place disponible, de la facilité d'accès ou de la simplicité d'installation.

L'emplacement d'une dump valve n'a d'importance que dans les cas des modèles à recirculation. En effet ceux-ci vont décharger l'air entre le turbo et le débimètre.

Dans ce cas là, il faut se rappeler que du fait de sa rotation, le turbo aspire un certain volume d'air. Or, lorsque la dump valve s'ouvre, une partie de l'air aspiré par le turbo sera celui "déchargé" par la dump valve. L'autre partie provient de l'air extérieur qui passe d'abord au travers du débimètre, et dont la température avant le turbo est généralement comprise entre 10 et 50°C.

Pour plus d'efficacité, il faut bien sûr que l'air soit le plus frais possible pour que, pour un même volume aspiré, il y ait plus d'oxygène qui pénètre dans le moteur (mais si, souvenez vous de vos cours de physique au Lycée !!! La densité, ça ne vous rappelle rien ? Plus l'air est frais, plus il est dense...).

Si on place la dump valve à recirculation juste en sortie de turbo (donc avant l'échangeur), l'air déchargé aura donc une température de l'ordre de 120 à 160°C (et oui, un compresseur ça réchauffe l'air de façon importante). En somme, une partie de l'air aspiré à ce moment là par le turbo sera très chaud, donc peu dense, donc pauvre en oxygène. Et pendant tout le temps du changement de rapport, la recirculation d'air deviendra un cercle vicieux qui réchauffera l'air de plus en plus (air plus chaud en entrée, donc plus chaud en sortie, donc l'air déchargée sera encore plus chaud, donc air encore plus chaud en entrée de turbo, et ainsi de suite).

En revanche, le fait de placer la dump valve APRES l'échangeur, permettra de décharger l'air dont la température sera relativement voisine de l'air passé au travers du débimètre, soit environ 40 à 60°C.

On évite ainsi le cercle vicieux aboutissant sur un réchauffement de l'air admis dans le moteur.

Voilà pourquoi il est toujours préférable de placer une dump valve à recirculation entre l'échangeur et le papillon comme l'exemple ci-dessous.

La dump valve est entourée en rouge et les flèches rouges décrivent le trajet de l'air : du collecteur d'admission (en amont des papillons et en aval de l'échangeur) à la dump valve, puis de la dump valve à l'amont du turbo.

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III/ Dump valve et gestion électronique

Une dump valve va avoir d'importantes conséquences sur le comportement d'un moteur au ralenti et au moment d'un changement de rapport. Il n'y a pas de modèle de dump valve qui ait la réponse à tout pour tous les moteurs : certains vont nécessiter l'utilisation d'un simple piston à recirculation tandis que d'autres obligeront à recourir à une blow off valve à double pistons par exemple...
Le choix du modèle du dump valve approprié à un moteur dépend principalement du type de gestion électronique utilisée. Dans certains cas, si le moteur est déja équipé d'une dump valve, le type d'origine sera à prendre en compte au moment de remplacer sa dump valve par un autre modèle.
Il y aura donc deux choix à faire :
- simple ou double piston
- blow off ou recirculation

On ne parlera pas des dump valve à membranes puisques celles-ci sont identiques dans leur fonctionnement aux modèles à simple piston. La seule différence réside dans leur prix de revient inférieur et dans leur incapacité à résister à de fortes pression de suralimentation.

A/ Conserver un ralenti optimal

Cela sous-entend un ralenti stable, sans oscillations de régime, et au mélange air/essence correctement dosé.
En fait la problématique, porte surtout ici sur le choix entre simple et double piston. Il va donc falloir distinguer quatre cas :
- le moteur dispose d'origine d'une blow off valve à simple piston
- le moteur dispose d'origine d'une dump valve d'origine à recirculation à simple piston
- le moteur dispose d'origine d'une dump valve à double piston
- le moteur ne dispose pas de dump valve d'origine

Dans le cas où il y aurait déja un modèle à membrane ou à simple piston, cela suppose qu'au ralenti une fuite est créée à l'admission en aval du turbo.

