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Le système d’échappement d’une voiture

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Par principe, un moteur a explosion génère des gaz brûlés (plus ou moins complètement), qui doivent être évacués de la chambre de combustion (l’intérieur du cylindre) pour permettre son remplissage par une quantité optimale de mélange carburé pour permettre le renouvellement du cycle : admission-compression-allumage-détente-échappement. C’est le rôle des différents éléments du système d’échappement : collecteur, tuyau(x), pot(s).

Rôle de l’échappement

Le système d’échappement assure trois fonctions :

 

  • il recueille les gaz brûlés à la sortie des cylindres, après les soupapes d’échappement, les collecte et les achemine à l’extrémité arrière de la voiture pour éviter que ces vapeurs nocives ne pénètrent à l’intérieur de l’habitacle
  • il étouffe considérablement le bruit provoqué par la décompression rapide des gaz à la sortie du moteur ;
  • il régularise l’écoulement de cette masse gazeuse qui sort du moteur par pulsations successives et peut même améliorer la puissance de celui-ci s’il est soigneusement “accordé” et si sa longueur est judicieusement calculée.

 

L’échappement n’assure pleinement son rôle d’évacuateur de gaz brûlés que s’il est tout à fait étanche ; sinon, les remous qui se produisent à l’arrière de certains véhicules peuvent conduire au refoulement de gaz nocifs dans le coffre puis dans l’habitacle, surtout dans les voitures “deux volumes” où il n’y a pas de séparation étanche entre le coffre et l’habitacle. C’est pourquoi il faut dans le coffre, même s’il peut être entrouvert avec une grille spéciale.

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La fonction principale du système d’échappement, sur une voiture de tourisme, est de réduire le bruit produit par la décompression rapide des gaz brûlés, lorsqu’ils sortent du moteur. Il est donc essentiel que soit assurée une parfaite étanchéité dès le collecteur. Un joint résistant aux très hautes températures assure celle-ci entre le bloc et le collecteur. Il doit être remplacé dès qu’il laisse passer les gaz brûlés. Faute de quoi, le rendement même de la voiture peut être affecté.

Le pot de détente

L’échappement est donc étudié pour laisser les gaz se détendre lentement par une expansion légèrement freinée. Le pot de détente assurant cette décompression est généralement placé près du collecteur. Il s’agit tout simplement d’un cylindre étanche en tôle emboutie et soudée raccordé à la tuyauterie à ses deux extrémités. Sur certaines voitures (en particulier sur les véhicules de bas de gamme), il n’y a cependant pas de pot de détente, un seul pot jouant en même temps le rôle de silencieux.


Les silencieux

On distingue trois types de silencieux qui comportent tous un boîtier extérieur en tôle emboutie de forme cylindrique ou ovale dans la plupart des cas.

Dans le type “à chicane”, l’intérieur du pot est délimité en plusieurs compartiments formant des chicanes s’opposant à l’écoulement des gaz.

Le type “à tuyau perforé” est proche du type " à chicane”. Les tuyauteries d’entrée et de sortie sont désaxées l’une par rapport à l’autre et prolongées à l’intérieur du pot par des tuyaux percés. Les gaz doivent franchir ces perforations dont le rôle est de les freiner.

Le pot “à passage direct” comporte un tuyau qui le traverse de part en part, mais qui est perforé sur sa partie intérieure au pot. À l’intérieur du pot, l’espace libre autour du tuyau est rempli de laine de verre. Les gaz se détendent en franchissant les perforations et la laine de verre étouffe le bruit et les résonances.

Le système “à chicane” est préférable au point de vue de la réduction du bruit, mais il est plus sensible à la corrosion car la laine de verre retient facilement la condensation. De plus, il peut finir par s’obstruer lorsque la carburation est trop riche, et la laine de verre ne joue plus son rôle.

 

Le silencieux peut être situé n’importe où sous le plancher de la voiture, mais les fabricants le placent généralement à l’arrière pour des raisons de commodité, souvent en position transversale.

Après le silencieux, une tuyauterie terminée par un embout décoratif, amène les gaz jusqu’à l’extrême arrière de la voiture. Il n’est jamais recommandé de modifier celui-ci en y adjoignant un embout à grille ou en le raccourcissant, car les données du système d’échappement peuvent s’en trouver transformées, ce qui peut aboutir à une modification de l’évacuation des gaz.


Le parcours de l’échappement

La longueur et la configuration du système d’échappement jouent un rôle primordial dans la régularisation de l’écoulement des gaz. Ils sortent en effet des cylindres par vagues de pression successives à chaque fois que la soupape d’échappement s’ouvre.

Ce phénomène est schématiquement comparable à celui que l’on observe à la surface d’une eau calme lorsque l’on jette un caillou : une succession de vaguelettes se propagent jusqu’à la rive puis reviennent en arrière. C’est un inconvénient dans le système d’échappement, où des zones de surpression correspondant à l’ouverture de la soupape, et des zones de dépression correspondant à sa fermeture, se succèdent vers la sortie, l’écoulement des gaz étant irrégulier.

 

Le collecteur a pour rôle de régulariser ces phénomènes de pulsations entre les cylindres, de façon à obtenir, autant que possible, une pression et un écoulement moyens. Mais cet inconvénient peut se transformer en avantage si l’on calcule l’échappement de façon à créer la dépression au bon moment derrière la soupape. Ainsi, lorsqu’elle s’ouvre, les gaz seront littéralement aspirés hors du cylindre. Si cette dépression se prolonge jusqu’à la fermeture de la soupape, il y a une dépression qui se forme à l’intérieur du cylindre dans la phase suivante, les gaz frais seront plus facilement aspirés et l’on obtiendra un meilleur remplissage du cylindre.

 

Les constructeurs obtiennent ce phénomène en modifiant la longueur totale de la tuyauterie, qui joue donc un rôle primordial. Cependant, ils ne poussent pas très loin les études dans ce domaine, car Les calculs concernant l’échappement ne donnent guère, jusqu’à maintenant, de résultats significatifs. D’ailleurs les experts en thermo-dynamique sont loin d’être d’accord, notamment pour définir une formule de calcul.


Le pot catalytique

Dans les années 1990 est apparu un système permettant d’accélérer certains réactions chimiques pour réduire la nocivité des gaz d’échappement et notamment de ceux qui sont insuffisamment ou incomplètement brûlés pendnant le fonctionnement du moteur.

Une structure capilaire en nids d’abeilles, en céramique, met en contact les gaz d’échappement avec un certain nombre de métaux précieux qui favorisent la réaction. À leur contactl es gaz déchappement se transforment en éléments moins toxiques, notamment en eau et en CO2. Le pot catalytique est obligatoire sur toutes les voitures neuves depuis 1993.

 



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Voir aussi :
Correcteurs de freinage d’une voiture
Fermeture de portes centralisée d’une voiture
Le système de charge d’une voiture


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