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Pour la petite histoire l'invention du turbo s'est faite au début du 20ème siècle vers 1905 par Alfred Büchi qui est un ingénieur suisse.

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Voici le fameux turbocompresseur, dont le rôle est de mieux faire respirer le moteur.

Pour schématiser, un turbocompresseur est une turbine composée de deux hélices reliées entre elles.

Le principe du turbo est le suivant, les gaz d'échappement rejetés par le moteur font tourner une hélice (en rouge sur le schéma). Cette ailette est reliée par un axe à une deuxième hélice (en bleu) qui aura comme rôle de compresser de l'air. C'est cet air compressé qui sera envoyé dans le moteur, ce qui augmentera le taux d'oxygène ainsi que la pression dans la chambre de combustion, favorisant ainsi la puissance.

La pression peut être régulée par l'électronique via le wastegate, voir plus bas pour plus de détails.

A noter que si un moteur peut atteindre quelques milliers de tours/minute (voir votre compte tour), il faut préciser que la turbine d'un turbo peut dépasser sans problème 200 000 tours par minute ! Ce qui représente une fréquence très importante, montrant ainsi les contraintes que peuvent subir les ailettes ... Ailettes qui peuvent être mobiles, ce que l'on appelle alors turbo à géométrie variable.

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Intercooler / échangeur ?

Pour accroître largement les capacités d'un turbo, il faut pouvoir refroidir l'air compressé. En effet, il faut savoir que tout gaz que l'on compresse gagne en température (c'est même le principe de base de la climatisation), c'est un phénomène physique élémentaire. Hélas, envoyer de l'air chaud dans le moteur n'est pas génial, cela réduit considérablement l'intérêt d'un turbo ...

Pour palier à cela, on a inventé l'intercooler qui permet tout bêtement de refroidir l'air compressé par le turbo avant de l'envoyer dans les chambres de combustion.

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En bas le circuit plus en détails pour les curieux

img 07L'ailette de la turbine finit par s'user à force d'être percutée par les particules des gaz d'échappement.

img 08Voici le turbo connecté au collecteur avec en haut à gauche le wastegate

Wastegate / actuateur / soupape de décharge ?

Pour éviter qu'il y ait une surpression qui exploserait le turbo, les ingénieurs ont installé un système qui permet d'évacuer le surplus de pression, cela s'appelle le Wastegate. Son rôle est donc d'évacuer toute pression excédentaire de celle tolérée par le circuit de suralimentation. Sachez qu'il peut être directement intégré au turbo ou alors être séparé de celui-ci.
De plus, c'est l'électronique qui commande cette dernière par le biais d'une électrovanne. On peut donc modifier le comportement de celui-ci (accepter plus ou moins de pression) pour obtenir plus de puissance, ce que l'on appelle généralement un reparamétrage de la cartographie moteur (le réglage de la pression est l'un des paramètres, comme la pression à l'injection).

Booster son turbo

Deux moyens permettent d'accentuer les possibilités de son turbo :

  • Modifier le wastegate permet d'accroître la pression du turbo (attention, cela doit être fait par des professionnels, une reprogrammation est généralement requise)
  • Changer l'intercooler pour un modèle plus gros : plus l'air sera refroidi avant son entrée dans le moteur, plus vous aurez de puissance.

Compresseur VS Turbo

Le compresseur (plus rare), reprend le principe du turbo. Cependant, il ne se "nourrit" pas de l'énergie dégagée par les gaz d'échappement mais utilise directement l'énergie mécanique du moteur. De ce fait, il ne peut pas tourner aussi vite qu'un turbo (les gaz d'échappements permettant des rotations très élevées). Cependant, chacun a ses avantages et inconvénients : un compresseur (Supercharger en anglais) fonctionne plus tôt dans les tours mais est limité en vitesse de rotation tout en prenant de l'énergis au moteur (il y a forcément une résistance). Un turbo se déclenche plus tard car en bas régime les gaz d'échappement ne sont pas assez puissants (il y a donc généralement un creux de puissance en bas régime) mais peut en revanche faire des miracles dans les hauts régimes. On peut donc dire qu'un turbo a plus de capacités mais qu'en contrepartie un compresseur permet de gagner en couple dès les plus bas régimes.

De plus, certains constructeurs ont opté pour deux turbos, chacun calibré pour une tâche différente. Un petit s'occupe des bas régime et l'autre des hauts régimes, et d'autres vont même jusqu'à implanter 3 turbos (BMW : 550d)

A géométrie variable ?

Les turbos dernières générations contiennent des ailettes (l'hélice pour parler simplement) rotatives que l'on appellera alors turbo à géométrie variable. L'avantage est de rendre encore plus efficient le turbocompresseur en faisant varier l'inclinaison des ailettes selon la vitesse de l'air qui s'engouffre. On peut comparer cela aux ailes d'un avion qui ont des volets mobiles, en fonction de leur position on agit sur l'aérodynamique.

Le développement du Turbo à Géométrie Variable (« TGV ») a été motivé par la nécessité d’une réponse plus rapide de suralimentation. Les grandes turbines à débit élevé, bien que puissantes et performantes à un régime constant, ne sont pas aussi réactives et n’offrent pas autant de couple moteur à basse vitesse que les turbines à faible débit. Pour surmonter ce problème, le TGV régule la circulation des gaz d’échappement au niveau de l’entrée de la turbine, ajustant ainsi le débit afin d’optimiser la puissance de la turbine en fonction de la charge demandée. Autrement, un petit turbocompresseur aura un temps de réponse très court et sera efficace dans les faibles régimes. Par contre, il ne pourra pas délivrer un débit élevé à haut régime. En revanche, un gros turbocompresseur fournira ce débit élevé à haut régime, mais sera long à mettre en régime. Il aura donc un temps de réponse inacceptable (" temps mort " entre le besoin du conducteur et l'arrivée de la pression).

Le TGV permet d'élargir la plage du régime d'utilisation. Une variation de la position des ailettes " transforme " la turbine.

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La flèche en blanc indique les petites ailettes mobiles. Elles sont donc à géométrie variable.

Le turbo ami du downsizing

Avec l'injection haute pression, le turbo est l'un des piliers permettant la réduction de la cylindrée qui est de plus en plus à la mode pour réduire les consommations en carburant.