Cas numéro 1

Prenons le cas où on a une blow off valve à simple piston. Si l'ECU se sert d'un débimètre pour connaitre la quantité d'air pénétrant dans le moteur, alors le débimètre va indiquer à l'ECU qu'une quantité X d'air vient de passer, mais l'ECU lui sait qu'il ne faut en fait tenir compte que d'une quantité X-Y (puisque la dump valve crée une fuite Y) pour son mélange air/essence. Donc si on peut remplacer la dump valve d'origine par une autre dump valve, il faut en choisir une qui va aussi créer une fuite, sinon il y aura trop d'air dans le moteur au ralenti et le moteur tournera trop pauvre et selon la sophistication de l'ECU, cela peut aussi rendre le ralenti instable.
On conservera donc une blow off valve de type simple piston. Ce cas est assez rare et assez et en général on trouvera d'origine des dumpa valves à membranes ou à simple piston et à recirculation.

Cas numéro 2

Le moteur dispose d'origine d'une dump valve à recirculation à simple piston (schéma 2). Dans ce cas il faut savoir qu'au ralenti la pression de l'air en sortie de compresseur est identique (à quelques millibars près) à celle en entrée.
Donc le fait de tourner au ralenti va ouvrir la dump valve et une quantité Y d'air va être renvoyé en amont du compresseur. Le turbo va donc aspirer une quantité Z d'air égale à : quantité d'air Y déchargée par la dump valve et la quantité d'air X en provenance de l'air extérieur et passant donc par le débimètre.
En somme, seule cette quantité X compte puisqu'on peut considérer que la quandtité Y est recyclée en permanence (on pourrait imaginer qu'elle suit un trajet en aval turbo dump valve amont turbo aval turbo et ainsi de suite).
Si on remplace la dump valve simple piston par une double piston, il n'y aura plus de fuite, donc de recyclage. Mais comme on va se retrouver avec Z = X (puisque le moteur a toujours besoin d'autant d'air et qu'il n'y a plus de recyclage Y évoqué plus haut), il y aura toujours la même quantité d'air pénétrant dans le moteur et passant à travers le débimètre (schéma 3).

Enfin si on remplace un simple dump valve à simple piston à recirculation par une blow off simple piston, la problématique est différente. Cette fois en aval du compresseur il y aura toujours une fuite. Donc toujours une quantité d'air pénétrant dans le moteur égale à Z = X (débimètre) - Y (fuite).

En revanche, puisqu'on suprime le recyclage de la quantité Y en optant pour une blow off en remplacement de la recirculation, le débimètre verra passer une quantité d'air égale à Z (pénétrant effectivement dans le moteur) + Y (fuite). L'ECU va donc envoyer de l'essence pour une quantité d'air plus importante qui rentre réellement dans le moteur. On va donc tourner trop riche (voir schéma 1, sauf que dans ce cas, l'ECU ne s'attend pas à une telle configuration, d'où le problème).

Ca peut paraître obscur, mais si vous prenez le temps de relire calmement, tout vous semblera plus clair.
Sachez en tous cas que les gestions électroniques modernes pourront compenser un choix qui entraînerait un régime de ralenti trop élevé, mais que cela sera moins évident pour la richesse si l'écart est vraiment important avec un réglage correct (même avec la correction apportée grâce à la sonde lambda). Alors tant qu'à faire, autant ne pas créer de source de complication non ?

Cas numéro 3 et 4

Pour les moteurs disposant d'origine d'une dump valve à double piston (rare) ou ne disposant pas de dump valve la problématique est inversée : si une fuite est crée, le moteur va tourner trop riche et en général le ralenti va devenir instable. Là il faut donc avoir recours à une dump valve à double piston.

WAP sensor

Si l'ECU utilise un MAP sensor, alors la problématique se simplifie puisque l'ECU se base sur des mesures en aval du papillon (et donc du turbo et de la dump valve) pour connaître la quantité d'air ingérée et donc définir la quantité d'essence à injecter. Dans ce cas on pourra choisir n'importe quel type de dump valve.

