Le turbo, également appelé turbocompresseur, est un composant essentiel des moteurs modernes, permettant d’améliorer leurs performances et leur efficacité énergétique. Même si le turbo constitue une pièce incontournable dans un véhicule, beaucoup d’automobilistes en ignorent le mode de fonctionnement.
Pour comprendre le fonctionnement du turbo, il faut saisir l’interaction entre ses composants principaux. Un turbocompresseur est composé de trois éléments principaux : la turbine, le compresseur et le palier central. La turbine et le compresseur sont reliés par un arbre mécanique.
Fonctionnement du turbocompresseur
Le turbo fonctionne selon le principe fondamental que l’énergie des gaz d’échappement du moteur, normalement rejetée dans l’atmosphère, peut être utilisée pour entraîner une turbine. Le processus débute lorsque les gaz d’échappement du moteur font tourner la turbine.
Ces gaz, sous haute pression, font tourner la turbine qui est reliée à un compresseur via un arbre mécanique. Cette turbine est reliée à un compresseur par un arbre commun. Le rôle du compresseur est d’aspirer l’air extérieur, de le comprimer et de l’envoyer vers le moteur. La principale fonction du compresseur est d’aspirer et de comprimer l’air avant de le diriger vers le moteur. Lorsque les gaz d’échappement atteignent la turbine, ils la font tourner à grande vitesse.
Le compresseur comprime l’air ambiant avant de le fournir aux cylindres du moteur. Ce processus de compression augmente la densité de l’air, permettant ainsi d’introduire plus d’oxygène dans les cylindres. Le palier central, une autre pièce maîtresse, assure la stabilité de l’ensemble et apporte un refroidissement nécessaire pour éviter une surchauffe.
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Le turbo, en augmentant la quantité d’air aspiré par le moteur, permet une meilleure combustion du carburant. Ce processus est connu sous le nom de suralimentation. Ce surplus d’air améliore le rendement du moteur en augmentant le taux de dioxygène (O2), essentiel à la combustion. Ce surplus d'air améliore le rendement du moteur en augmentant le taux de dioxygène (O2), essentiel à la combustion.
Cette suralimentation n’est pas constante, elle varie en fonction de la pression des gaz d’échappement. La vitesse de rotation du turbo est un élément crucial dans son fonctionnement. Elle dépend essentiellement du régime du moteur : plus celui-ci est élevé, plus le turbo tourne vite. La vitesse de rotation du turbo peut atteindre jusqu’à 280 000 tours par minute.
Avantages de la suralimentation
- Augmentation du couple moteur.
- Réduction de la consommation de carburant.
- Réduction des émissions polluantes.
Le régime de déclenchement d’un turbo
Le régime de déclenchement d’un turbo est un concept clé à comprendre. Il s’agit du moment où le turbo commence à fournir une suralimentation significative au moteur, généralement quand celui-ci atteint un certain nombre de tours par minute.
Ce régime varie en fonction du type de turbo et du moteur, mais dans la plupart des cas, il se situe aux alentours de 2000 à 2500 tr/min. Cependant, certains turbos modernes sont conçus pour se déclencher à des régimes plus bas, améliorant ainsi la réponse à bas régime et l’efficacité globale du moteur.
La technologie de géométrie variable
La technologie de géométrie variable est une innovation qui a considérablement optimisé le fonctionnement des turbos. Le turbocompresseur à géométrie variable (VGT) est une version avancée du turbo conventionnel. Son principal avantage réside dans la capacité de varier la taille de l’ouverture des ailettes de la turbine en fonction des conditions de conduite.
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L’objectif de cette technologie est d’optimiser les performances du véhicule sur une plage de régimes plus large, offrant une puissance plus douce et plus constante. Le VGT est équipé d’un mécanisme de contrôle sophistiqué qui ajuste l’angle des ailettes de la turbine.
À bas régime, les ailettes se ferment pour accélérer la rotation de la turbine, augmentant ainsi la pression de l’air comprimé et fournissant un couple plus élevé au moteur. Grâce à cette capacité d’ajustement, le VGT élimine le phénomène de « turbo lag« , qui est un léger délai entre l’appui sur la pédale d’accélérateur et la pleine réponse du turbo.
Turbo essence : spécificités
Le turbo essence fonctionne sur le même principe que le turbo diesel : il utilise l’énergie des gaz d’échappement pour augmenter la quantité d’air injectée dans les cylindres. L’architecture d’un turbo essence comprend en général deux ailettes : une turbine côté échappement et un compresseur côté admission. Les gaz d’échappement, en sortant du moteur, font tourner la turbine.
L’essence et le turbo entretiennent une relation complexe, principalement due à la résistance thermique. Un moteur essence peut atteindre des températures de gaz d’échappement allant jusqu’à 1000°C. Cette chaleur extrême nécessite une gestion précise pour éviter d’endommager le turbo. Le turbo essence est également équipé d’un système de refroidissement pour faire face aux températures élevées des gaz d’échappement. Pour optimiser le fonctionnement du turbo essence, les constructeurs ont mis au point des systèmes de géométrie variable.
Dans un moteur essence, la combustion se produit via un mélange air/carburant. Plus ce mélange est riche en oxygène, meilleure est la combustion. Il est essentiel de noter que chaque modèle de voiture peut avoir des spécificités concernant le rapport entre l’essence et le turbo. L’intercooler joue un rôle crucial ici.
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Signes d'un turbo en bon état
- Performance régulière du moteur.
- Absence de fumée colorée à l’échappement.
- Absence de bruit inhabituel lors de l’accélération.
Pour un contrôle plus approfondi, il est possible de vérifier manuellement l’état des ailettes de la turbine. Il est recommandé de faire vérifier régulièrement le turbo par un professionnel de l’automobile pour s’assurer de son bon fonctionnement et prévenir les pannes.
