Depuis des décennies, Porsche est considéré comme un pionnier de la technologie des turbocompresseurs. Avec la 930, elle a lancé la première voiture de sport équipée d’un turbocompresseur à gaz en 1974. En plus de cinq décennies, Porsche a continué à développer cette technologie. Pour ses voitures particulières, elle l’a empruntée à la 917 à l’origine. Le travail de pionnier de Porsche a porté sur les refroidisseurs intermédiaires, le chargement biturbo et le chargeur de turbocompresseur à géométrie variable (VGT). En 2006, Porsche a commercialisé la première voiture de série à essence au monde équipée d’un tel VGT. Nous vous proposons un petit voyage à travers l’évolution de l’induction forcée chez Porsche.
Pendant des décennies, le principal inconvénient des moteurs turbocompressés a été leur maniabilité
Même lorsque la Porsche 917 turbocompressée et, plus tard, les Porsche 935, 956 et 962 étaient utilisées pour la compétition, la facilité de conduite était le critère essentiel. Les conducteurs d’anciennes Porsche 911 Turbo connaissent bien le problème : peu de pression à bas régime, apparition soudaine de la poussée à mi-régime. Dans le langage courant, on parle souvent de « turbo lag ». Pendant des décennies, ce type de puissance était la norme pour les voitures équipées d’un turbocompresseur. Mais comment le décalage du turbo se produit-il réellement ? La réponse se trouve dans la physique.
Il s’agit de la partie de la plage de régime où le turbocompresseur ne peut pas encore fournir la pression de suralimentation maximale. Lorsque le régime et la charge du moteur sont faibles, les flux de gaz d’échappement ne sont pas encore suffisants pour accélérer la turbine du turbocompresseur jusqu’à la vitesse cible. Le compresseur du turbocompresseur ne tourne pas non plus aussi vite que nécessaire. Au total, la pression de suralimentation est donc plus faible. Cela signifie moins de couple et donc moins de puissance. Toutefois, lorsque la pression de suralimentation maximale est atteinte, le couple monte rapidement en flèche. Il en résulte le fameux « coup de pied au derrière ». Cet effet est encore plus prononcé si l’on utilise une turbine et un compresseur, ce que l’on appelle familièrement le turbocompresseur.
Les moteurs à aspiration naturelle, en revanche, ont une courbe de puissance et de couple plus uniforme. C’est la raison pour laquelle les moteurs à aspiration naturelle à haut régime sans turbocompresseur ont été principalement utilisés dans les courses du 20e siècle. Ils étaient plus faciles à conduire, beaucoup plus prévisibles. Cependant, la puissance supplémentaire potentiellement considérable des moteurs turbocompressés était attrayante. Les ingénieurs de Porsche ont donc cherché des solutions pour permettre l’utilisation de la technologie turbo en compétition.
L’évolution des modèles Porsche 911 Turbo refroidis par air s’est achevée avec la 993 Turbo, équipée d’un moteur biturbocompressé.
Au départ, Porsche utilisait des wastegates et des contrôleurs de suralimentation réglables
À l’époque, le département de développement autour de Hans Mezger expérimente avec enthousiasme les avantages de la turbocompression dans les courses. Les premiers outils utilisés dans les premiers temps des moteurs turbo étaient les wastegates et les contrôleurs de suralimentation à réglage manuel. Les wastegates, c’est-à-dire les soupapes de dérivation, peuvent dévier une partie du flux de gaz d’échappement au-delà du turbocompresseur afin de réguler la pression de suralimentation. Le contrôle est automatique, sans intervention du conducteur.
« Tous les outils que nous avons utilisés existaient déjà, ils avaient simplement été mal utilisés et mis au rebut. Nous les avons redécouverts et réinventés ».
Hans Mezger parle de son travail pour apprivoiser le turbomoteur
En revanche, la « roue à vapeur », le contrôleur manuel de suralimentation, permettait au conducteur de régler la pression de suralimentation de manière autonome dans le cockpit. Grâce à un mécanisme à ressort, la soupape de décharge peut être amenée à croire que la pression de suralimentation est trop élevée ou trop faible. La soupape de décharge s’ajuste alors en conséquence. Elle peut ainsi augmenter ou réduire la puissance de manière significative en fonction de la situation. Cette technologie a été utilisée de série sur la RUF CTR, par exemple. Grâce à ces astuces, Porsche a remporté ses premiers succès en course avec des moteurs turbocompressés sur les 917/10 et 917/30. Cette expérience a servi de base au développement de la première Porsche 911 Turbo, la 930, lancée en 1974.
Ont suivi les refroidisseurs intermédiaires, la charge de registre, le biturbo et enfin le turbocompresseur à géométrie variable (VGT).
Après que la première version de la Porsche 911 Turbo ait fait sensation, la 911 Turbo 3.3 a suivi pour l’année-modèle 1978. Avec deux millimètres d’alésage en plus, la cylindrée passe de 3,0 à 3,3 litres. Porsche a également implanté un autre développement de course dans son nouveau fer de lance : l’intercooler.
Sans modifier la compression et le carburant, le refroidissement intermédiaire permet d’augmenter la suralimentation et donc la puissance du moteur. Les essais réalisés avec un refroidisseur intermédiaire ont montré une réduction des températures d’admission de 50 à 60 °C. Il en résulte un air d’admission plus dense et des volumes d’air moins importants pour le processus de combustion. La baisse sensible de la température de combustion est un effet secondaire positif. En conséquence, un turbocompresseur plus petit a été utilisé, ce qui a permis de réduire le « décalage du turbo ». Les essais ont été si concluants que Porsche a vendu la première voiture de série au monde équipée d’un refroidisseur intermédiaire, la 930 Turbo 3.3, en 1978.