NOTE : en aval tu turbo et en amont du papillon (donc là où se place la dump valve), la pression est TOUJOURS supérieure à la pression atmosphérique. Donc le moteur ne va pas aspirer d'impuretés au ralenti si on utilise une blow off à membrane ou à simple piston. Néanmoins la pression dans la tubulure d'admission sera très proche de la pression atmosphérique. Pour plus de sécurité, dans le cas de l'utilisation de ce type de dump valve, il ne sera pas superflu de mettre une petite mousse autour du ou des orifices de décharges.

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B/ Optimiser le changement de rapport :

La question qui se pose ici est de savoir s'il faut une dump valve à recirculation ou une blow off.

Comme pour un régime de ralenti, pour que cela ait un quelconque impact sur le comportement du moteur, il faut que ce qui se passe en amont du papillon soit "visible" par l'ECU. En d'autres termes, les gestions électroniques utilisant un MAP sensor ne sont aucunement affectée par le type de dump valve utilisé.
Dans leur cas on peut donc recourir au modèle permettant de "décharger" le plus rapidement, c'est à dire la blow off.

Seuls les moteurs gérés par un ECU utilisant un MAF (la majorité) seront concerné par ce qui va suivre.

Pour définir quel modèle offre les meilleures performances, il a simplement suffit de faire un comparatif. Pour ce faire, nous avons utilisé une voiture motorisée par un 4 cylindres turbocompressé développant, lors de l'essai, une puissance d'environ 360ch. Grâce à un système d'acquisition de données embarqué dans le véhicule, nous avons pu faire des relevés qui montrent nettement la différence entre les 2 modèles de dump valve et le pourquoi de cette différence. Nous nous sommes donc focalisé sur l'accélération de la voiture (évolution du régime moteur en fonction du temps) et sur la richesse du mélange air/essence (mesurée à l'aide d'une sonde large bande).

Le protocole d'essai est relativement simple : stabilisation à 4000 tr en 3ième puis accélération avec accélérateur ouvert en grand, changement de rapport à environ 7400 tr puis à nouveau à fond jusqu'à atteindre environ 6000 tr en 4ième.
Un simple changement de rapport comme lorsqu'on le fait lorsqu'on essaie de tirer le meilleur de son moteur, sur circuit ou en course d'accélération (le signal du capteur de position papillon, le Throttle Position Sensor ou TPS en anglais a aussi été enregistré).
La partie intéressante se situe au moment du changement de rapport et lorsqu'une fois en 4ième on réaccéleère à fond. Avant le changement de rapport les courbes sont bien sûr identiques.

Voilà ce qu'on obtient (GRAPH. 1).



A la fin de la période considérée, on voit donc que la recirculation offre un net avantage. En utilisant une dump valve à recirculation, on est parvenu au régimes de 5900tr/min en 4ième avec 2 dixièmes de seconde d'avance sur l'essai fait ici la blow off (ce gain tient compte du changement de rapport plus rapide de 9 centièmes de seconde pour l'essai avec la recirculation). Bien d 'autres essais ont été répétés plusieurs fois et à chaque fois les courbes montrent la même chose.
Sur une épreuve comme un 400m DA où on change en général 3 fois de rapport, ça représente un gain non négligeable quand on passe la ligne de chronometrage !!!


Voyons maintenant pourquoi on a un tel gain.

