Voici comment fonctionne un turbocompresseur à géométrie variable : avantages, pannes et entretien

Parmi les différents systèmes de suralimentation d’un moteur, on trouve les turbocompresseurs à géométrie fixe ou à géométrie variable, connus sous le nom de VGT. Dans les deux cas, l’objectif est le même : profiter de l’inertie des gaz d’échappement pour introduire dans les cylindres plus d’air que ce que le moteur peut aspirer par lui-même, afin d’augmenter son rendement.

Mais l’un des principaux inconvénients des moteurs suralimentés par turbos conventionnels est que, lorsque le moteur fonctionne à bas régime, les gaz d’échappement n’ont pas assez de force pour accélérer la turbine qui comprime l’air d’admission. En revanche, à régime élevé, le débit des gaz d’échappement est si important et fait tourner la turbine avec tant d’énergie qu’il devient nécessaire d’activer une soupape de décharge, ce qui gaspille une partie de l’énergie transportée par les gaz d’échappement.

C’est précisément ce problème que résolvent les turbocompresseurs à géométrie variable, qui, comme nous allons le voir, permettent de comprimer efficacement l’air d’admission aussi bien à bas qu’à haut régime.

Les premiers développements de turbocompresseurs à géométrie variable remontent au milieu des années 50, mais le premier véhicule de série à l’intégrer fut la Fiat Croma turbodiesel au début des années 90, avec son moteur 1.9, qui fut également l’un des premiers diesels à adopter l’injection directe. Aujourd’hui, on a aussi développé des solutions qui recourent directement à de petits moteurs électriques pour accélérer la turbine. D’autres types de turbocompresseurs utilisés pour améliorer la réactivité des moteurs suralimentés à bas régime sont les turbos Twin-Scroll.

Comment fonctionne un turbo à géométrie variable ?

La différence entre un turbocompresseur fixe et un VGT réside dans le fait que ces derniers disposent d’un mécanisme qui permet de faire varier la vitesse des gaz d’échappement qui frappent la turbine, de sorte qu’elle accélère plus rapidement. Ils ne modifient pas la quantité d’air, mais la section d’entrée de celui-ci.

Pour cela, ils sont équipés d’un système d’ailettes ou d’aubes variables qui se referment lorsque le moteur fonctionne à bas régime, ce qui accélère les gaz d’échappement, augmentant leur poussée sur la turbine. Lorsque le moteur tourne à haut régime, les aubes s’ouvrent, ce qui augmente la section d’entrée des gaz d’échappement et réduit donc leur vitesse. Cela permet d’atteindre la pression de suralimentation maximale à des régimes moteur plus élevés.

La commande des aubes peut être réalisée par un système mécanique utilisant un actionneur de pression ou de dépression, mais sur les moteurs plus modernes, il est courant de recourir à un petit moteur électrique actionné par le calculateur électronique (ECU) du moteur.

Vous pouvez voir plus en détail le fonctionnement d’un turbocompresseur à géométrie variable dans cette vidéo :

https://www.youtube.com/watch?v=AuQor-YnbZ8

Quels avantages offre un turbo à géométrie variable ?

Une fois le principe de fonctionnement d’un turbocompresseur à géométrie variable connu, ses avantages sont évidents :

• Ils réduisent ou éliminent le « turbo-lag » ou retard de réponse caractéristique des moteurs turbocompressés lors d’une accélération à bas régime.
• Ils optimisent le fonctionnement du système de suralimentation à tous les régimes du moteur, permettant une courbe de couple plus plate.
• En contrôlant la pression de suralimentation par l’action sur les aubes mobiles, une soupape de décharge ou « waste-gate » n’est pas nécessaire.
• Il s’agit d’une solution plus simple qu’un double turbo séquentiel. Néanmoins, il existe des moteurs hautes performances dotés de plusieurs turbocompresseurs, dont au moins un est à géométrie variable.
• En optimisant la livraison du couple, ils améliorent les performances et, par conséquent, aussi la consommation et les émissions

Quels inconvénients présente un turbo variable ?

Étant un mécanisme plus complexe comportant davantage de pièces mobiles, les turbocompresseurs à géométrie variable sont plus chers que les conventionnels. Pour la même raison, ils sont également plus sujets aux pannes.

Un autre inconvénient est la complexité que représente leur utilisation sur les moteurs essence, dont les températures plus élevées des gaz d’échappement exigent des développements plus sophistiqués et plus coûteux.

Porsche fut l’une des premières marques à utiliser un turbocompresseur à géométrie variable sur un moteur essence, bien qu’aujourd’hui on les trouve également sur de petits moteurs comme solution pour améliorer le rendement, plus que pour atteindre de hautes performances. Un exemple récent est le moteur hybride 1.5 de la nouvelle Alfa Romeo Tonale.

Entretien, soins et pannes des turbos à géométrie variable

Comptant davantage de pièces mobiles, exposées en plus aux hautes températures et au passage des gaz d’échappement, les turbocompresseurs à géométrie variable présentent davantage de problèmes que les turbos à géométrie fixe.

La panne la plus fréquente est le blocage du système d’ailettes variables. Le problème dans ce cas est que le turbo variable ne fonctionne plus comme un turbo à géométrie fixe, car le blocage des aubes fait que le moteur ne fonctionne correctement que dans une plage de régimes déterminée. Les symptômes sont une nette perte de rendement, avec l’augmentation de consommation qui en découle. Il est également fréquent, dans ces cas, de remarquer des à-coups dans la délivrance de puissance, ou des zones mortes où le moteur semble ne pas pousser.

Comme c’est le cas avec les débitmètres, les EGR et les filtres à particules, l’une des principales causes du blocage d’un turbo à géométrie variable est une conduite principalement urbaine, ou avec le moteur toujours à très bas régime, c’est-à-dire lorsque la combustion produit le plus de suie.

La meilleure façon d’éviter les pannes d’un turbocompresseur à géométrie variable est donc de ne pas limiter la conduite aux trajets urbains, en sortant de temps à autre sur route et en faisant aussi travailler le moteur à régime moyen ou élevé. Bien sûr, il est également indispensable d’utiliser une huile moteur adaptée et de respecter les intervalles d’entretien.