Types de turbocompresseurs

Il existe plusieurs types de turbocompresseurs utilisés dans le secteur automobile :

  • Turbos simples
  • Turbos doubles
  • Turbo à double entrée
  • Turbo à géométrie variable
  • Turbo à double entrée variable
  • Turbo électrique

Turbos doubles

Les turbocompresseurs simples sont ceux que connaissent la plupart des gens. Il est possible d’obtenir des caractéristiques de couple complètement différentes en variant la taille des éléments du turbo. Les grands turbos fournissent une puissance plus importante au régime maximal alors que les plus petits tournent plus vite et fournissent une meilleure puissance à bas régime. Il s’agit d’un moyen économique pour augmenter la puissance et l’efficacité du moteur. Toujours plus populaires, ils permettent aux petits moteurs d’être plus performants en atteignant la même puissance que les moteurs atmosphériques plus grands, tout en restant plus légers. Ils ont toutefois tendance à donner de meilleurs résultats dans une plage de régime étroite et les conducteurs font souvent l’expérience d’une latence avant que le turbo ne commence à fonctionner dans sa plage de régime idéale.

Turbos doubles

Comme leur nom l’indique, les turbos doubles impliquent l’ajout d’un deuxième turbocompresseur à un moteur. Pour les moteurs V6 et V8, il est possible d’affecter un turbo simple sur chaque ensemble de cylindres. Sinon, il est possible d’utiliser un plus petit turbo à un régime plus faible associé à un plus grand turbo pour les régimes plus élevés. Cette deuxième configuration (aussi appelée double turbocompression séquentielle) donne accès à une plage de régimes plus étendue et à un meilleur couple à bas régime (en réduisant la latence), mais donne également de la puissance à un régime élevé. Sans surprise, avoir deux turbos augmente considérablement la complexité et les coûts associés.

Turbo à double entrée

Les turbocompresseurs à double entrée requièrent un carter de turbine dont l’entrée est divisée et un collecteur d’échappement qui associe les bons cylindres du moteur avec chaque entrée de manière indépendante. Par exemple, dans un moteur à quatre cylindres (avec un ordre d’allumage 1-3-4-2), les cylindres 1 et 4 alimenteraient une volute du turbo alors que les cylindres 2 et 3 alimenteraient une volute séparée. Cette configuration permet d’acheminer plus efficacement l’énergie des gaz d’échappement vers le turbo et contribue à fournir un air plus dense et plus pur à chaque cylindre. La turbine d’échappement reçoit donc plus d’énergie, ce qui signifie plus de puissance. Là encore, la complexité d’un système nécessitant des carters de turbines, des collecteurs d’échappement et des turbos complexes entraîne des coûts élevés.

Turbocompresseurs à géométrie variable (TGV)

En règle générale, le carter de la turbine des TGV comprend un anneau d’ailettes de forme aérodynamique au niveau de l’entrée. Dans les turbos des voitures de tourisme et des véhicules utilitaires légers, ces ailettes tournent pour faire varier l’angle de tourbillonnement du gaz et la section transversale. Ces ailettes internes modifient le ratio section sur rayon (S/R) du turbo pour qu’il s’adapte au régime du moteur et permettent ainsi d’obtenir des performances optimales. À bas régime, un ratio S/R faible permet au turbo de tourner rapidement en augmentant la vitesse des gaz d’échappement. Pour un régime plus élevé, le ratio S/R augmente, augmentant ainsi le débit d’air. Par conséquent, le faible seuil de suralimentation diminue la latence du turbo et permet d’obtenir une plage de couple large et douce.

Si les TGV sont plus largement utilisés sur les moteurs diesel, en raison de la température plus faible des gaz d’échappement, leur utilisation reste, à ce jour, limitée pour les applications des moteurs essence à cause de leur coût et de la nécessité de fabriquer des composants à partir de matériaux exotiques. La température élevée des gaz d’échappement implique que les ailettes soient fabriquées à partir de matériaux exotiques résistant à la chaleur pour éviter tout endommagement. Voilà pourquoi ils sont généralement réservés à des applications pour des moteurs haute performance de luxe.

Turbocompresseur à double entrée variable (DEV)

Comme son nom l’indique, un turbocompresseur DEV associe les avantages d’un turbo à double entrée et d’un turbo à géométrie variable. Pour cela, il est possible d’utiliser une soupape pour rediriger le débit d’air rejeté vers une seule volute, ou de faire varier l’ouverture de la soupape pour obliger les gaz d’échappement à se séparer dans les deux volutes. La conception du turbocompresseur DEV constitue une alternative plus solide et bon marché aux turbos TGV, en représentant une option viable pour les applications des moteurs essence

Turbocompresseurs électriques

Un turbocompresseur électrique s’utilise pour éliminer la latence du turbo et seconder un turbocompresseur classique à bas régime, là où il n’est pas le plus performant. Pour cela, il faut ajouter un moteur électrique qui augmente la vitesse de rotation du compresseur du turbo dès le démarrage et à bas régime, jusqu’à ce que la puissance du volume d’échappement soit assez élevée pour faire fonctionner le turbocompresseur. Cette approche élimine la latence du turbo et augmente considérablement la plage de régimes dans laquelle le turbo fonctionnera de manière efficace. Jusque-là, tout va bien. Il semble que les turbos électroniques soient la réponse à tous les aspects négatifs des turbocompresseurs traditionnels. Ils ont toutefois quelques inconvénients. La plupart concernent le coût et la complexité, puisque le moteur électrique doit être installé et alimenté, ainsi que refroidi pour éviter les problèmes de fiabilité.

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