L'invention du turbo s'est faite au début du XXe siècle, vers 1905, par un ingénieur suisse, Alfred Büchi. 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 reliée par un axe à une deuxième hélice 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 le wastegate. A noter que si un moteur peut atteindre quelques milliers de tours/minute, 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. Exploitation de la dilatation de l'air 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). Ce 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 (puisqu'il contiennent aussi du carburant brûlé) par rapport au gaz qui entre dans le moteur, ce qui augmente le nombre de tours de la turbine. Ainsi, 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. 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. En comprimant l'air, le turbo finit par le chauffer... Hélas, envoyer de l'air chaud (donc dilaté) dans le moteur n'est pas l'idéal. Plus l'air est froid moins il prend de place, et on peut donc mettre plus d'air froid dans un même volume que d'air chaud... Pour palier cela, on a inventé l'intercooler qui permet tout simplement de refroidir l'air compressé par le turbo avant de l'envoyer dans les chambres de combustion. Booster son turbo Deux moyens permettent d'améliorer les performances de son turbo : - modifier le 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 même principe que le turbo. 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 fonctionne plus dans les tours mais est limité en vitesse de rotation tout en prenant un peu plus d'énergie au moteur. 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 régimes 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 qui agit sur l'aérodynamique. Notons que ce type de turbo améliore l'agrément en évitant que le turbo ne s'active trop brutalement. Ici il se met à fonctionner de manière progressive amenant alors une plus grande souplesse d'utilisation. 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. 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). Le turbo ami du downsizing Avec l'injection haute pression, le turbo est l'un des piliers permettant la réduction de la cylindrée qui est de plus en plus à la mode pour réduire les consommations en carburant. Il permet en quelque sorte d'agrandir artificiellement la cylindrée du moteur car il permet d'y engouffrer plus d'air, comme si ses cylindres étaient plus gros finalement.
