Essence ou diesel, le principe de la suralimentation consiste à forcer davantage d'air dans les cylindres pour augmenter le remplissage et donc le couple/la puissance. Quand on parle de bi-turbo, on évoque des moteurs équipés de deux compresseurs entraînés par les gaz d'échappement. Selon l’architecture et la stratégie de commande, on cherche soit à gommer le temps de réponse à bas régime, soit à maximiser le souffle en haut.

Les Différentes Configurations de Bi-Turbo

On distingue deux grandes familles de bi-turbo : le montage en série et le montage en parallèle. Les deux peuvent être pilotés de manière séquentielle, c’est-à-dire que les turbos n’entrent pas tous en action au même moment.

Montage en Série

Très utilisé sur des moteurs en ligne, il place les deux turbos l’un après l’autre dans le circuit. L’idée est simple : un petit turbo réactif à bas régime, puis un plus gros qui prend le relais quand le débit augmente. Des clapets/by-pass guident les gaz d’échappement (et l’air comprimé) vers le bon étage au bon moment. En montant dans les tours, on ouvre progressivement le volet pour alimenter le gros turbo. À haut régime, le petit devient un étranglement; on le court-circuite. Seul le gros turbo travaille.

Montage en Parallèle

Ici, deux turbos de taille équivalente sont montés sur des lignes d’échappement séparées, mais leur air comprimé se rejoint avant la tubulure d’admission. Cette solution s’impose naturellement sur les moteurs en V (un turbo par banc), même si on la rencontre aussi ailleurs.

Technologies Associées

  • Twincharger mécanique: Le célèbre 1.4 TSI Twincharger n’associe pas « un turbo et un compresseur électrique », mais un turbo exhaust classique avec un compresseur mécanique entraîné par courroie. Le compresseur souffle dès le bas du compte-tours, puis le turbo prend le relais quand le débit d’échappement suffit.
  • Compresseur électrique (e-booster): Sur certains diesels/essences modernes (alimentation 48 V), un petit compresseur électrique en amont réveille l’admission le temps que le(s) turbo(s) prennent le relais.
  • e-turbo: Le turbo intègre un moteur/générateur sur l’axe. Il peut accélérer la roue compresseur pour la réactivité, et récupérer de l’énergie au besoin.
  • Refroidissement (intercooler): bi-turbo = plus de débit = plus d’échauffement.
  • Twin-scroll ≠ bi-turbo: Un twin-scroll est un seul turbo à volutes séparées.

BMW TwinPower Turbo

Il faut savoir que l’appellation BMW TwinPower Turbo regroupe en réalité trois modes de suralimentation.

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  1. Le premier consiste en un moteur essence six cylindres en ligne de 306 ch (que l’on trouve sur les BMW 135i, 535i ou X5), doté d’un turbocompresseur couplé à deux flux d’échappement. Cela permet au compresseur de bénéficier d’un supplément de réactivité, tout en réduisant le poids de l’ensemble. Cela permet également à BMW d’obtenir davantage de puissance et de couple, tout en préservant la consommation.
  2. Mais le TwinPower Turbo peut également s’apparenter au moteur six cylindres que l’on retrouve sur les Z4 et 740i ou encore les 8 cylindres des 750i et autres X6 xDrive 50i, voire le 12 cylindres de la 760i.
  3. Place désormais à la génération des moteurs dit TwinPower Turbo avec de nouveaux moteurs monoturbo de type Twin-scroll (moteur N55).

Les moteurs dits TwinTurbo (N54) sont encore d’actualité mais uniquement sur les versions haut de gamme ou les modèles sportifs. V8, V12, L6, mais aussi L4 et bientôt L3 qui profiteront de ces nouvelles motorisations. Aussi BMW va devoir expliquer et séduire les clients, surtout les béhèmistes qui vont devoir s’habituer par exemple, au fait qu’une 528i ne sera plus propulsée par un L6 de 2.8 L ou 3.0 L atmosphérique mais par un L4 2.0 L TwinPower.

Les Différents Types de Turbo BMW

Pour offrir une expérience ultime à ses clients, BMW n’a cessé d’innover sur les turbos installés dans les moteurs de ses véhicules. Aujourd’hui, il existe toute une variété de turbo avec des technologies et des niveaux de performance propre à chacune.

Twin Turbo

Cette nouvelle technologie de la BMW lui a apporté un succès incroyable. Elle a remporté à quatre reprises le titre de «?Engines of the Year Awards?». Ses deux turbines possèdent des dimensions uniques et fournissent une même puissance. L’avantage premier de cette structure est la synchronisation des turbines qui permet d’atteindre le maximum du potentiel et de la puissance du moteur.

