Fonctionnement détaillé du turbocompresseur

FONCTIONNEMENT D'UNE AUTO  

  TURBO  

144 commentaire(s)

Pour la petite histoire l'invention du turbo s'est faite au début du 20ème siècle vers 1905 par Alfred Büchi qui est un ingénieur suisse.

 
Voici le fameux turbo-compresseur, dont le rôle est de mieux faire respirer le moteur.

Un turbocompresseur est composé de deux "hélices" reliées entre elles (une turbine et un compresseur).

Le principe du turbo est le suivant, les gaz d'échappement rejetés par le moteur font tourner une turbine (en rouge sur le schéma). Cette turbine est reliée par un axe à une deuxième hélice (en bleue) qui aura comme rôle d'envoyer une grande masse d'air vers l'admission (l'air qui s'accumule finit par se compresser, d'où le nom de turbocompresseur). Cet air compressé sera envoyé dans le moteur augmentant alors l'apport d'oxygène (qui est d'environ 20% de l'air au passage) dans la chambre de combustion, favorisant ainsi la puissance (plus il y a d'air, plus on peut mettre de carburant).
La pression peut être régulée par l'électronique via la wastegate, voir plus bas pour plus de détails.

A noter que si un moteur peut atteindre quelques milliers de tours/minute (voir votre compte tours), la turbine d'un turbo peut dépasser sans problème 200 000 tours par minute ! Ce qui représente une fréquence très importante, montrant ainsi les contraintes que peuvent subir les ailettes et roulements ... Ailettes qui peuvent être mobiles, ce que l'on appelle alors turbo à géométrie variable.

Objectif et subtilités

Il est très simple, et son appellation nous donne la réponse : suralimentation.

C'est donc un organe destiné à booster les moteurs, à savoir pouvoir les gaver encore plus en air et en carburant. Car si on est normalement limité à la cylindrée et la pression atmosphérique (sur d'autres planètes, on pourrait avoir des moteurs atmosphériques qui ont plus de 1 bar de pression à l'admission en plaine charge : papillon totalement ouvert), ce n'est plus la cas si on peut forcer plus d'air à y entrer (accroître la pression donc).

On peut alors obtenir bien plus de puissance pour une même cylindrée. Et un moteur de 1.5 litres peut alors pouvoir engloutir autant d'air et de carburant qu'un 2.5 ! Cela permet donc de vendre des moteurs plus petits qu'avant tout en proposant des puissances identiques, voire même supérieures.

Atmosphérique (gauche) / Suralimenté (droite)



Avec un turbo j'ai plus de comburant (= air) dès les plus bas régimes : j'ai donc plus de puissance à cylindrée équivalente sur ces plage de régimes. En revanche, je peux aller moins haut dans les tours, ma courbe s'arrête donc avant (trop de tours peut casser le turbo). Le total de puissance est donc aussi plus important puisque mon moteur peut ingérer plus de comburant et carburant pour un cycle.

Comme à bas régime le turbo ne fonctionne quasiment pas, on se retrouve avec un moteur plus sobre en conduite calme (qui consomme comme un petit moteur), et c'est tout l'avantage de la suralimentation aujourd'hui : limiter la casse côté malus en proposant des moteurs qui se débrouillent bien aux cycles d'homologation WLTP. En revanche, dès qu'on tire dessus, notre petit 1.5 pas trop glouton devient un 2.5 très vorace ! Voilà pourquoi la différence entre consommations officielles (NEDC / WLTP) est si importante avec les moteurs turbo. Car dans la réalité, personne ne se limite à la plage basse (régime) d'utilisation du moteur : trop creux et désagréable donc. C'est d'autant plus accentué sur les moteurs essence, les diesels étant bien moins traitres grâce à leur couple important dès les bas régime (qui n'incite donc pas à aller plus loin dans les tours).

Lubrification du turbo

Le turbo doit être lubrifié au niveau de son axe central. Et comme un roulement à billes ne suffit pas pour résister à de telles régimes (plus de 100 000 t/min), il faut utiliser un palier. Un palier doit continuellement être alimenté en huile pour qu'il fonctionne, et ici on utilisera celle du moteur.

Voici l'axe central à lubrifier

Intercooler / échangeur ?

Pour accroître les capacités du turbo (et plus largement l'admission d'air), il faut refroidir l'air compressé. En effet, il faut savoir que tout gaz que l'on compresse gagne en température (c'est même le principe de base de la climatisation), c'est un phénomène physique élémentaire.
En comprimant l'air, le turbo finit par le chauffer ... Hélas, envoyer de l'air chaud (donc dilaté) dans le moteur n'est pas idéal (plus l'air est froid moins il prend de place, on peut donc mettre plus d'air froid dans un même volume que d'air chaud) ...
Pour palier à cela, on utilise l'intercooler (changeur thermique) qui permet tout bêtement de refroidir l'air compressé par le turbo avant de l'envoyer dans les chambres de combustion. On peut donc gaver encore plus le oteur.

