Types de turbocompresseurs

Types de turbocompresseurs

Twin, Bi, Single, Triple, Quadro, Hybrid : autant de termes et de questions qui semblent incompréhensibles, mais que signifient-ils exactement ? Dans cet article, nous allons explorer tous les types de turbocompresseurs que l'on trouve dans les voitures anciennes et modernes, leur fonctionnement, leurs différences et leurs applications.

Turbo simple

Le type de turbocompresseur le plus courant est le turbocompresseur simple, également appelé « à flotement libre », qui tire son nom du fait que le débit des gaz d'échappement n'est pas contrôlé. Le turbocompresseur à un étage est le type de suralimentation de base utilisé dans les moteurs à essence et diesel. Il fonctionne selon le principe de l'utilisation de l'énergie des gaz d'échappement pour entraîner la roue de turbine, qui entraîne ensuite la roue du compresseur. La pression de suralimentation générée par le turbocompresseur est directement liée à la vitesse de rotation du moteur et à la taille des roues. Il s'agit d'une méthode de suralimentation simple et éprouvée qui permet d'augmenter la puissance du moteur tout en maintenant des coûts de production et d'entretien relativement bas.

Turbocompresseur simple commandé par une soupape de décharge ou à géométrie variable. Il s'agit de turbines plus avancées sur le plan technologique qui offrent une plus grande flexibilité en termes de performances de suralimentation. Elles sont utilisées aussi bien dans les moteurs à essence que dans les moteurs diesel. Sur la photo ci-dessous, on voit un turbocompresseur 887552-0001 de Garrett, conçu pour les véhicules Mercedes-Benz Sprinter équipés d'un moteur OM642DE30LA de 3 litres, qui ont été produits en 2019. M0X0M

Twin Turbo

Le double turbo, également appelé double turbo parallèle, est un système de suralimentation avancé composé de deux turbocompresseurs identiques disposés en parallèle. Chaque turbocompresseur possède sa propre roue de turbine et de compresseur, ce qui permet d'optimiser les performances à différentes plages de régime moteur. Le double turbo est couramment utilisé dans les moteurs diesel et à essence de grande cylindrée, où il offre une meilleure réactivité à bas régime et une puissance élevée à régime élevé. L'utilisation de deux turbocompresseurs permet d'augmenter la puissance tout en conservant l'efficacité et les performances du moteur. Voici les turbocompresseurs jumelés BMTS 40008485+40008486, montés sur le moteur W12 de 6,0 litres de la Bentley Bentayga, développant 600 ch (447 kW) et utilisés sur les modèles produits de 2015 à 2019.

Bi-turbo

Le type de turbocompresseur que nous allons maintenant examiner est le bi-turbo, également appelé turbocompression séquentielle, qui est un système de suralimentation basé sur deux turbocompresseurs disposés en série. Le système se compose d'un « petit » (basse pression) et d'un « grand » (haute pression) turbocompresseur. Le plus petit turbocompresseur s'active à bas régime, car il nécessite moins d'énergie pour un démarrage rapide. Une fois qu'une pression de suralimentation ou un régime moteur défini est atteint, le plus grand turbocompresseur commence à pomper, permettant un débit d'air plus important. L'utilisation de cette technologie permet une faible consommation de carburant (jusqu'à 8 l/100 km) avec une puissance élevée (plus de 200 ch). Elle est couramment utilisée dans les moteurs diesel, permettant une utilisation optimale des gaz d'échappement. Chaque turbocompresseur est chargé de la suralimentation à certains régimes moteur. Un bon exemple est le système Bi-Turbo 823559-0005+823540-0004, utilisé dans les moteurs diesel du modèle Opel Astra K 1.6 CDTI depuis 2015.

Triple ou quadruple turbo

Comme son nom l'indique, ce système implique trois ou quatre turbocompresseurs sur un seul moteur. Le principe de fonctionnement est similaire à celui du bi-turbo, les turbocompresseurs fonctionnant de manière séquentielle. Cela permet d'obtenir une puissance élevée avec une consommation de carburant relativement faible. Cependant, la construction est complexe et coûteuse à entretenir. À l'heure actuelle, seuls les ingénieurs de BMW ont mis en œuvre des projets similaires, bien que la marque ait depuis abandonné le système Quad Turbo en raison des coûts élevés de production et d'entretien des voitures équipées de ce type de moteur turbocompressé. L'un de ces projets de la marque concernait un moteur BMW N57S Tri-Turbo de 3 litres à injection directe, qui équipait les modèles BMW M550D, X5 M50D et X6 M50D.

Technologie de suralimentation hybride

Il s'agit d'un terme général, souvent utilisé pour désigner des turbocompresseurs modifiés ou optimisés. Avec le développement de l'électromobilité, les turbines s'électrifient également. Actuellement, deux solutions disponibles sur le marché combinent la technologie de suralimentation par turbo connue avec des moteurs électriques.

Le premier type concerne les compresseurs électriques, qui fournissent une suralimentation rapide lors du démarrage du moteur jusqu'aux régimes de fonctionnement où les turbocompresseurs deviennent efficaces. Audi a été le premier constructeur à utiliser cette technologie sur son 4.0 TDI, où la configuration biturbo était assistée par un compresseur électrique de Valeo.

