Le développement du Turbo à Géométrie Variable, a été motivé par la nécessité d’une réponse plus rapide de suralimentation.
Les grandes turbines à débit élevé, bien que puissantes et performantes à un régime constant, ne sont pas aussi réactives et n’offrent pas autant de couple moteur à basse vitesse que les turbines à faible débit. Pour surmonter ce problème, le TGV régule la circulation des gaz d’échappement au niveau de l’entrée de la turbine, ajustant ainsi le débit afin d’optimiser la puissance de la turbine en fonction de la charge demandée.
Autrement, un petit turbocompresseur aura un temps de réponse très court et sera efficace dans les faibles régimes.
Par contre, il ne pourra pas délivrer un débit élevé à haut régime.
En revanche, un gros turbocompresseur fournira ce débit élevé à haut régime, mais sera long à mettre en régime. Il aura donc un temps de réponse inacceptable (" temps mort " entre le besoin du conducteur et l'arrivée de la pression).
Le TGV permet d'élargir la plage du régime d'utilisation.
Une variation de la position des ailettes " transforme " la turbine en petit ou gros turbocompresseur. Ces ailettes sont pilotées par un boîtier électronique.
Il existe deux types de Turbo à Géométrie Variable:
- soit le système SLIDEVANE
- soit le système MULTIVANE
Principe de fonctionnement du système SLIDEVANE
Sur le compresseur, le rapport de suralimentation est proportionnel à la vitesse de rotation de la turbine.
La variation de section d’entrée de la turbine, obtenue par un système de piston coulissant, permet de faire varier la vitesse des gaz attaquant la turbine.
Pour augmenter cette vitesse à bas régime, il est nécessaire d’offrir une petite section de passage. Au fur et à mesure que la vitesse augmente, le piston se translate pour offrir une plus grande section.
A bas régime, les ailettes sont fermées. Les gaz d'échappement, en faible quantité, sont accélérés dans l'escargot de la turbine. Ensuite à haut régime, les ailettes sont ouvertes. Les gaz d'échappement vont directement sur la turbine.
Contrairement au système classique "biturbo", qui fait appel à l’action de deux turbos montés en parallèle pour améliorer la suralimentation, cette technique consiste à coupler deux turbocompresseurs en série. Le premier comprime l’air d’admission jusqu’à 3,2 bars aux régimes inférieurs à 1.800 tr/min et travaille seul. Entre 1.800 et 3.000 tr/min, le second turbo de plus grande taille entre en action sous l’effet des gaz d’échappement, dont le débit est régulé par l’ouverture variable d’un volet piloté électroniquement en fonction de la demande moteur. Il pré comprime l’air d’alimentation en basse pression, avant que le petit turbo porte cet air, préalablement refroidi par un échangeur thermique, à une pression de suralimentation plus élevée. Au dessus de 3.000 tr/min, seul le gros turbo comprime l’air car, à ces régimes, son débit est supérieur à celui du petit turbo. Le rendement exceptionnel de ce système permet au montage turbo double étage de sortir des puissances spécifiques extrêmement élevées, sans avoir à subir une augmentation des consommations ou des rejets polluants.
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