Comment fonctionnent les systèmes d'échappement automobiles

La version de 1970 de la Clean Air Act a donné à l'EPA son autorité de réglementation des émissions automobiles. John Foxx / Stockbyte / Getty Images

À vrai dire, les émissions d'une voiture individuelle sont relativement faibles, comparées à d'autres sources de pollution. Mais lorsque des centaines de milliers de personnes sont chacune assises dans une voiture, emballant une autoroute à pleine capacité, les effets cumulatifs sont énormes. Alors que vous êtes assis dans un embouteillage, en regardant la fumée sortant du tuyau d'échappement devant vous et en montant pour rejoindre le smog dans le ciel, réfléchissez un instant à ce qu'est cette fumée. Cela n'a peut-être pas l'air de grand chose, mais cette fumée a parcouru un long chemin depuis qu'elle a été poussée à travers le moteur de la voiture quelques instants auparavant..

Les préoccupations concernant les effets de nos automobiles sur l'environnement n'ont rien de nouveau. La version de 1970 de la Clean Air Act a donné à l'EPA son autorité de réglementation des émissions automobiles. Au fur et à mesure que la technologie progressait, l'EPA a fait pression pour des normes plus strictes. Et si les voitures neuves sont beaucoup plus propres que celles d'il y a 40 ans, les gens ont tendance à parcourir de plus grandes distances et beaucoup plus souvent aujourd'hui, ce qui contribue à beaucoup plus de pollution. La Clean Air Act a été revue et élargie en 1977, puis à nouveau en 1990.

Les constructeurs automobiles et les fournisseurs de pièces ont dû suivre le rythme de ces changements et, comme vous pouvez l'imaginer, le système d'échappement d'une voiture a également dû évoluer considérablement..

Contenu

1. Composants d'un échappement - Smokin 'Pipes
2. Autres composants d'échappement - En-têtes, crochets et plus
3. La route de sortie
4. Garder les tuyaux propres

Le système d'échappement est composé principalement de tuyaux de plusieurs formes différentes, chacun conçu pour se connecter les uns aux autres, et chacun formé pour se conformer à une partie spécifique du dessous de la voiture. (Les tuyaux sont souvent pliés pour s'enrouler ou pour accueillir d'autres composants à proximité de la voiture, tels que les essieux.) Chaque tuyau est chargé de déplacer les gaz d'échappement vers l'arrière, mais de nombreux segments sont spécialisés. En d'autres termes, de l'extérieur, le système ressemble simplement à un tas de segments de tuyau connectés qui vont du compartiment moteur au pare-chocs arrière, bien que certains servent un objectif supplémentaire lorsque l'échappement s'écoule à travers ce tuyau particulier..

Par exemple, le tuyau en Y (qui est simplement, eh bien, un tuyau en forme de Y) pourrait être installé de sorte que l'extrémité avec deux ouvertures se boulonne jusqu'à deux ouvertures correspondantes dans le collecteur d'échappement, combinant les déchets du moteur pour progresser dans le système. Ou, lorsqu'il est installé à l'arrière de la voiture, un tuyau en Y peut aider à créer un système d'échappement double avec un tuyau d'échappement de chaque côté de la voiture (pour un look sportif souvent recherché). Des tuyaux intermédiaires peuvent être attachés au silencieux ou au résonateur, qui sont d'autres composants importants du système (nous y reviendrons à la page suivante). Les tuyaux d'équilibrage, trouvés dans les systèmes d'échappement doubles, aident à égaliser les impulsions d'échappement se déplaçant sous les côtés conducteur et passager de la voiture. Les tuyaux à lame d'air sont des tuyaux emboîtés spécialisés qui agissent comme un bouclier thermique et un isolant en fournissant une couche supplémentaire pour la circulation de l'air. Et le tuyau d'échappement, qui sort généralement du dessous du pare-chocs arrière, a généralement une ouverture plus grande et peut être fait de métal plus substantiel, pour donner l'apparence d'un échappement de performance qui est une caractéristique commune des voitures haut de gamme..