Twin Scroll

Nommé la technologie «?Twin Scroll?», il est apprécié pour sa capacité à booster la réactivité du compresseur. Cette qualité permet d’obtenir une double suralimentation pour une performance encore plus élevée. En plus, son mode d’installation nécessite moins d’espace et il reste complètement léger par rapport à ses paires. Grâce à l’association à l’injection directe haute précision et au système VALVETRONIC, ce Twin turbo entraine une augmentation de la puissance et du couple du véhicule.

Triturbo

Le point commun de ces différentes formes de conception et d’installation reste l’amélioration de l’efficacité et des performances des moteurs de voitures. Cette innovation présente l’avantage de combiner les meilleurs résultats qu’un véhicule peut avoir en termes de rendement énergétique. De plus, elle dispose d’une régularité de fonctionnement avec une consommation réduite. Ces qualités lui proviennent de sa structure. Le triturbo possède une structure unique reliée à son niveau de performance. En effet, son système de suralimentation est constitué d’un gros turbo standard et de deux petits turbos à géométrie variable. Propre au moteur diesel, il permet d’obtenir également une puissance et des couples incroyables (soit 740 Nm de 2000 à 3000 T/min avec 381 ch produits). La particularité des triturbos est leur grande densité de puissance qui permet d’atteindre un niveau de puissance assez élevé pour un moteur diesel. Leur configuration donne la possibilité d’exploiter le plein potentiel du véhicule.

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Quad-turbo

Autrefois, considéré comme une exclusivité de Bugatti, le quad-turbo est désormais présent chez BMW et à disposition de plus de public. Son mode d’installation offre l’avantage de bénéficier d’un grand nombre de couples avec célérité et de gommer toutes les formes de creux à l’accélération. L’ajout d’un quatrième turbo au moteur augmente radicalement la performance du groupe motopropulseur.

  • Exploitation maximale de la puissance : le principe de suralimentation du quad-turbo offre une puissance irréprochable.
  • Bonne efficacité énergétique : l’une des particularités de cette technologie est la réduction des émissions de gaz polluantes.
  • Réduction de la consommation en carburant : les bienfaits de l’instauration de ce quatrième turbo ne se limitent pas à la performance. Le quad-turbo serait à l’origine d’une diminution de la consommation à l’échelle de 5 %.

Les Avantages des Turbos BMW

Les avantages de la technologie des turbos BMW prennent également en compte la qualité des dispositifs. Ils sont très prisés pour leur grande résistance. Les turbos BMW favorisent une utilisation sur le long terme pour les conducteurs. Fabriqués à base de matière de bonne qualité, ils sont conçus par des professionnels dans le plus grand soin. Les turbos BMW remplissent les critères que doit avoir un bon turbo pour offrir une belle expérience aux conducteurs des véhicules.

Focus sur le Moteur S55 de la BMW M3 F80

Après une incursion par le V8 sur la génération E90, la M3 est revenue au 6 cylindres en ligne avec sa remplaçante, la F80. Un retour qui avait de quoi faire plaisir aux fans mais signait du même coup l'abandon du moteur atmosphérique chez BMW M. De la mythique M1 à la M3 E46, le département M a toujours su faire honneur au 6 cylindres en ligne cher à BMW en concevant des moteurs capables de faire référence. Le S54B32 de la M3 E46 CSL auquel il succède dans la désignation de type, reste encore l'un des moteurs atmosphériques de production affichant le plus haut rendement au monde.

En 2014, le V8 S65 conçu exclusivement pour les M3 E92 et E90 n'est pas reconduit, le contexte n'étant plus favorable aux grosses cylindrées. Marquant le retour au 6 cylindres, la nouvelle M3 F80 se convertit donc au downsizing et adopte pour la première fois la suralimentation, technologie dont les motoristes de Munich furent d'ailleurs pionnier dans les années 70 avec la 2002 Turbo. Mais même dopé par un "vulgaire" turbocompresseur, un 6 en ligne BMW à la sauce M se devait de rester une merveille d'ingénierie.

Le Moteur S55 : Un Chef-d'œuvre d'Ingénierie

Siglé ///M Power, le 6 cylindres en ligne S55 a fait l'objet de 3 ans de développement et des centaines d'heures de tests sur banc. Comme l'indique l'identification du moteur, le S55 est basé sur le 6 cylindres N55, moteur que l'on trouve par exemple dans la petite Série 1 F20 en version M135i mais qui ne doit rien au département M. Ainsi, 75% des composants du moteur ont été conservés du moteur de production N55 tandis que les 25% restant sont des développements et pièces spécifiques.