Wastegate / actuateur / soupape de décharge ?

Voici le turbo connecté au collecteur avec en bas à gauche la commande pneumatique de wastegate

Pour éviter qu'il y ait une surpression à l'admission (qui peut endommager moteur et turbo), les ingénieurs ont installé un système qui permet de limiter cette dernière, cela s'appelle la Wastegate. Son rôle est donc d'évacuer toute pression excédentaire de celle tolérée par le circuit de suralimentation. Sachez qu'il peut être directement intégré au turbo ou alors être séparé de celui-ci, mais la disposition différente ne change pas son principe.
De plus, c'est l'électronique qui commande cette dernière par le biais d'une électrovanne sur les voitures plus modernes (la simple pression dans l'admission sert à commander les plus anciennes). On peut donc modifier le comportement de celui-ci (accepter plus ou moins de pression) pour obtenir plus de puissance, ce que l'on appelle généralement un reparamétrage de la cartographie moteur (le réglage de la pression est l'un des paramètres, comme la pression à l'injection).

Voici une autre wastegate, pilotée cette fois-ci de manière électrique

Booster son turbo

Deux moyens permettent d'améliorer les performances de son turbo :

• Modifier la wastegate permet d'accroître la pression du turbo à l'admission (attention, cela doit être fait par des professionnels)
• Changer l'intercooler pour un modèle plus gros afin de mieux refroidir l'air (et donc d'en mettre plus dans le moteur puisque l'air froid prend moins de place)

Compresseur VS Turbo

Le compresseur (plus rare), reprend le principe du turbo (on peut même dire que c'est la même chose ... Les deux sont des compresseurs d'air). Cependant, il ne se "nourrit" pas de l'énergie dégagée par les gaz d'échappement mais utilise directement l'énergie mécanique du moteur. De ce fait, il ne peut pas tourner aussi vite qu'un turbo (les gaz d'échappements permettant des rotations très élevées). Chacun a ses avantages et inconvénients : un compresseur (Supercharger en anglais) fonctionne plus tôt dans les tours mais est limité en vitesse de rotation tout en prenant un peu plus d'énergie au moteur (il y a aussi une résistance pour les turbos au niveau de l'échappement des gaz avec une sorte de bouchon mais elle est moindre.). Un turbo se déclenche plus tard car en bas régime les gaz d'échappement ne sont pas assez puissants (il y a donc généralement un creux de puissance en bas régime) mais peut en revanche faire des miracles dans les hauts régimes. On peut donc dire qu'un turbo a plus de capacités mais qu'en contrepartie un compresseur permet de gagner en couple dès les plus bas régimes.

De plus, certains constructeurs ont opté pour deux turbos, chacun calibré pour une tâche différente. Un petit s'occupe des bas régime et l'autre des hauts régimes, et d'autres vont même jusqu'à implanter 3 turbos (BMW : 550d)

A géométrie variable ?

Les turbos plus récents s'accolent des ailettes rotatives que l'on appellera alors turbo à géométrie variable. L'avantage est de rendre encore plus efficient le turbocompresseur en faisant varier l'inclinaison des ailettes selon la vitesse de l'air qui s'engouffre. On peut comparer cela aux ailes d'un avion qui ont des volets mobiles, en fonction de leur position on agit sur l'aérodynamique.
Notez au passage que ce type de turbo améliore l'agrément en évitant que ce dernier ne s'active trop brutalement. Ici il se met à fonctionner de manière plus progressive, amenant alors une plus grande souplesse d'utilisation (bien que cela soit assez anecdotique au final ...). Hélas, sa technicité avancée (mobilité des ailettes) le rend aussi plus fragile (plus de complexité = plus de dysfonctionnements possibles). Si les ailettes perdent leur mobilité (grippage avec le temps) le fonctionnement sera largement altéré.

La flèche en blanc indique les petites ailettes mobiles. Elles sont donc à géométrie variable.


Une autre déclinaison

Turbo électrique ?

De plus en plus d'éléments sont devenus électriques dans nos voitures, cela permet de réduire la consommation de carburant. C'est d'ailleurs le cas des directions assistées électriques qui permettent de ne rien consommer en ligne droite (quand on ne tourne pas le volant donc) contrairement à une pompe fonctionnant par la force du moteur (courroie accessoires).
Le turbo est désormais en ligne de mire avec de plus en plus d'équipementiers qui pensent à le rendre électrique. La multiplication des voitures hybrides (beaucoup de ressources électriques grâce aux batteries) semble favoriser ce phénomène.
D'un point de vue technique, on peut dire qu'on a affaire ici à une fusion entre le turbo et le compresseur (turbo car il tourne à des vitesses très élevées et compresseur car il ne s'alimente pas par les gaz d'échappement).

