Types de turbocompresseurs : Turbo, Twin turbo, Twin-scroll, les connaissez-vous tous ?
Turbo, Twin turbo, Bi-turbo, Twin-scroll ou turbo électrique ? Lequel est le meilleur, et quels sont leurs avantages et inconvénients ?
Nous examinerons tous les types de turbocompresseurs mentionnés dans cet article et parlerons de leur construction.
Table des matières
A quoi sert un turbocompresseur ?
Un turbocompresseur ou, familièrement, un turbo est un dispositif qui augmente la puissance d'un moteur à combustion interne en forçant l'air dans la chambre de combustion.
L'augmentation de puissance fait que le moteur reçoit beaucoup plus de molécules d'oxygène à partir du même volume d'air, car l'air est comprimé, ce qui rend le mélange plus explosif.
Turbocompresseur : quels sont ses avantages et qu'est-ce que le turbo lag ?
Ainsi, un moteur turbocompressé accélère plus facilement, a une puissance plus élevée et ne consomme pas plus de carburant qu'un moteur atmosphérique. Le turbocompresseur est alimenté par les gaz d'échappement, ce qui signifie qu'il utilise de l'énergie qui serait autrement gaspillée.
L'entraînement du turbocompresseur à l'aide des gaz d'échappement est très efficace car le turbo ne prélève pas d'énergie sur le moteur, contrairement au compresseur qui est entraîné mécaniquement par la puissance du moteur.
De quoi est composé un turbocompresseur ?
La partie principale du turbocompresseur est la turbine, c'est-à-dire l'hélice. Il peut tourner à une vitesse allant jusqu'à 300 000 tr/min et a la plus grande influence sur certaines caractéristiques de performance du turbocompresseur. La taille de la turbine détermine la quantité d'air qui s'écoulera dans le moteur. En général, plus la turbine est grande, plus la capacité de débit d'air est grande.
Les performances d'un turbocompresseur sont étroitement liées à sa taille. Les gros turbocompresseurs ont besoin de plus de pression des gaz d'échappement, ce qui provoque un turbo lag à bas régime. Les petits turbos tournent rapidement, mais peuvent ne pas avoir la même puissance à forte accélération.
Turbo Lag : qu'est-ce que c'est et comment le réduire ?
Différentes variantes de turbocompresseurs combinent efficacement les avantages des gros et des petits turbocompresseurs.
Turbocompresseur unique - Le type de turbocompresseur le plus simple
Ce simple turbocompresseur était déjà utilisé lorsque la suralimentation en était à ses balbutiements. Cependant, un simple turbocompresseur a certaines limites en termes de réglage du moteur.
Comme déjà mentionné, le turbocompresseur est alimenté par les gaz d'échappement. Un petit turbocompresseur a une faible inertie, de sorte que seule une petite quantité d'énergie provenant des gaz d'échappement est suffisante pour faire tourner la turbine.
Puissance et couple moteur : lequel de ces paramètres est le plus important ?
Un moteur avec un tel turbocompresseur fournit un couple élevé déjà à très bas régime, il excelle donc en souplesse même à bas régime. Cependant, il n'a pas de puissance à haute vitesse, car la turbine aimerait tourner plus vite, mais elle atteint sa vitesse maximale donnée par la conception.
Par conséquent, un petit turbo atteindra sa vitesse maximale à un régime moteur inférieur à celui d'un plus gros. En revanche, un gros turbocompresseur ne fonctionne qu'à haut régime. Cela signifie que plus la vitesse du moteur est élevée, plus sa puissance est élevée.
Un moteur avec ce type de turbocompresseur tourne à certaines vitesses comme une unité non suralimentée. Lorsqu'il dépasse une certaine plage de révolutions, il se manifeste par un démarrage et une poussée très vifs et puissants.
Avantages :
- Prix
- Fiabilité
- Construction simple
Désavantages:
- Un turbo lag considérable
- Un compromis entre performance moteur et souplesse
Turbo à géométrie variable
Les turbocompresseurs à géométrie variable (ou VGT en abrégé) utilisent des aubes mobiles pour ajuster le débit d'air vers la turbine, imitant ainsi un turbocompresseur de taille optimale tout au long de la courbe de puissance. Le résultat est un turbocompresseur sans turbo lag observable.
Ce type de turbocompresseur est utilisé exclusivement pour les moteurs diesel. La raison en est la sensibilité du mécanisme de la lame aux températures élevées. Pour clarifier, la température des gaz d'échappement des moteurs à essence est supérieure de plusieurs centaines de degrés Celsius à celle des moteurs diesel.
Turbocompresseur à géométrie variable (VGT) : comment ça marche ?
Même dans ce cas, cependant, il existe des exceptions afin que vous puissiez rencontrer ce type de turbocompresseur même avec un moteur à essence.
