Turbocompresseurs séquentiels

La suralimentation séquentielle est une approche de la suralimentation conçue pour résoudre l'un des plus anciens compromis du turbocompresseur : l'arbitrage entre réactivité à bas régime et puissance à haut régime. Un turbo unique dimensionné pour une forte puissance en haut de la plage tend à se montrer paresseux à bas régime, là où l'énergie des gaz d'échappement est trop faible pour l'entraîner rapidement, d'où la fameuse sensation de temps de réponse. Les systèmes séquentiels y remédient en utilisant deux turbocompresseurs aux caractéristiques différentes et en les faisant intervenir l'un après l'autre plutôt que simultanément.

Dans une configuration typique, un petit turbocompresseur à faible inertie prend en charge le bas de la plage de régime. Léger et facile à lancer, il offre une réponse vive à l'accélérateur et une suralimentation utile dès le ralenti ou presque. À mesure que le régime moteur et le débit des gaz augmentent, un jeu de soupapes de commande fait progressivement entrer en jeu un second turbocompresseur, plus gros. Cette grosse unité peut faire passer bien plus d'air et soutient donc une forte suralimentation à haut régime, là où le petit turbo s'essoufflerait et deviendrait une restriction. Le relais est géré de manière à maintenir une suralimentation continue, ce qui donne au moteur une courbe de couple large et plate, à la fois enjouée au démarrage et vigoureuse en haut.

L'intérêt pour le conducteur est une quasi-disparition du temps de réponse alliée à la puissance brute d'un gros turbo, combinaison qu'un turbocompresseur fixe unique peine à offrir. Cela a rendu les systèmes séquentiels attrayants pour les moteurs de performance exigeant à la fois souplesse et puissance spécifique élevée, la Mazda RX-7 birotor à double turbo et plusieurs diesels de performance japonais figurant parmi les exemples les plus connus.

Il ne faut pas confondre cette approche avec les montages bi-turbo parallèles classiques, où deux turbocompresseurs identiques alimentent chacun une rangée de cylindres et fonctionnent en même temps. Le propre d'un système séquentiel est le relais étagé, fondé sur le rôle de chacun, entre des turbos de tailles différentes, piloté par un réseau souvent complexe de soupapes de commande, de décharge (wastegate) et de dérivation.

Cette complexité constitue aussi le principal défaut du système. La soupaperie et la logique de commande ajoutent coût, masse et points de défaillance potentiels, et la transition entre les turbos peut se ressentir comme un palier dans la délivrance si elle n'est pas soigneusement calibrée. Pour ces raisons, la suralimentation séquentielle a largement cédé la place, sur les moteurs modernes, au turbocompresseur à géométrie variable, qui obtient une plage de fonctionnement comparable avec une seule unité dont les aubes orientables modifient à la volée la taille effective de la turbine. Les architectures à double volute (twin-scroll) offrent une autre voie vers une suralimentation large et réactive. La suralimentation séquentielle n'en demeure pas moins un jalon instructif dans l'évolution de la suralimentation et se rencontre encore sur certaines configurations bi-turbo.