Exploitation de la dilatation de l'air

Suite à un mail très sympathique envoyé par un certain Lucien, je me devais d'apporter un complément d'information. En effet, dire que le turbo se nourrit uniquement des flux d'air provoqués par les gaz d'échappement reste un peu réducteur. En effet, la force des gaz d'échappement est accrue par la dilatation de l'air ...
Résumons un peu, le moteur reçoit de l'air froid à l'admission (en tout cas les ingénieurs font tout pour que ce soit comme ça) car l'air froid prend moins de place que l'air chaud (dilatation du gaz).
Mais revenons à notre moteur, le gaz froid qui entre dans le moteur va être chauffé par la combustion interne, et c'est d'ailleurs cette dilatation qui permet de faire bouger le piston de haut en bas (suite à "l'explosion"). On peut donc déduire que les gaz sortant à l'échappement prendront plus de place (d'autant plus qu'il contient aussi le carburant brulé) par rapport au gaz qui entre dans le moteur, ce qui fera d'autant plus tourner la turbine.

On peut donc déduire que l'énergie produite par la dilatation des gaz est récupérée gratuitement pour améliorer les performances du moteur (on utilise cette énergie pour compresser l'air d'admission et l'envoyer dans le moteur), et c'est cela qui permet de réduire les consommations même si le problème reste assez fin et très technique à étudier (selon le régime et la charge moteur, ces économies peuvent se transformer en surconsommation, car en gavant le moteur d'air il faut alors aussi le gaver en carburant pour garder un bon rapport stoechiométrique)

Cet avantage est alors inexistant sur un moteur doté d'un compresseur simple (alimenté par la force du moteur et non pas par les gaz d'échappement) qu'on appelle en anglais supercharger.

Quelques témoignages sur ce soucis de turbo

Ici sont présents les derniers avis écrits sur le site ayant indiqué le mot "turbo" dans les problèmes rencontrés.

Land Rover Range Rover (2002-2012)

3.6 tdv8 272 ch 2009 250'000km Vogue : Casse goujon tubulures d'échappementréfection turbofuite d'eau entre les 2 culasses (150¤)

Alfa Romeo 159 (2005-2012)

2.4 JTD 210 ch Brera Skyview rosso alfa, jantes trèfles, 2009, bvm6, 257000kms : Oula c'est du vécu et du tordu.Déjà tout l'électronique peut tomber en panne. J'ai après 11 ans de bonheur et malheur -Panne de serrure conducteur.-Panne commande vitre électrique conducteur.-Panne autoradio enceinte à changer.-Panne siège électrique conducteur.-Batterie 2 fois.-Panne siège électrique passager.-Panne rétroviseur.-Panne calculateur.-Panne clé non reconnue.En plus, problème avec la vanne egr 2 fois, le filtre à particules 3 fois, turbo 1 fois, biellettes sur l'avant, 1 barre stabilisatrice, catalyseur.

Honda CRV (2007-2013)

2.2 CTDI 140 ch 2.2 ictdi 320000 km 2007 manuelle luxury : turbo à 290000 kmEmbrayage à 270000 kmPoulie pompe de direction à 280000 kmCâble frein à main à 180000 km

Peugeot 308 (2013-2021)

1.6 BlueHDI 120 ch 180 000km de 2016 SW : achat en juin 2016 avec 77 000km en concession peugeotRAS pendant 2 ans 2020 changement du réservoir AdBlue et sa pompe injection2022 panne du turbo, changement total du turbo, electro vanne, capteurs etc ... 2 200¤décembre 2023 ... changement du FAP ... 1 400¤avril 2024 ENCORE panne du turbo 20 mois après le changement de celui ci voyant service et "défaut fait réparer votre véhicule". Peugeot fait tout pour trouver une cause et ne pas prendre en charge le changement de turbo ! je ne connais aucun véhicule ou un turbo doit être changé tous les 2 ANS.dommage car en dehors des nombreux frais que j'ai eu, c'est une superbe voiture !

