On rencontre souvent les sigles comme TFSI, TDI, TDCI, DCI, D-4D, ou encore CDTI. Cela signifie que le moteur de la voiture arborant ce badge embarque un turbo. Devenu un moyen très efficace pour faire gagner plus de chevaux à son véhicule, le turbocompresseur est alors très populaire chez les constructeurs, mais aussi les préparateurs. Dans cet article, on va découvrir comment fonctionne le turbo.
Sommaire :
L’histoire du turbo
Si le premier à déposer sa demande de brevet était le français Louis Renault (fondateur de Renault) en 1902, c’est le Suisse Alfred Büchi qui sera propriétaire du principe de turbocompresseur pour moteur à combustion et à explosion en 1905. Lorsque Renault a déposé sa demande de brevet, le turbo n’était pas encore reconnu comme tel. L’idée était de réutiliser le gaz d’échappement pour alimenter une turbine, et profiter d’un gain de puissance. L’ingénieur suisse avait réussi à gagner un boost de 40 % par rapport à la puissance initiale du moteur équipé grâce à la nouvelle pièce.
Les premiers turbos avaient cependant un inconvénient majeur : leurs tailles. Ils étaient tellement gros qu’il fallait les installer sur les avions ou les moteurs marins. Les voitures utilitaires à s’équiper de cette pièce sont les camions Saurer, vers la fin des années 30. Chevrolet et Oldsmobile ont ensuite testé le turbocompresseur sur le moteur d’une voiture particulière. L’expérience présentait néanmoins des problèmes de fiabilité.
L’ingénieur suisse avait réussi à gagner un boost de 40 % par rapport à la puissance initiale du moteur équipé grâce à la nouvelle pièce.
La première voiture à s’équiper d’un moteur turbo n’est donc pas un modèle européen. Il ne s’agit pas de la BMW 2002 Turbo, encore moins de la Porsche 911. C’est General Motors qui tentera l’expérience sur un véhicule particulier avec la Oldsmobile F-85 Cutlass en 1962. Celui-ci embarquait le fameux bloc JetFire V8 turbo. Ce sera toutefois l’arrivée de la Volkswagen Golf MKI de 1974 avec son moteur turbo diesel, et de la Mercedes-Benz SD de 1978 qui marquera la véritable évolution des turbos sur les véhicules de série.
Le fonctionnement du turbo
L’idée générale que l’on se fait sur le turbo se résume en un seul point : gain de puissance. Il faut cependant comprendre son fonctionnement pour savoir que ce système présente des failles. Le principe du turbocompresseur reste simple. Tout d’abord, cette pièce se base sur deux éléments principaux : la turbine et le compresseur. Ces deux pièces sont reliées par un arbre, situé dans un palier central. Ce dernier sert à refroidir le système.
La turbine est la pièce qui tourne grâce au gaz d’échappement. Plus la pression est forte, plus rapide sera la rotation. En tournant, la turbine entrainera également le compresseur qui augmentera alors le volume d’air envoyé vers le moteur. Cela provoquera une nouvelle combustion jusqu’à la fermeture du papillon de gaz. C’est là que vous ressentirez ce grand coup de boost.
Cette vidéo permettra rapidement de comprendre le fonctionnement du turbo.
Les avantages de ce système
Le premier grand avantage du moteur turbo réside dans le gain de puissance et de couple. Ce dernier peut être présent très tôt lors de l’accélération. Ce système favorise aussi le « Downsizing », un procédé qui consiste à réduire la taille du bloc. De nombreux constructeurs effectuent d’ailleurs la transition en raison des normes de pollutions. On se retrouve alors avec plus de performances et moins de poids. Sur ce point, la présence d’un turbocompresseur réduira la consommation de votre voiture ainsi que de l’émission de CO2.
Outre l’économie de carburant et la puissance obtenue, les moteurs turbos fonctionnent mieux que les blocs atmosphériques à haute altitude. L’air se raréfie à une certaine hauteur, ce qui fait diminuer l’oxygène admis dans la chambre de combustion. Le résultat est une perte d’énergie.
Un bloc turbocompressé nécessitera de l’huile moteur de haute qualité, de préférence un produit synthétique.
Ajouter un intercooler, ou échangeurs d’air, dans le système d’admission permet d’accentuer les performances de votre voiture. Cette pièce refroidira l’air depuis la turbine vers le moteur. L’air froid est plus dense que l’air chaud. En tenant compte de ce principe, vous aurez donc plus d’oxygène depuis votre système d’admission vers la chambre de combustion.
Un bloc turbocompressé nécessitera de l’huile moteur de haute qualité, de préférence un produit synthétique. Cet élément utilise en effet la même huile que votre moulin. Si on se fie à ces faits, ce système ne présente que des avantages. Il dispose cependant des inconvénients.