Pour ce faire, il suffit d'imaginer comment le calculateur va réagir dans chacun des cas. Avec une blow off, au moment du changement de rapport, le turbo continue à tourner à très haut régime et ralentit peu. Il continue donc à aspirer beaucoup d'air. Cet air passe évidemment à travers le débitmètre informe donc l'ECU que beaucoup d'air est en train de pénétrer dans le moteur. Par conséquent, l'ECU va décider d'injecter assez d'essence pour que la combustion se fasse dans de bonnes proportions. Mais lors du changement de rapport, le papillon est fermé et la blow off est ouverte, laissant ainsi s'échapper la majeure partie de l'air comprimé par le turbo. On va donc se retrouver avec un mélange de plus en plus riche à partir du début de changement de rapport. Cet "sur-richesse" va ensuite perdurer pendant quelques dixièmes de seconde une fois le rapport supérieur engagé et le papillon à nouveau ouvert en grand. Cette combustion beaucoup plus riche va aussi pénaliser le turbo puisqu'en libérant moins d'énergie elle ne permettra pas au turbo de remonter rapidement en régime.
Au final on va constater une espèce de temps de réponse de quelques dixièmes de seconde durant lesquels on aura l'impression que le moteur met du temps à débuter sa remontée au régime. Ce "trou" est assez facilement perceptible au volant.
J'oubliais un des effets secondaire peut être l'apparition de retour de flammes à l'échappement !! Les gaz d'échappement chauds et très chargés en essence imbrulée, vont se retrouver subitement au contact d'oxygène frais à la sortie de l'échappement, et cela peut entrainer l'inflammation de ces gaz. C'est très joli à voir ("maman, maman la voiture devant elle prend feu!") mais au final ça sert à rien et s'avère meme plutot néfaste...

En revanche, si on utilise une dump valve à recirculation, le phénomène de trou à la réaccélération sera beaucoup moins sensible.
Le turbo va là aussi continuer à tourner à haut régime durant le passage de vitesse, mais s'il va donc aspirer la même quantité d'air que dans le cas précédent, ici, seule une partie de cet air proviendra de l'exterieur et passera au travers du débimètre. La recirculation de l'air déchargé par la dump valve se chargeant d'apporter le complément.
On aura toujorus un pic de richesse au moment du chamgement de rapport mais il sera moins marqué et la pression de suralimentation remontera plus rapidement (VOIR GRAPH 2 ET 3).

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IV/ Conclusion :

Pour résumer, on peut dire que pour ceux qui ont un débimètre sur leur voiture, il faut choisir l'architecture interne de sa (nouvelle) dump valve en fonction de la configuration d'origine du moteur afin de conserver un ralenti impeccable, et il sera ensuite préfrable d'opter pour la recirculation si on recherche les performances optimales.
Pour ceux qui sont surtout fans du bruit de leur dump valve, le choix de la recirculation n'est pas pour autant à exclure, si le véhicule est équipé d'un filtre air de gros diamètre et non enfermé dans une boite à air étanche comme celle d'origine, alors le "pshiiiiittttttt" de la dump valve sera tout aussi audible, même si elle est à recirculation. Bien sur une blow off sera plus bruyante, mais le gain offert par la recirculation vaut largement la peine de se priver de quelques décibels de "pschiitttt"...

Enfin pour ceux dont l'ECU utilise un MAP sensor, le bon choix est la blow off, qui permettra de décharger plus rapidement. Ensuite, il suffit cette fois de choisir son modèle en fonction de critères comme la possibilité de réglage de la précontrainte du ressort de la dump valve (pour éviter les fuites sous forte pression de suralimentation), le design, le prix, ou encore... le bruit !

La dernière chose à préciser est que pour les moteurs dont la pression de suralimentation est faible (inférieur à 0.6 ou 0.7 bar) la dump valve n'est pas indispensable. Au moment du changement de rapport, l'augmentation de pression de la colonne gazeuse en aval du compresseur ne sera pas démesurée (donc pas de véritable impact sur la fiabilité) et le surcroît de pression qui sera ainsi disponible au moment où on rouvre le papillon relancera le moteur un peu plus vigoureusement. Comme sur ce genre de moteur, le turbo est en général petit (pour réagir rapidement), sa perte de vitesse sera compensée par ce mini overboost de quelques dixièmes de seconde et au final l'absence de dump valve peut améliorer les performances.

A vous de jouer maintenant que vous avez toutes les cartes en main pour faire votre choix !!!

source SRM

[Corrado1111 0]

une fois de plus t'as pas fait dans la dentelle, t'as du en passé du temps pour faire ça, merci pour ces informations, à vrai dire j'y comprenais pas grand chose en dumb valve, mais maintenant c'est un peu plus clair......