Le deuxième type constitue une véritable avancée sur le marché : l'utilisation d'un moteur électrique dans le carter de roulement du turbocompresseur. Cette conception permet au moteur électrique de faire tourner l'arbre du turbocompresseur à bas régime, en utilisant l'énergie de la batterie. Une fois qu'une pression de suralimentation suffisante est atteinte, les gaz d'échappement alimentent le turbocompresseur, qui recharge également la batterie.

Turbocompresseur hybride

Il s'agit d'une solution innovante utilisée en sport automobile, permettant d'augmenter la puissance du moteur grâce à la modification ou au remplacement du turbocompresseur d'origine par un modèle plus efficace. L'objectif principal des turbocompresseurs hybrides est d'améliorer les performances sans nécessiter de modifications importantes des systèmes d'admission et d'échappement. Les composants plus grands et la construction optimisée des turbocompresseurs hybrides se traduisent par des paramètres de performance supérieurs, ce qui se traduit par une augmentation de la puissance et du couple du moteur. Nous présentons un turbocompresseur hybride IS38 à roulements à billes d'IHI Turbo Systems, dans lequel le carter du compresseur, la roue du compresseur, l'arbre et la roue ont été modifiés. Il est destiné à une Audi TTS Quattro Roadster de 2 litres d'une puissance de 228 kW, produite en M0X10M.

Comment augmenter l'efficacité du turbocompresseur :

1. Optimisation de la cartographie : ajuster les cartographies d'injection de carburant et de commande du turbocompresseur aux nouveaux paramètres de fonctionnement du moteur, afin de garantir des performances optimales dans des conditions de fonctionnement modifiées. 

2. Modification de la commande : mise en place d'une commande électronique ou à dépression avancée, permettant un meilleur contrôle du turbocompresseur et des performances optimales. 

3. Augmentation du débit d'air : en supprimant les restrictions dans les systèmes d'admission et d'échappement et en utilisant des filtres à air et des échappements plus efficaces, le débit d'air et les gaz d'échappement peuvent être augmentés, améliorant ainsi les performances du turbocompresseur. 

4. Renforcement mécanique : pour augmenter la durabilité, des composants renforcés tels que des arbres, des roulements ou des carters peuvent être utilisés afin d'éviter tout dommage lors d'une suralimentation accrue.

Types de roues de compresseur

Le développement de la technologie et les réglementations en matière d'émissions ont conduit à l'évolution des turbocompresseurs au fil du temps. À mesure que les éléments mobiles tournent plus vite et sont exposés à des températures plus élevées, la conception des roues de compresseur a également évolué pour répondre à ces nouvelles exigences.

Les types de roues de compresseur pour turbocompresseurs comprennent la roue de compresseur standard, la roue de compresseur usinée par CNC et la roue de compresseur de tuning.

Les types de roues de compresseur de turbocompresseur comprennent la roue de compresseur standard, la roue de compresseur usinée CNC et la roue de compresseur de tuning. Voici une brève explication des différences et des fonctions de chaque type de roue de compresseur de turbocompresseur :

1. Roue de compresseur standard : il s'agit du type de base de roue de compresseur utilisé dans les turbocompresseurs standard fabriqués en usine. Elle présente une forme et une conception classiques, offrant des performances de base conformes aux spécifications du fabricant.

2. Roue de compresseur CNC : les roues de compresseur CNC (commande numérique par ordinateur) sont fabriquées à l'aide de machines CNC de précision, ce qui permet un façonnage plus précis et un ajustement optimal de la forme des aubes. Les roues de compresseur CNC peuvent améliorer le débit d'air et les performances du turbocompresseur, ce qui se traduit par une augmentation de la puissance et du couple du moteur.

3. Roue de compresseur de tuning : les roues de compresseur de tuning sont spécialement conçues pour les passionnés de sport automobile qui souhaitent obtenir encore plus de puissance et de performances de leur turbocompresseur. Elles présentent généralement des formes d'aubes plus agressives et sont optimisées pour un débit d'air maximal. Ces roues de compresseur peuvent être utilisées dans des applications modifiées ou hautes performances, offrant une puissance et une réactivité accrues au moteur.

En résumé, chaque type de roue de compresseur vise à améliorer les performances du turbocompresseur en optimisant le débit d'air. Les roues de compresseur CNC et de tuning sont particulièrement conçues pour offrir de meilleures performances par rapport aux roues de compresseur standard.

Turbos électriques

Un turbocompresseur électrique, également appelé e-turbo, utilise un moteur électrique pour entraîner la roue de compresseur. Cela élimine le retard dans l'alimentation en air du moteur, améliorant ainsi l'efficacité et la réactivité. Il est principalement utilisé dans les moteurs à combustion interne, offrant une puissance et un couple maximaux à différents régimes. De plus, les e-turbos peuvent être utilisés pour récupérer l'énergie des gaz d'échappement grâce à la régénération d'énergie électrique.

Les turbocompresseurs électriques sont principalement utilisés dans les moteurs à combustion interne, en particulier dans les véhicules de course et les voitures hautes performances, où il est crucial d'atteindre une puissance et un couple maximaux à différentes plages de régime. De plus, les e-turbos peuvent être utilisés pour récupérer l'énergie des gaz d'échappement grâce à la régénération d'énergie électrique. Sur la photo ci-dessous, on peut voir un nouveau turbocompresseur électrique 904398-0004 dédié aux voitures Mercedes-Benz AMG.