Bien qu'il puisse sembler inefficace d'avoir une tonne de tuyaux au lieu d'un seul, vraiment, tous ces segments ont un but. D'une part, plier des tuyaux est un travail difficile, et il est plus facile de connecter de petits segments coudés à des tuyaux droits que de façonner un tuyau long, coûteux et lourd pour s'adapter à tous les contours d'une voiture. En outre, les composants du système d'échappement s'usent à intervalles réguliers (en fonction, bien entendu, du fabricant, de ses matériaux, des conditions de conduite et des facteurs environnementaux). Il est plus facile et moins coûteux de remplacer un segment de tuyau rouillé, un silencieux endommagé ou un convertisseur catalytique usé que d'installer un tout nouveau système.

Vous vous demandez peut-être comment tous ces tuyaux s'emboîtent. Eh bien, certaines extrémités se chevauchent, tandis que d'autres sont accouplées de bout en bout; mais pas sans un peu d'aide.

Le silencieux est un autre élément clé du système d'échappement de votre voiture. Matthias Tunger / La Banque d'images / Getty Images

Nous avons d'abord discuté des différents tuyaux, car ce sont les composants les plus visibles et les plus répandus du système d'échappement, et parce qu'ils sont partout. Mais le système d'échappement commence vraiment au collecteur d'échappement (également connu sous le nom de collecteur d'échappement). L'en-tête ressemble à une série de tubes adjacents collés ensemble (bien qu'il soit souvent fait de métal moulé résistant). Il recueille l'échappement directement du moteur, il est donc conçu pour que chaque ouverture s'accouple avec l'un des orifices d'échappement du moteur, avec des brides qui forment un joint étanche pour empêcher l'échappement de s'échapper. De là, l'échappement commence son écoulement à travers les différents tuyaux et autres composants.

Les joints qui sont montés entre chaque tuyau jouent un rôle très important. Il est difficile, voire impossible, de former un joint métal sur métal impeccable, de sorte que des joints sont pris en sandwich entre chaque connexion pour empêcher les gaz toxiques de s'échapper prématurément. Ils sont faits de fibres ou d'autres matériaux résistants et résistants à la chaleur, qui ont juste assez de flexibilité pour se comprimer légèrement lorsque les tuyaux sont serrés ensemble. Cela aide à former un joint étanche.

Le silencieux est un autre élément clé du système d'échappement. Cela ressemble à une grande chambre ronde ou ovale (généralement, mais pas toujours, située près de l'arrière de la voiture). Cette chambre a une conception très complexe, cependant - elle est responsable de la réduction du bruit du moteur, même si elle doit permettre à l'échappement de continuer à circuler en douceur. Une série de chambres et de tubes, remplis de roche, de laine ou de fibres synthétiques, absorbe et contrôle le bruit. Et ce n'est pas tout - le silencieux doit être raisonnablement résistant aux dommages, à la corrosion et à la rétention de chaleur. Le résonateur est un composant d'élimination du son secondaire ou de substitution, utilisé pour augmenter le silencieux, ou dans les cas où l'espace est limité, il peut même être utilisé à la place d'un silencieux.

Les convertisseurs catalytiques, devenus monnaie courante dans les années 1970, sont le moyen principal et le plus efficace de réduire le niveau de toxines dans les gaz d'échappement d'une voiture. Les entrailles d'un convertisseur catalytique (ou «cat») sont recouvertes de métaux. Différents types de convertisseurs catalytiques utilisent différentes combinaisons de platine, palladium et rhodium. Avant que l'échappement n'atteigne le chat, il contient une puissante combinaison super toxique de monoxyde de carbone, d'oxyde d'azote et d'hydrocarbures. (Lorsque vous prenez votre voiture pour son test d'émissions, ce sont les niveaux chimiques qui sont testés.) Lorsque ces poisons entrent en contact avec les métaux recouvrant l'intérieur du chat, une réaction chimique se produit qui rend les gaz d'échappement moins nocifs. . Lorsque l'échappement passe à travers le chat, le niveau de produits chimiques doit être suffisamment réduit pour se conformer aux réglementations gouvernementales.

Nous avons déjà parlé de joints, mais le système d'échappement nécessite d'autres pièces de base. Les brides ont généralement le même objectif que les joints, mais ceux-ci sont en métal (et sont parfois formés directement sur l'extrémité d'un tuyau). Des colliers et des supports assortis montent les pièces d'échappement ensemble et les maintiennent au véhicule, et les supports d'échappement suspendent littéralement les tuyaux au soubassement de la voiture, avec suffisamment de force pour les maintenir en place mais aussi assez de flexibilité pour résister aux mouvements causés par la conduite. Et enfin, mais non des moindres, les boucliers thermiques: des plaques métalliques (parfois isolées) qui sont utilisées comme barrière supplémentaire lorsque des pièces d'échappement chaudes sont particulièrement proches d'une autre partie de la voiture ou directement sous l'habitacle..