Porsche a introduit une autre innovation dans la production de masse avec la voiture de sport 959. Pour la première fois, un véhicule était équipé de deux turbocompresseurs connectés en série. Ce principe est appelé turbocompresseur séquentiel ou turbocompresseur à registre. Un turbocompresseur doté d’une turbine plus petite réagit à un régime moteur plus bas, suivi d’un second turbocompresseur doté d’une turbine plus grande qui fournit une pression de suralimentation à un régime moteur plus élevé.
Avec la 993 Turbo, Porsche innove une fois de plus en optant pour la charge biturbo
Les turbos séquentiels n’ont cependant jamais trouvé leur place dans une 911 de série. En revanche, un autre concept basé sur deux turbocompresseurs a vu le jour : la charge biturbo. La Porsche 993 Turbo a été la première à utiliser cette technologie. L’un des deux turbocompresseurs de taille égale est responsable de chaque rangée de cylindres. Ce principe permet d’utiliser deux petits turbocompresseurs au lieu d’un seul gros, et donc d’obtenir une réponse plus rapide. Parallèlement, Porsche a introduit le diagnostic des gaz d’échappement basé sur l’OBD-II afin de réduire davantage les émissions et la consommation. Le résultat est impressionnant : la 993 Turbo possède le groupe motopropulseur de série le moins polluant au monde.
Porsche a été le premier constructeur à utiliser un turbocompresseur à géométrie variable (VGT) dans un moteur à essence.
Porsche a également impressionné avec une première mondiale lors de la présentation de la 997 Turbo. À l’arrière, elle était équipée du premier moteur à essence doté d’un VGT. En raison de la température nettement plus élevée des gaz d’échappement des moteurs à essence, cette technologie était jusqu’alors réservée aux moteurs diesel. Les turbines à géométrie variable (VGT) peuvent modifier l’angle d’attaque du vent sur les pales de la turbine. Sur les deux turbines à géométrie variable du moteur M97/70, elles étaient réglées par l’intermédiaire d’une tringlerie. Lorsque les volumes de gaz d’échappement sont plus faibles, par exemple dans la plage de régime inférieure du moteur avec une faible charge, les pales sont plus inclinées. De cette manière, la vitesse de la turbine et, par la suite, celle du compresseur peuvent être contrôlées en fonction des besoins sur l’ensemble de la plage de régime.
Les Porsche 996 et 997 Turbo ont fait entrer la technologie turbo de Porsche dans le nouveau millénaire. Avec la 997, Porsche a présenté le premier moteur à essence turbocompressé au monde avec des turbos à géométrie variable. Porsche
Cela permet de maintenir la vitesse de la turbine à un niveau élevé, même avec des débits de gaz d’échappement plus faibles, ce qui garantit à nouveau une réponse plus rapide. Si vous atteignez des régimes et des charges plus élevés, l’angle est réglé sur un angle moins raide. Avec le turbo à géométrie variable (VGT), Porsche a presque totalement éliminé le décalage du turbo. Celui-ci se manifeste notamment sur les Porsche 991.2 ou 992 Carrera (S). Le VGT a permis à Porsche de fournir un plateau de couple très constant à partir de 2 000 tr/min. En conséquence, la courbe de puissance des moteurs biturbo de 3,0 litres est presque linéaire. La bande de puissance est donc très proche de celle des moteurs atmosphériques du prédécesseur.
Les moteurs turbocompressés de Porsche ont toujours été parmi les plus performants de leur époque.
Les moteurs turbo de Stuttgart Zuffenhausen ont toujours fait partie de ce que le monde des moteurs à combustion avait de mieux à offrir. Les grands de la région de Mezger et Singer ont cultivé les moteurs à induction forcée pour la course automobile dans les années 1970. Par la suite, ils les ont rendus utilisables dans des voitures de sport homologuées pour la route. À l’instar du concept de la 911, les ingénieurs de Porsche ont passé des décennies à peaufiner leurs turbocompresseurs.
Alors que les 911 Turbos refroidies par air abritaient leurs refroidisseurs d’air dans l’aileron arrière fixe, ils ont été déplacés sur les côtés du moteur avec la Porsche 996 Turbo. Depuis, les prises d’air situées devant les roues arrière sont la marque de fabrique de toutes les 911 Turbos. Porsche
Il en résulte des chefs-d’œuvre d’ingénierie. Le décalage du turbo est aujourd’hui plus une relique du passé qu’un problème réel. Des puissances spécifiques de 150 ch par litre de cylindrée sont aujourd’hui à l’ordre du jour. Et ce, dans le respect de réglementations strictes en matière d’émissions et avec des chiffres de consommation de carburant inconnus il y a seulement 30 ans. À l’exception des modèles de 4,0 litres, comme le Cayman GT4 RS ou la 992 GT3, les moteurs turbocompressés sont la référence chez Porsche.
Le turbo à géométrie variable (VGT) pourrait être suivi d’un turbocompresseur électrique.
Selon des brevets déposés au début de l’année 2022, Porsche travaille déjà sur la prochaine innovation en matière de turbocompression. Il s’agit d’un turbocompresseur dont la turbine d’échappement n’est plus reliée mécaniquement au compresseur. Au lieu de cela, l’électricité est générée par la turbine d’échappement, qui entraîne un générateur qui, à son tour, fournit l’énergie électrique nécessaire pour faire tourner le compresseur. Quoi qu’il en soit, Porsche est synonyme de moteurs à aspiration naturelle et de moteurs turbocompressés à haut régime. Nous sommes impatients de voir quelles surprises les ingénieurs de Zuffenhausen nous réservent avant la disparition définitive du moteur à combustion.
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