Quand changer votre turbo ?
Changer votre turbo n’est pas une opération à prendre à la légère et ne doit être effectuée que lorsque certains signes spécifiques se manifestent. Une consommation excessive d’huile, une perte de puissance significative ou encore l’apparition de fumée colorée à l’échappement sont autant d’indicateurs qu’un changement de turbo pourrait être nécessaire. Cependant, il est essentiel de confirmer ces symptômes par un diagnostic professionnel. Le kilométrage de votre voiture peut également être un facteur déterminant.
Comment prolonger la durée de vie d'un turbo ?
Prolonger la durée de vie d’un turbo nécessite une attention particulière à l’entretien de votre moteur. Voici quelques conseils :
- Laissez le moteur chauffer avant de solliciter le turbo.
- Laissez le moteur refroidir après une utilisation intensive, notamment après un long trajet à vitesse élevée.
- Surveillez les niveaux d’huile régulièrement.
- Faites des vidanges régulières selon les recommandations du constructeur.
- Contrôlez l’état des durites de turbo. Elles doivent être en bon état pour assurer une circulation optimale des gaz et de l’air.
Les symptômes d’un turbocompresseur défectueux
- Perte de puissance
- Fumée excessive
- Bruits inhabituels
- Augmentation de la consommation d’huile
- Surchauffe du moteur
- Témoin lumineux du moteur allumé
En cas de dysfonctionnement, il serait préférable de le remplacer. Respectez les intervalles de vidange d’huile : l’huile est essentielle pour lubrifier et refroidir le turbo. Laissez le moteur au ralenti avant l’arrêt : après une conduite prolongée, laissez le moteur tourner au ralenti pendant quelques minutes avant de l’éteindre. Faites entretenir le turbo régulièrement : assurez-vous de faire inspecter le turbocompresseur lors des entretiens réguliers de votre véhicule.
Histoire du turbocompresseur
Le turbocompresseur est un élément central du moteur, qui a été imaginé à la suite de nombreuses années de travail. L'objectif était de trouver un compromis entre l'augmentation de la puissance du moteur, la réduction de son poids et de sa consommation de carburant. C'est notamment après la 2nd Guerre Mondiale que l'essor du turbocompresseur a vu le jour.
En effet, un pas spécial a été franchi avec l'invention d'Alfred Büchi (inventeur suisse), qui a proposé en 1952 une solution qui combinait la turbocompression et l'échappement, permettant ainsi une augmentation énorme de la puissance du moteur qui s'élevait jusqu'à 40% pour l'époque ! Les entreprises automobiles ont considéré l'invention de Büchi comme un atout indéniable et bientôt les turbocompresseurs modernes ont été intégrés aux voitures de série.
À l'origine, les turbocompresseurs étaient installés dans les voitures de sport pour augmenter la puissance du moteur sans augmenter le poids du véhicule. C'est grâce aux sports automobiles que le domaine des turbocompresseurs a pu évoluer et se démocratiser. Effectivement, au début de l'histoire du sport automobile, les moteurs suralimentés ont été traités de la même manière que les moteurs atmosphériques. Les voitures de course à compresseur mécanique les plus célèbres sont la Bugatti Type 35C, l'Alfa Romeo P2, la Bentley 4,5 litres, l'Amilcar C6 et l'Auto Union Type C.
Cependant, dès 1938, il a été décidé d'uniformiser les règles du jeu pour les différentes conceptions en limitant la capacité des moteurs suralimentés. Lors des courses de Grand Prix, il a été établi, à l'origine, qu'un moteur de 3 litres avec un compresseur est équivalent à un moteur de 4,5 litres atmosphérique. Le facteur de capacité était donc de 1,5 et est resté à peu près au même niveau pendant des décennies, mais pas toujours dans les voitures de Grand Prix.
Déjà après la guerre, la capacité des moteurs suralimentés était limitée à 1,5 litre, l'Alpha 158 à compresseur triomphait alors sur la piste. En entrant dans la Formule 1 en 1977, l'équipe française Renault a développé un moteur turbocompressé V6 de 1,5 litre qui était, au départ, plus problématique que fiable. Mais ses concepteurs croyaient en l'avenir du turbo. Au cours des 2 premières saisons, la monoplace RS01 a marqué un total de trois points, mais déjà en 1979, il a remporté sa première victoire.
À cette époque, les conceptions de Cosworth dominaient enco re, avec quelques victoires de Ferrari. Ensuite, le turbocompresseur a disparu de la piste de la reine du sport automobile pendant 25 ans, de 1989 à 2014, pour revenir sous une forme entièrement nouvelle et est toujours standard aujourd'hui. Les moteurs ont une capacité de 1,6 litres selon la norme mondiale et sont soutenues par des systèmes hybrides. Ce mécanisme se compose de 2 parties principales - une turbine et un compresseur montés sur un axe. Les gaz d'échappement dirigés vers la turbine entraînent simultanément le rotor du compresseur, qui injecte plus d'air dans le cylindre.
Aujourd'hui, l'utilisation de turbos est devenue pratiquement une obligation notamment afin de respecter les normes anti-pollution et de diminuer la consommation. Néanmoins, le point négatif des moteurs équipés de turbos est le risque accru de pannes notamment avec les turbos plus sophistiqués à géométrie variable.
Dans ce cas, en cas de problème, vous avez le choix entre un turbo neuf, d'occasion ou en échange standard. Si vous voulez profiter de nombreuses années d'efficacité des turbines, vous ne devez pas éteindre directement le moteur qui a tourné à grande vitesse. Si c'est une voiture acheter en occasion, pensez à bien vous assurer que cet entretien est fait au préalable.
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