Si un moteur fonctionnait parfaitement, il brûlerait tout son carburant disponible au cours de ses cycles, convertissant tous les morceaux sales en une source d'énergie. Cependant, les restes existent en tant que polluants car un moteur ne peut tout simplement pas être conçu pour fonctionner parfaitement - il y a beaucoup trop de variables. Une certaine quantité de carburant restera toujours non brûlée ou partiellement brûlée, et ces restes doivent être rapidement traités hors du véhicule, sous forme d'échappement, pour faire de la place pour le prochain cycle de combustion du moteur..

Comme nous l'avons mentionné précédemment, l'échappement sort d'abord du moteur et pénètre dans le système par le collecteur d'échappement. De là, il parcourt le système à travers des tuyaux interconnectés jusqu'à ce qu'il sorte par le tuyau d'échappement, près du pare-chocs arrière. Les tuyaux eux-mêmes aident en fait à refroidir l'échappement, mais ils permettent principalement à l'échappement de se déplacer vers (et à travers) le convertisseur catalytique et le silencieux..

Le chat doit être le plus près possible du moteur, car il n'est pas pleinement fonctionnel tant qu'il n'a pas atteint sa température de fonctionnement. Dans de nombreux cas, le fabricant place le chat peu de temps après le collecteur, de sorte que la chaleur du moteur aide à réchauffer le chat et à l'amener rapidement à température..

Une fois que les gaz ont traversé le chat, qui brûlera et éliminera jusqu'à 90% des toxines de l'échappement, la priorité suivante est de filtrer le son du moteur [source: Allen]. Le silencieux et le résonateur sont généralement situés juste au-delà du chat. Il existe de nombreuses variantes de cette combinaison - certaines apaiseront autant que possible l'échappement, tandis que d'autres sont spécifiquement réglées pour des tons agressifs. De là, l'échappement se déplace à travers le reste des tuyaux jusqu'à ce qu'il sorte de la voiture.

Avec tous ces produits chimiques qui tourbillonnent, c'est tout un exploit que le système d'échappement fonctionne aussi bien qu'il le fait. Un système d'échappement bien entretenu devrait durer deux à trois ans, mais les tuyaux subissent des dommages à l'intérieur et à l'extérieur. À l'extérieur, ils sont sensibles aux conditions routières, telles que l'impact des débris et des facteurs environnementaux, tels que la neige, la glace et le sel de voirie.

Cependant, une cause plus importante de dégradation du système d'échappement est interne et elle ne peut être vue tant que les tuyaux ne sont pas corrodés par la rouille. Nous savons que lorsque le moteur brûle le carburant pour produire de l'énergie, il reste des sous-produits de ce processus - c'est pourquoi le système d'échappement est nécessaire. L'un de ces sous-produits est l'humidité acide, et elle endommage vraiment le métal. Malheureusement, il n'y a vraiment aucun moyen de garder l'intérieur des tuyaux propre.

Lorsqu'un tuyau d'échappement pourrit ou qu'une connexion se desserre, une fuite d'échappement se produit. Une fuite est presque toujours immédiatement apparente avec un son fort et désagréable et, éventuellement, des problèmes de conduite comme une fluctuation intermittente de la puissance. Mais croyez-le ou non, ce ne sont pas les vrais problèmes. Cela devient un peu plus grave si la fuite se produit avant le convertisseur catalytique, ce qui signifie que l'échappement n'est pas correctement traité et que tous ces produits chimiques chauds se répandent partout dans l'atmosphère. C'est toujours une bonne idée de réparer les fuites dès que possible pour éviter de vous exposer, vos passagers et votre entourage à des gaz d'échappement non filtrés..