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Le moteur S55 participe également à une volonté globale d'allègement de la M3 et son poids est ainsi en baisse de 3% par rapport au V8. Cette traque des kilos inutiles se joue jusque dans les détails puisque même le cache du moteur est spécifique.

Performances et Efficacité

Grâce à la technologie "M TwinPower", le nouveau moteur M impressionne avec des données techniques supérieures à celles du précédent V8. Ainsi, le 6 cylindres de 3.0L fournit une puissance de 431 ch au lieu de 420 pour le V8 de 4.0L et un couple maximal augmenté de 37%, passant de 400 Nm à 550 Nm et disponible sur presque toute la plage de régimes utilisable. Avec les mesures de BMW EfficientDynamics, la consommation de carburant et les émissions de CO2 ont dans le même temps été réduites respectivement de 28% et 26%.

Composants et Matériaux

Le bloc moteur du S55 est fabriqué en alliage d'aluminium moulé sous pression (AlSi 7Cu0.5Mg) et se compose d'un carter et d'une plaque de base. Le carter du moteur S55 est conçu comme un carter à pont fermé (technique dite '"closed-deck'), tandis que le N55 est de type pont ouvert. Il n'a pas de chemises de cylindre moulées en fonte comme le moteur N55 mais des chemises de cylindre en aluminium enduites par projection de fil à l'arc électrique (LDS). Cette combinaison de matériaux a allégé le bloc moteur S55 de 2,2 kg par rapport au moteur de production (N55).

Avec un carter de pont fermé, les ouvertures de la plaque de recouvrement du carter sont réduites et entraînent une augmentation de la rigidité globale du carter. Comme une pompe de liquide de refroidissement mécanique est utilisée dans le moteur S55, les conduites de liquide de refroidissement et la fixation de la pompe de liquide de refroidissement sont insérées dans le carter. Le carter comporte des orifices de ventilation longitudinale percés entre les chambres inférieures des cylindres. Ces trous de ventilation améliorent l'égalisation de la pression des colonnes d'air oscillant créées par les courses montantes et descendantes des pistons.

Le carter d'huile du moteur S55 est fabriqué à partir de magnésium et permet une économie de poids d'environ 1 kilo par rapport au carter d'huile en aluminium du moteur N55. Un couvercle supplémentaire dans le carter d'huile limite les mouvements d'huile lors des accélérations longitudinales et latérales. L'étanchéité du carter d'huile avec le carter se fait avec un joint métallique avec des inserts en caoutchouc et des vis en aluminium.

Vilebrequin et Bielles

Tout en maintenant une construction légère, le vilebrequin en acier forgé a été adapté au concept de haut régime et à la puissance accrue. À 21,1 kg, le vilebrequin du moteur S55 est environ 1,8 kg plus léger que le vilebrequin en acier du moteur N5530B0 (M235i) et 1 kg plus lourd que le vilebrequin en fonte du N55B30M0 standard. Le vilebrequin est fabriqué à partir d'un alliage d'acier (42CrMoS4 Mod) et est ensuite nitrocarburé (durci). L'agencement de contrepoids est symétrique, tandis que l'agencement de contrepoids de vilebrequin N55 en fonte est asymétrique.

Il n'y a pas de roue d'incrémentation installée sur le vilebrequin, similaire au moteur N55. La vitesse du vilebrequin est déterminée par une roue magnétique et un capteur de vitesse du vilebrequin, basé sur le principe du hall. Les paliers principaux de vilebrequin ont été modifiés, un palier électrolytique à 3 matériaux (Kolbenschmidt S703C) étant utilisé pour les coussinets inférieurs. Pour les coussinets supérieurs, un palier bi-matière en aluminium (Kolbenschmidt R25) est utilisé.

La bielle du moteur S55 a une longueur de 144,35 mm. Comme dans les moteurs N20-N55, le pied de bielle a un alésage de forme spéciale. Il est usiné plus large sur les bords inférieurs. Des coussinets de bielle sans plomb, comme dans les moteurs N20-N55, sont utilisés pour les têtes de bielles. Le matériau côté tige G-488 est utilisé et du côté bouchon, le matériau G-444 est utilisé.