Avantages :
- Fonctionne dans une large gamme de régimes moteur
- Le prix est comparable au prix d'un simple turbocompresseur
Désavantages:
- Fiabilité moindre par rapport à un simple turbocompresseur
- Conçu principalement pour les moteurs diesel (pour les moteurs à essence, cette solution nécessite l'utilisation de matériaux coûteux et plus durables)
Bi-turbo, Bi-turbo
Twin-turbo ou Bi-turbo sont deux turbocompresseurs fonctionnant en parallèle (conjointement) ou séquentiellement (séparément). Dans une configuration parallèle, les deux turbos ont la même taille, avec un turbo entraîné par une moitié et l'autre par l'autre moitié de l'échappement du moteur, et les deux fonctionnent simultanément. Vous pouvez rencontrer une telle solution, en particulier avec les moteurs multicylindres.
Les petits turbocompresseurs ont une faible inertie, donc fondamentalement, seule une petite quantité d'énergie des gaz d'échappement est nécessaire pour faire tourner la turbine, c'est pourquoi deux petits turbocompresseurs sont souvent utilisés au lieu de deux gros.
Dans la configuration séquentielle, qui est utilisée plus souvent, le plus petit turbocompresseur fonctionne à bas régime, à régime moyen et à des régimes moteur prédéterminés plus élevés. Seul le gros turbocompresseur fonctionne seul.
Les turbocompresseurs à fonctionnement séquentiel répondent à la fois aux exigences de performances élevées et à la souplesse du moteur à bas régime. Cette conception nécessite cependant des ensembles complexes de tuyaux pour alimenter les deux turbocompresseurs.
Avantages :
- Ils répondent aux exigences de haute performance, mais aussi aux exigences de souplesse du moteur à bas régime
- Élimine le turbo lag
Désavantages:
- Prix élevé
- Construction complexe
- Coûts de service plus élevés
Turbocompresseur à double volute
Ce type de turbocompresseur possède deux canaux pour l'admission des gaz d'échappement dans la partie turbine. Les tuyaux d'échappement des cylindres débouchent sur l'un et l'autre canal du Twin-scroll turbo afin que la dépression ne prélève pas d'énergie sur les gaz d'échappement d'un cylindre.
En revanche, la soupape d'échappement de l'autre cylindre n'est pas encore fermée, mais sa soupape d'admission a déjà commencé à s'ouvrir.
Turbo à double volute : quels sont ses avantages et ses inconvénients ?
Si l'allumage dans les cylindres est dans l'ordre 1-3-4-2, les cylindres 1 et 4, conduit à un canal et les cylindres 2 et 3 à l'autre. Dans ce cas, il n'y aura pas de perte d'énergie des gaz d'échappement, car le cylindre 3, qui prélèverait de l'énergie sur les gaz d'échappement du cylindre 1, n'est pas relié à la même canalisation.
L'inconvénient du turbocompresseur Twin-scroll est sa construction exigeante de tuyaux d'échappement. Il est également nécessaire d'avoir un nombre pair de cylindres pour que les gaz d'échappement du même nombre de cylindres s'écoulent dans chaque canal.
Avantages :
- Prix similaire à un turbocompresseur simple
- Efficacité similaire à un turbocompresseur double
- Fiabilité
Désavantages:
- Conception difficile des tuyaux d'échappement
- Une solution de conception difficile pour les moteurs avec un nombre de cylindres plus élevé
Turbocompresseur électrique
Ce n'est pas un turbo mais un compresseur électrique. Ce type de turbocompresseur n'a pas besoin d'énergie des gaz d'échappement pour son entraînement, car il utilise un moteur électrique et un accumulateur spécial pour son entraînement. Grâce à cela, le turbo électrique présente plusieurs avantages. Le plus important est probablement l'élimination complète du décalage du turbo.
Le turbocompresseur électrique peut réguler la vitesse de sa turbine en modifiant la vitesse du moteur électrique. Ce type de turbo ne nécessite donc aucun dispositif supplémentaire tel qu'une soupape de purge, une soupape de décharge ou des aubes variables pour réguler le décalage du turbo.
Turbo électrique : Est-ce un turbocompresseur ou un compresseur ?
Ce turbocompresseur n'est pas utilisé seul pour suralimenter le moteur. À haut régime, l'énergie de la batterie spéciale ne serait pas suffisante pour faire tourner la turbine à une vitesse suffisante. Lors de l'utilisation d'un accumulateur plus puissant ou d'un plus grand nombre de tels accumulateurs, le prix du turbo électrique dépasserait le prix de la voiture entière.
C'est pourquoi le turbocompresseur électrique ne fonctionne qu'à bas et moyen régimes, et à haut régime, il s'éteint et laisse la fonction de suralimentation au turbocompresseur classique.
Avantages :
- Absence totale de turbo lag
- N'a pas besoin d'équipement supplémentaire pour réguler la pression de remplissage
- N'est pas soumis à une charge thermique élevée
Désavantages:
- Prix élevé
- Question de fiabilité
- Nécessite une batterie spéciale qui alimente ce turbo