Ces embouts d'échappement chromés ne trompent vraiment personne. Tomasz Pietryszek / Photodisc / Getty Images

Les moteurs diesel, souvent accusés de niveaux disproportionnés d'émissions toxiques, peuvent trouver leur réputation quelque peu sauvée par de nouveaux filtres d'échappement améliorés qui prétendent réduire les émissions d'environ 25%, avec l'avantage supplémentaire d'augmenter l'économie de carburant. Plusieurs constructeurs automobiles ayant déjà proposé des modèles diesel ont introduit des systèmes similaires qui combinent des convertisseurs catalytiques de haute puissance avec des filtres à particules diesel. La gamme de turbodiesel BlueMotion de Volkswagen (vendue principalement en Europe et en Amérique du Sud) et les moteurs diesel BlueTec de Mercedes en sont deux exemples. Dans de nombreux cas, ces composants OEM et modèles de voiture utilisent la réduction de poids et d'autres techniques de rationalisation pour améliorer l'efficacité globale..

Une efficacité d'échappement améliorée est essentielle pour tirer le meilleur parti de votre voiture, et il existe même des moyens d'améliorer une voiture plus ancienne (en supposant qu'elle est généralement en bon état - un système d'échappement performant ne fera pas de miracles sur une jalopie totale). Un mécanicien peut généralement commander des pièces de rechange d'origine identiques, mais il existe également des alternatives auprès de fournisseurs de pièces de rechange de performance qui donnent souvent à la voiture un lifting (du moins, autant que le soubassement de la voiture peut être amélioré, de toute façon). Il existe plusieurs avantages fréquemment mentionnés des systèmes d'échappement performants. Les fabricants du marché secondaire sont bien conscients que l'expérience auditive est essentielle à une conduite agréable et permet également aux conducteurs à proximité de savoir qu'une petite pièce supplémentaire a également été dépensée pour la voiture. La plupart des fabricants proposent une variété de systèmes qui vont d'un son subtil à un rugissement total. Un bon échappement de performance de rechange peut améliorer la réponse de l'accélérateur (à quelle vitesse et en douceur, la voiture réagit à la pression appliquée sur la pédale d'accélérateur) et donner une augmentation de puissance. Certains systèmes peuvent même améliorer l'économie de carburant. Les échappements de performance sont capables de fournir cette augmentation de puissance car ils sont moins restrictifs que les échappements d'origine. Si le moteur peut pousser plus d'air (ce qui signifie également qu'il peut absorber plus d'air), cela aide le moteur à produire plus de puissance. Mais contrairement à ce que vous pourriez penser, un système totalement fluide sera contre-productif. Les échappements de rechange sont conçus pour fournir juste la bonne quantité de contre-pression afin que le moteur ne finisse pas par tourner à une puissance sous-crête. C'est pourquoi il est important d'en choisir un conçu et optimisé pour votre véhicule spécifique. Et avant de déchirer vos tuyaux d'échappement, assurez-vous que le système que vous voulez est homologué pour la route et ne fera pas échouer votre voiture à son test d'émissions..

Comprenez également qu'un système d'échappement performant ne peut pas offrir des avantages époustouflants pour un investissement insignifiant. Méfiez-vous des produits bon marché comme les composants de système d'échappement «performance» à clipser ou à visser ou les embouts d'échappement qui prétendent donner l'apparence d'un système à performances complètes. Ils n'aideront pas la maniabilité de la voiture et peuvent même l'entraver en ajoutant un poids supplémentaire et une résistance au vent. Et en plus, ces astuces voyantes ne trompent personne.

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Sources

• Abuelsamid, Sam. "Compléments de performance de voiture inutiles." Mécanique populaire. (29 janvier 2012) http://www.popularmechanics.com/cars/how-to/products/performance-sapping-aftermarket-add-ons
• Allen, Mike. "Comment installer un système d'échappement cat-back." Mécanique populaire. 18 décembre 2009. (29 janvier 2012) http://www.popularmechanics.com/cars/how-to/maintenance/4270747
• Systèmes automobiles Dow. «Automobile - Réduire les émissions d'échappement». (29 janvier 2012) http://www.dowautomotive.com/capabilities/industry/automotive/reducing.htm
• Flowmaster. «Systèmes d'échappement de performance». 2011. (29 janvier 2012) http://www.flowmastermufflers.com/index.php?cat=2
• Bureau des sources mobiles de l'Agence américaine de protection de l'environnement. «Émissions automobiles - Un aperçu». Août 1994. (29 janvier 2012) http://www.epa.gov/otaq/consumer/05-autos.pdf
• Échappement Walker. «Walker Exhaust 101». (29 janvier 2012) http://www.walkerexhaust.com/support/exhaust101/componentsAndDesign.asp