Pistons et Culasse

Le piston a été modifié dans ses propriétés de dessin et de matériau pour répondre aux exigences de régime maxi plus élevées dans le moteur S55. Des pistons allégés en alliage d'aluminium (AlSi12Cu4Ni2Mg) fabriqués par la société Mahle sont utilisés. La jupe de piston, dite "slipper", est fortement échancrée et réduite à deux patins revêtus de Grafal. Ceci est nécessaire en raison des chemises de cylindre revêtues de LDS. Le diamètre du piston est de 84 mm. Le premier segment de piston est une bague de compression rectangulaire en nitrure. Le deuxième segment de piston est un segment de piston conique.

La culasse du moteur S55 a été modifiée pour répondre au niveau d'exigence de la compétition. La structure de base de la culasse reste néanmoins similaire à celle du moteur N55, de même que l'injection directe de carburant avec suralimentation et Valvetronic. La culasse est très compacte et est équipée du Valvetronic de 3ème génération. La combinaison du turbocompresseur, du Valvetronic et de l'injection directe de carburant est connue sous le nom de "Turbo Valvetronic Direct Injection" (TVDI). La technologie TVDI réduit les émissions de CO2 et la consommation de carburant de 3 à 6%.

Arbres à Cames et Distribution

Dans le moteur S55, comme le N55, seuls des arbres à cames de construction légère, fabriqués par hydroformage, sont utilisés. L'arbre à cames d'échappement possède des chemins de roulement et est enfermé dans un carter d'arbre à cames. L'entraînement de l'arbre à cames correspond à l'entraînement de l'arbre à cames du moteur N55. La transmission par courroie a toutefois dû être modifiée en raison de l'utilisation d'une pompe de liquide de refroidissement mécanique et de la suppression de la pompe de direction assistée hydraulique. Une poulie de tension supplémentaire est utilisée entre l'amortisseur de vibrations et le compresseur de climatisation, qui compense la suppression de la pompe de direction assistée hydraulique. Le diamètre de la poulie de courroie de l'alternateur a aussi été augmenté par rapport à celui du moteur N55 pour compenser les vitesses plus élevées du moteur S55.

Soupapes et VANOS

La tige de soupape des soupapes d'admission a un diamètre de 5 mm et les soupapes d'échappement de 6 mm. La raison pour le plus grand diamètre est que la soupape d'échappement est creuse et remplie de sodium pour améliorer le transfert de chaleur. Le VANOS du moteur S55 correspond dans sa conception et sa fonction à celui du moteur N55. Le Valvetronic III est utilisé sur le S55. L'emplacement d'installation du servomoteur n'a pas changé par rapport au moteur N55. Une autre particularité est que le capteur d'arbre excentrique ne repose plus sur l'arbre excentrique, mais a été intégré dans le servomoteur.

Aérodynamique et Ventilation

Le couvre-culasse est une pièce spécifique du moteur S55. Contrairement à la culasse N55, celle du S55 ne possède plus d'accumulateur intégré pour le système de vide. Tous les composants pour la ventilation du carter et les conduits de soufflage sont intégrés dans le couvercle de la culasse. Les clapets anti-retour intégrés garantissent que les gaz de soufflage sont fournis de manière fiable à l'air d'admission dans les deux modes moteur (NA et Boost). Le moteur S55 est équipé d'un système de ventilation du carter commandé par dépression.

Gestion Moteur et Injection

Du point de vue de la gestion moteur, le S55 reçoit le contrôle moteur MEVD17.2.G de Bosch. Le DME a la particularité ici d'être intégré dans le collecteur d'admission et est refroidi par l'air d'admission. Le moteur S55 utilise les mêmes bobines d'allumage que celles installées sur le moteur N55. Le moteur S55 utilise le système d'injection de carburant à haute pression (HDE), similaire au moteur N55. Au lieu des injecteurs de haute précision (HPI) connus des moteurs N54 et N63, des injecteurs de carburant à électrovanne avec des buses multi-trous sont utilisés dans les moteurs N55 et S55.

Les injecteurs de carburant à électrovanne HDEV5.2 de Bosch présentent plusieurs trous de diamètres différents, percés par laser, s'ouvrant vers l'intérieur avec un angle de pulvérisation et un jet de pulvérisation très variables. La quantité de carburant des deux jets de pulvérisation dans la direction d'échappement est réduite de 20%, ce qui augmente les autres jets de pulvérisation de 10% respectivement. Ils sont conçus pour une pression du système jusqu'à 200 bars.

Types de Suralimentation BMW TwinPower Turbo

Plusieurs années après avoir introduit son premier turbo dans la BMW 2002, BMW a mis au point le TwinPower turbo, associé aujourd’hui à plusieurs moteurs, essence ou diesel.