Audi A3 (1996 - 2003)

Renault Kadjar (2015)

1.5 Blue dCi 115 ch EDC techno 2022 17 : Casse turbo

Land Rover Discovery Sport (2014)

2.0 TD4 150 ch 122000 : Casse moteur turbo

Volkswagen Golf VII (2012-2020)

Seat Ibiza (2017)

1.0 EcoTSI 95 ch Ibiza achetée neuve en mai 2023 : Rien à signaler

Renault Kangoo (1997 - 2007)

1.5 dCi 60 ch 2005, Version Camionnette, Boîte 5 : Problème bougies de préchauffage (mais se changent assez facilement)Problèmes électriques divers (voiture qui dort dehors, et étanchéité pas toujours au rendez-vous) mais rien ne mettant en danger la sécurité Vanne EGR encrassée + retour egr calaminé (beaucoup de ville, et ce moteur n'est vraiment pas fait pour ça)Durite d'admission arrachée (assez relou à changer surtout quand une partie reste sur le turbo, mais ça se fait sans trop de problème)

Peugeot 3008 (2009-2016)

2.0 HDI 150 ch BOITE MUNUELLE 191000 KM MOTEUR ASSEZ PUISSANT MAIS BEAUCOUP DE PB , INJ160000 KM POUR CAUSE DE FUMEE NOIRE IMPORECTEUR,MODULE EGR,FAP, TURBO, LE TOUT CHANGE A TANTE A L'ACCELERATION MO : MODULE EGR, FAP, turbo 700¤ réparation en 5 ans....

Kia Ceed II (2012-2018)

200100 KM : turbo A 180000 KMINJECTEUR A 200000 KM

Nissan Juke (2010-2019)

1.5 dCi 110 ch Diesel 169000 : Durite arrache du turbo , tuyau gaz échappement , injecteur hs

Volkswagen Golf IV (1998-2003)

1.9 TDi 110 ch boîte 02j 5 rapports, 387000km, 1998, jantes taule 15 pouce, pas de finition : Etant donné que ma golf a 25 ans et a été assez peu chouchoutée, j'ai rencontré certains soucis.Le premier fût une fuite de liquide de refroidissement au niveau de la durite rigide en façade du bloc qui longe le bloc pour repartir derrière.Le joint fuyait à la sortie du bloc et c'est très pénible à changer sachez le.J'ai dû changé une pièce du sélecteur de vitesse, rien de bien compliqué simplement 2 vis à enlever et le tour est joué. Mon calorstat a finit par se grippé, là encore pas de panique juste 2 vis à retirer, on tire assez fort mais gentiment, ça vient tout seul on change sans soucis.Les durites de retour de gasoil percées entraines un moins bon rendement du moteur et très très légère fuite de gasoil, rien de grave mais ça peut faire entrer de la poussière dans l'injection ce qui peut boucher partiellement voir complètement un voir plusieurs injecteurs. (ne pas hésiter à les faire tourner sans les durites ou utiliser un kit de test afin de les vider de leurs saletés).Certains fusibles ont grillé sans raison apparente mais ça fait un moment et maintenant ras.Mon barillet de serrure côté conducteur s'est cassé, il y a une pièce qui transmet la rotation de la clé à la serrure électrique, mais cette même pièce s'était cassée.

Suzuki Vitara (2015)

1.6 DDiS 120 ch 127000 : Roulement AVG + palier de transmission HS à 80000km (garantie)turbo cassé à 104000km (2500eur)Sonde lambda HS à 112000km Embrayage + volant moteur HS à 124000km (3000eur)

Opel Meriva 2 (2010-2017)

1.4 120 ch année 2013 panne chauffage liquide de refroidissement qui disparait 7900km : thermostat en panne donc pas de chauffage perte liquide dans le bocal

Audi A4 (2001-2007)

1.8 turbo 163 ch A4 cab 2006 BVM 99000km : turboCatalyseur Surconsommation Témoin digne d un sapin de Noël

Volkswagen Polo V (2009-2017)

1.4 TDI 90 ch boite 5, 175 000, 2016, jante alu 15, bluemotion : Embrayage, turbo

Mazda CX-30 (2019)

2.0 e-Skyactiv-X 186 ch Bv manuelle à 6 rapports : Quelques bugs de l'infodivertissementpar ailleurs peu développé.

Nissan Note (2006-2012)

1.4 88 ch 148000 : Aucun ! Moteur d'essuie glace mais facilement réparable soi même.

144 commentaire(s)

Tous les commentaires et réactions

Ecrire un commentaire

Les derniers commentaires DU SITE

Ecrire un commentaire

Ce site est le vôtre ! Interrogation, complément d'information, conseil, anecdote etc... Toutes vos remarques sont les bienvenues.

Pseudonyme :

Mail * (non obligatoire) :

Votre commentaire :

Valider mon commentaire

* Soyez au courant des réactions sur votre commentaire. Il n'est pas obligatoire et restera confidentiel si vous l'indiquez.

Sondage au hasard :