Les inconvénients de ce système
Le premier problème de la présence d’un turbocompresseur concerne la fiabilité. Plus vous aurez de pièces sur votre voiture, plus grand sera le risque de pannes. Il n’existe pas de vrais procédés d’entretiens pour les turbos. Ce n’est pas comme certaines pièces où il faut graisser ou nettoyer. Une fois usé, l’élément tombera en panne. Seul le conducteur pourra allonger sa durée de vie en ne poussant pas trop le régime du moteur. Il s’agit surtout d’adopter certaines habitudes de conduite.
Il faudra aussi tenir compte de la suie dégagée du gaz d’échappement pour un véhicule diesel. La fumée peut encrasser la turbine. En cas d’encrassement du circuit, il faudra procéder à un décalaminage. Enfin, vous devrez aussi savoir que si vous roulez tout le temps à haut régime, avec le turbo toujours actif, vous consommerez plus de carburant qu’une voiture avec un bloc atmosphérique.
Pour les turbos hybrides, ou si vous voulez régler votre pièce pour plus de performances, cela peut présenter des risques d’incendies ou d’explosions. Par exemple, cela peut arriver dans le cas où les ailettes sont mal réglées. Enfin, un turbo affiche un prix plutôt élevé. Le changement de cet élément peut aller de 800 € à 3 000 €.
Un turbo défaillant ou mal réglé peut faire rapidement monter la température de votre moteur, conduire à la surchauffe, et causer des dégâts irréparables.
L’effet de « lag »
L’effet de « lag » est une des caractéristiques du turbo. Il s’agit d’un décalage entre l’accélération et le moment où l’on appuie sur l’accélérateur. Contrairement à un bloc atmosphérique où la poussée est linéaire, les turbos ne sont disponibles qu’à un certain régime du moteur. Il faut en effet que le gaz d’échappement offre suffisamment de pression pour faire tourner la turbine et le compresseur.
Par exemple, si le turbo ne fonctionne qu’à partir de 2 000 tr/min, vous sentirez un vide à bas régime. C’est comme si votre voiture était très lourde. Une fois les 2000 tours atteints, il y aura comme un coup de boost si vous continuez à appuyer sur l’accélérateur. Cette soudaine accélération peut être inconfortable pour certains, mais très agréable pour les amateurs de vitesse.
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Le turbocompresseur populaire grâce au sport auto
Le turbo est devenu aussi populaire et aussi avancé grâce au sport auto. Pour gagner plus de performances, les ingénieurs devaient chercher des solutions pour réduire les inconvénients du système tout en gagnant de la puissance. Que ce soit dans la Formule 1 ou le Rallye, les moteurs turbos ont prouvé leurs efficacités.
La première tentative vient de Cummins avec la Cummins Diesel Special no28 en Indy 500. Cela date de 1952. La voiture a réussi un pôle position aux qualifications, mais abandonnera en raison d’un problème de filtre à air. L’admission absorbait tous les débris de la piste. Le système reviendra en 1966 avec Offenhauser. Bien que la voiture ne gagne pas, les organisateurs et les autres constructeurs ont vu le potentiel du moteur turbocompressé.
En Formule 1, ce sera Renault qui jouera les pionniers. Le constructeur lancera la Renault RS01 en 1977 sur le circuit de Silverstone. Cela ouvrira la voie à l’ère du « Turbo » sur la discipline jusqu’en 1989, avant de revenir en 2014.
Les différents types de turbo
Au fil des années, les ingénieurs cherchent des moyens pour supprimer les inconvénients du turbo. Le but était surtout de résoudre le problème de lag. Le turbo simple est le plus basique. Il existe en différentes tailles. Plus c’est gros, plus la puissance reçue est énorme. Cela implique néanmoins plus de lag, et la pression du gaz d’échappement doit être énorme pour faire tourner la turbine.
Il existe la suralimentation étagée, qui comprend deux turbos de différentes tailles. On associe un petit et un grand, qui permet de lisser le couple. Le lag devient donc moins présent, mais pas totalement supprimé. Cette option est cependant différente du « biturbo », qui comprend deux pièces de la même taille.
La turbo à géométrie variable reste la plus répandue de nos jours. Elle fonctionne de la même manière que la suralimentation étagée, mais en plus simple. Moins connue du public, la version hybride est tout simplement une turbine améliorée. C’est seulement pour les voitures préparées, très appréciées des fans de vitesse et de performances.
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Protéger son moteur et son turbo
Outre les bonnes habitudes pour entretenir son turbo (ne pas couper tout de suite le moteur à l’arrêt, ou encore bien chauffer sa voiture avant de rouler vite), il y a aussi des dispositifs régulateurs. C’est le cas du Wastegate et de la Dump Valve, qui permettent de réguler la pression du gaz d’échappement arrivant à la turbine du turbo.