  • Twin Scroll (Simple Turbocompresseur) : Ce bloc est doté d’un trubocompresseur actionné par deux flux d’échappement. Appelée « Twin Scroll », cette technologie « boost » la réactivité du compresseur qui assure alors une double suralimentation. Sont concernés par ce mode de suralimentation, le six cylindres en ligne essence de 306 ch des modèles BMW 135i, BMW 335i, BMW 535i, BMW X3 xDrive35i, BMW X5 xDrive35i et BMW X6xDrive35i.
  • Bi-Turbo (Deux Turbocompresseurs) : Cette technologie nécessite deux turbocompresseurs de même taille. Sont concernés par ce mode de suralimentation les six cylindres des BMW Z4 sDrive35i (306 ch/225 kW), BMW Z4 sDrive35is (340 ch/250 kW) et BMW 740i (326 ch/240kW), les huit cylindres essence des BMW 750i, BMW X5 xDrive50i, BMW X6 xDrive50i (407 ch/300 kW) et le douze cylindres de la BMW 760i (544 ch/400 kW).
  • Bi-Turbo Séquentiel (Deux Turbocompresseurs de tailles différentes) : Sur ces blocs à allumage spontané, la suralimentation est assurée par un petit et un grand turbocompresseur montés en série (suralimentation à étages). Ce système permet d’obtenir de bonnes performances tout en limitant la consommation. Sont concernés par ce mode de suralimentation le quatre cylindres Diesel des BMW 123d et BMW X1 xDrive23d (204 ch/150 kW) ainsi que le six cylindres en ligne Diesel équipant les modèles BMW 335d, BMW 535d, BMW 635d, BMW 740d, BMW X5 xDrive40d et BMW X6 xDrive40d (306 ch/225 kW).

Guide d'Entretien du Turbo Twin Scroll

Un turbo Twin Scroll est une pièce sensible dont il faut prendre soin pour profiter de ses nombreux avantages.

Durée de Vie d'un Turbo

Avec les moteurs suralimentés, le turbo est très sollicité. Il fonctionne généralement à une centaine de milliers de tours par minute. Cela augmente les risques d’usure et de casse. La durée de vie d’un turbo est généralement de 200 000 km, mais il peut arriver qu’il cède avant cela. La longévité du turbo dépend également de l’entretien régulier du véhicule et du mode conduite qui lui est appliqué.

Nettoyage du Turbo

Un turbo encrassé donne toujours des signaux qu’il est conseillé de prendre au sérieux pour éviter des pannes plus ou moins graves. Il est possible de nettoyer soi-même son turbo ou de confier la tâche à un professionnel. L’essentiel est qu’il soit bien réalisé et cela, avant une grosse panne, une casse moteur, etc., qui s’avèreront bien plus onéreuses.

Préservation du Turbo

Pour assurer une certaine longévité au turbo, il est essentiel d’adopter de bonnes habitudes lors de la conduite. Cela commence par le respect des préconisations constructeur en ce qui concerne les fréquences de vidange et la qualité de l’huile à utiliser pour cette opération. Ensuite, il est recommandé d’avoir une conduite souple lors du démarrage à froid pour que l’huile et le moteur montent en température. Aussi, à l’arrêt, l’idéal est de laisser le moteur tourner pendant quelques secondes avant de l’éteindre. Pour finir, un nettoyage préventif du turbo tous les 15000 km est la précaution idéale pour éviter un encrassement trop étendu.

Tableau Récapitulatif des Turbos BMW

Type de Turbo Description Avantages Modèles BMW concernés
Twin Scroll Un seul turbo avec deux entrées de gaz d'échappement Réactivité améliorée, double suralimentation BMW 135i, 335i, 535i, X3 xDrive35i, X5 xDrive35i, X6 xDrive35i
Bi-Turbo Deux turbos de même taille Puissance accrue BMW Z4 sDrive35i, Z4 sDrive35is, 740i, 750i, X5 xDrive50i, X6 xDrive50i, 760i
Bi-Turbo Séquentiel Deux turbos de tailles différentes Bonnes performances, consommation limitée BMW 123d, X1 xDrive23d, 335d, 535d, 635d, 740d, X5 xDrive40d, X6 xDrive40d
Triturbo Un gros turbo standard et deux petits turbos à géométrie variable Grande densité de puissance, niveau de puissance élevé pour un moteur diesel Moteurs diesel spécifiques (ex: moteurs M Performance)
Quad-turbo Quatre turbos Grand nombre de couples avec célérité, gomme les creux à l’accélération Modèles très haut de gamme (ex: anciens modèles Bugatti, certains concepts BMW)

Pour un moteur plus puissant, le turbo Twin Scroll est la pièce parfaite.

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