Turbo à géométrie variable (VGT)

Le turbocompresseur à géométrie variable, abrégé VGT et parfois appelé turbine à tuyère variable, est une forme sophistiquée de turbo qui s'adapte aux conditions du moteur pour fournir une forte suralimentation sur toute la plage de régimes. Les turbos à géométrie fixe doivent arbitrer entre réponse précoce et débit à haut régime ; le VGT contourne ce compromis en modifiant physiquement la géométrie du conduit d'échappement alimentant la turbine, se comportant en pratique comme un petit turbo à bas régime et comme un grand à haut régime.

Le mécanisme repose sur une couronne d'ailettes mobiles, ou tuyères, disposées autour de la roue de turbine à l'intérieur du carter. Ces ailettes pivotent à l'unisson, commandées par un actionneur qui peut être à dépression, pneumatique ou, de plus en plus, électrique, et géré par le calculateur moteur. En changeant leur angle, les ailettes font varier la section de passage des gaz d'échappement et l'angle sous lequel ceux-ci frappent les aubes de la turbine. Resserrer le passage accélère les gaz et les dirige plus agressivement vers la turbine ; l'élargir laisse passer la totalité du flux avec un minimum de restriction.

Cette variabilité est précisément ce qui confère au VGT sa suralimentation ample et souple. À bas régime, lorsque l'énergie d'échappement est rare, les ailettes se referment pour étrangler le flux, accélérant les gaz de sorte qu'un faible volume suffise à faire tourner vigoureusement la turbine et à produire une suralimentation utile dès le départ — réduisant nettement le temps de réponse. À mesure que le régime monte et que le volume des gaz croît, les ailettes s'ouvrent progressivement pour ne pas étouffer le moteur sous une contre-pression excessive et laisser la turbine débiter librement à haute puissance. Le turbocompresseur unique délivre ainsi la réponse précoce d'une petite unité et la capacité d'une grande, sans la complexité de plusieurs turbos.

La suralimentation à géométrie variable est aujourd'hui quasi universelle sur les moteurs turbodiesel modernes, et constitue l'une des technologies clés ayant rendu les diesels à rampe commune si souples et vifs. L'échappement relativement frais et riche en oxygène d'un diesel convient bien au mécanisme à ailettes, qui peut alors fonctionner de façon fiable sans les températures extrêmes qui ont longtemps rendu les VGT difficiles à appliquer aux moteurs essence. Sur les diesels, le système aide aussi au frein moteur et peut faciliter la recirculation des gaz d'échappement (EGR) en modulant la contre-pression. Les applications essence, à l'échappement bien plus chaud, sont apparues plus lentement et reposent sur des matériaux haute température plus coûteux.

Les principales précautions concernent la fiabilité et l'entretien. Les ailettes mobiles évoluent dans un flux d'échappement chaud et chargé de suie ; sur les diesels en particulier, elles peuvent s'encrasser de calamine et de suie, se gripper et fausser la régulation de suralimentation. Un usage régulier, une huile de qualité et quelques montées en régime franches aident à conserver le mécanisme libre, l'actionneur et la tringlerie étant des points d'entretien fréquents. Aux côtés des montages twin-scroll, séquentiels et biturbo, le VGT représente la solution mono-turbo la plus élégante au problème récurrent de fournir de la suralimentation partout dans la plage de régimes.