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Dernière modification 25/11/2023

Fonctionnement détaillé du turbocompresseur


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.

Opel Astra (2009-2015)



1.7 CDTI 125 ch Boîte meca 6, 176 000km, 2011, finition cosmo : FapEgrRégulateur pression carburant Mise en sécurité ( mode dégradé ) sans code erreur Ralenti instable Creux sous 2000t Surconsommation de carburant


Volvo S60 (2010-2017)



2.0 D3 163 ch 2011 / 165000 Kms / Momentum : Déjà cités.Tarifs VOLVO affolants.


2.0 D3 150 ch Boite auto, 142000KM, 2015, finition Översta, D3 : Fiabilité (moteur) et 5 rappels constructeur sur le véhicule, si vous avez un litige avec Volvo, attendez-vous a un combat de longue haleine car ils ne reconnaissent rien sur les défauts de leurs véhicules !! 5 ans de procès si cela vous dit !! consommation 1l d'huile au 100km après intervention, moteur, turbo etc HS.


Ford Puma (2019)



1.0 Ecoboost MHEV 48V 125 ch 60 000 : turbo HS au bout de 60 000 km (le voiture a été achetée neuve en juillet 2021!)


Renault Scenic 3 (2009-2016)



1.5 dCi 110 ch 216000 : Entretien toujours fait chez Renault en temp et en heure + conduit économique Avant les 150 000klm rien à dire Arriver à 150 000klm Défaut cassé moteur quand on passe à 110 klm/ h Pas de défaut injection mais pour l'électricité d'injection de carburantCapteur d'air hs Encrassement du Fap Pompe d'injection créé de la limaille Arriver 200 000klm 3ans d'utilisation turbo hs Défaut cassé moteur Denouveau probleme d'injection Batterie se vide toute seul Sincèrement pour un véhicule à se prixUne fois les 150 000klm remplacer si vous voulez éviter moulte et moulte aléa


Volkswagen Arteon (2017)



2.0 bi-TDI 240 ch Automatique 155000kms 2017 jantes 19 pouces finition Exclusive : Refroidissement des turbo voyant moteur allumé calamine bouché Contour du toit ouvrant plastique fendue...


Audi A4 (2001-2007)



3.0 220 ch manuelle 6 vitesses,2004, jantes alu finition pack plus ,quattro, : Défaut connu aile qui rouille à 212000 km.Embrayage et volant moteur changé à 152000 km , Crémaillère changée à 183000,Pompe à injection changer à 205000 km ,Vidange faite tout les 10000 km ,


Fiat Tipo (2016)



1.6 Multijet D 120 ch Fiat tipo easy, diesel, 140 000km , année 2018 : Sonde lamba Problème vitre x2 Perte de puissance turbo hs Consommation huileCasse moteur


Volvo XC90 2 (2015)



D4 190 ch Bva, 176000km, 2017, jantes 18, Rdesign : Rappel airbag et gps.Problème avec le train arrière, problème avec le fonctionnement des rétroviseurs électriques, problème avec le moteur, les deux turbos à changer.


Dacia Sandero 2 (2012-2020)



1.5 dCi 90 ch Stepway Prestige, 145000km : Commodo de pharesReflux d'huile du turbo vers l'intercooler


Ford Focus 4 (2018)



1.5 Ecoboost 182 ch Boite manuelle, 75000 km (2023), 2019, 19", ST line break, Phares Full LED directionnel : Film aluminium (oui ce n'est qu'un film apparemment) de la poignée interne de porte qui plisse suite à la chaleur estivale.1 phare full LED directionnel qui se retrouve collé vers le bas au bout de 3 ans / 75000 km. Empêche le mode plein phare et dégrade le 2ième phare en l'immobilisant également vers le bas. Changement complet obligatoire du phare défectueux (mécanisme + calculo intégré + calibration). ~2000¤Défaut d'assistant pré-collision + mode de conduite indisponible (normal/eco/sport) + perte de puissance (plus de turbo) dans la seconde qui suit. 4 ans / 100000 km. Investigation en cours.


Renault Laguna 1 (1994 - 2001)



2.2 TD 115 ch 2,2 dt 115 cv , boite Manuel 5 , 306000 km, 98 ,jante alu 15" , alizé pack plus semic cuir sono 8 hp 6x45w , peinture nacrée , abs , clim auto , par brise athermique, vitre latéral sola : Émetteur récepteur ambrayage 305 mille km , turbo léger jeu à 305 mille km , volant moteur bruit à 300 mille , moteur fermeture centraliser hs à 290 mille km , train avant à refaire entier à 280 mille km , silemblock train arrière à changer à 300 mille km , roulement de roue arrière à 300 mille km , roulement de roue avant à 304 mille km , étrier de frein à refaire à 300 mille km .


Mazda 3 (2013-2019)



2.2 Skyactiv-D 150 ch Boite meca, 90000 Kms 2019 : Rétroviseurs extérieurs en panne . Usure de l'arbre à came , du turbo. Disfonctionnement des injecteurs.


Mazda CX-30 (2019)



2.0 e-Skyactiv-X 180 ch Boite auto, 2020, 38000kms : Fermeture automatique des portes ne fonctionne pas 1 fois sur 5 ! Rien d'autre.


Citroen C3 II (2009-2016)



1.4 HDI 68 ch 137000 : turbo


Alfa Romeo Giulietta (2010-2020)



2.0 JTD / Multijet 140 ch Boîte 6, 194000 km, 2011, Jantes allu 17, Distinctive : J'ai acheté une Giulietta il y a 1 an à 170000 km. 1 mois après l'achat, Le moteur de mixage côté chauffeur et passager sont KO, impossible de contrôler avec le bi-zone, je suis en permanence au chaud côté conducteur puis air frais côté passager, le changement des pièces est difficilement accessible, la main d'oeuvre est très coûteuse car il faut démonter entièrement le tableau de bord. Assez frustrant.Le système Blue&Me était défectueux et faisait clig


Citroen C5 (2008-2017)



2.2 HDI 204 ch C5 2.2 204cv / 185000km / 2011 / Exclusive : turbo à 184000 km / fil coffre hayon qui casse / Coffre qui se ferme bien 1x sur 3 / Écran qui s’éteint sans raison parfois


2.2 HDI 204 ch C5 2.2 204cv / 185000km / 2011 / Exclusive : turbo à 184000 km / fil coffre hayon qui casse / Coffre qui se ferme bien 1x sur 3 / Écran qui s’éteint sans raison parfois


Citroen C5 (2001-2008)



2.2 HDI 170 ch 220000 - BM6 - 2006 - Excusive : Capteurs liés au turbo panne non encore élucidé, qualifié de “non franche“ par le reseau citroen Le premier turbo instable se met en défaut de facon aleatoire provoquant une degradation de performance relativement sensible. non élucidé Instabilité du regulateur de vitesse (se desactive - peut-etre lié à la panne precedente) non élucidé. Changement du volant moteur et kit d'embrayage prévu.


Alfa Romeo Stelvio (2017)



2.2 diesel 160 ch Automatique, 25 000kms, finition super de 2019 : turbo à 25000kmsProblème connu par la marque mais pas de prise en charge... On nettoie le circuit, changement du filtre à air et on voit ce que ça donnera. Une honte pour la gamme de véhicule et le peu de kms ...


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