Comment fonctionnent les systèmes d'échappement automobiles

À vrai dire, les émissions d'une voiture individuelle sont relativement faibles par rapport à d'autres sources de pollution. Mais lorsque des centaines de milliers de personnes sont chacune assises dans une voiture, remplissant une autoroute à pleine capacité, les effets cumulatifs sont énormes. Alors que vous êtes assis dans un embouteillage , regardant la fumée qui sort du tuyau d'échappement devant vous et qui s'élève 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.

L'inquiétude concernant l'effet de nos automobiles sur l'environnement n'est pas nouvelle. La version de 1970 du Clean Air Act a donné à l' EPA son large pouvoir de réglementer les émissions automobiles. Au fur et à mesure que la technologie progressait, l'EPA a poussé à des normes plus strictes. Et tandis que les nouvelles voitures 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 remaniée 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.

1. Composants d'un échappement -- Smokin' Pipes
2. Autres composants d'échappement -- En-têtes, cintres et plus
3. La voie 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 accueillir d'autres composants proches de la voiture, tels que les essieux.) Chaque tuyau est responsable du déplacement des 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 tuyaux connectés qui vont du compartiment moteur au pare-chocs arrière, bien que certains servent un objectif supplémentaire lorsque les gaz d'échappement traversent ce tuyau particulier.

Par exemple, le tuyau en Y (qui est simplement, eh bien, un tuyau en forme de Y) peut 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 silencieuxou résonateur, qui sont d'autres composants importants du système (nous y reviendrons à la page suivante). Les tuyaux d'équilibrage, que l'on trouve dans les systèmes d'échappement doubles, aident à égaliser les impulsions d'échappement circulant sous les côtés conducteur et passager de la voiture. Les tuyaux à entrefer sont des tuyaux emboîtés spécialisés qui agissent comme un bouclier thermique et un isolant en fournissant une couche supplémentaire pour le flux d'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 d'un métal d'apparence plus substantielle, 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, en réalité, 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 angulaires à des tuyaux droits que de façonner un tuyau long, coûteux et lourd pour s'adapter à tous les contours d'une voiture. De plus, les composants du système d'échappement s'usent à intervalles réguliers (en fonction, bien sûr, 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 pourriez vous demander comment tous ces tuyaux s'emboîtent. Eh bien, certaines extrémités se chevauchent, tandis que d'autres sont accouplées bout à bout; mais pas sans un peu d'aide.

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 coulé très résistant). Il recueille les gaz d'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 les gaz d'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-métal sans défaut, c'est pourquoi les 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 à la chaleur, qui ont juste assez de flexibilité pour se comprimer légèrement lorsque les tuyaux sont serrés étroitement ensemble. Cela aide à former un joint étanche.

Le silencieux est un autre élément clé du système d'échappement. Il ressemble à une grande chambre ronde ou ovale (généralement, mais pas toujours, située près de l'arrière de la voiture). Cette chambre a cependant une conception très complexe - elle est responsable de la réduction de la plupart des bruits du moteur, même si elle doit permettre à l'échappement de continuer à s'écouler 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 remplacement, 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.

Convertisseurs catalytiques, qui sont 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 "chat") sont recouvertes de métaux. Différents types de convertisseurs catalytiques utilisent différentes combinaisons de platine, de palladium et de rhodium. Avant que l'échappement n'atteigne le chat, il contient une combinaison puissante et 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. . Au fur et à mesure que les gaz d'échappement traversent le chat, le niveau de produits chimiques doit être suffisamment réduit pour se conformer aux réglementations gouvernementales.

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

If an engine ran perfectly, it would combust all its available fuel as it ran through its cycles, converting all the dirty bits to a source of power. However, leftovers exist as pollutants because an engine simply cannot be engineered to run perfectly -- there are far too many variables. Some amount of fuel will always remain unburned or partially burned, and these remnants must be quickly processed out of the vehicle, in the form of exhaust, to make room for the next cycle of engine combustion.

As we mentioned earlier, the exhaust first exits the engine and enters the system through the exhaust manifold . From there, it travels down the system through interconnected pipes until it exits through the tailpipe, near the back bumper. The pipes themselves actually help cool the exhaust, but they're mostly a way for the exhaust to travel to (and through) the catalytic converter and muffler.

The cat has to be as close to the engine as possible, because it isn't fully functional until it rises to operating temperature. In many cases, the manufacturer places the cat shortly after the manifold, so heat from the engine helps warm the cat and quickly bring it up to temp.

After the gases pass through the cat, which will burn off and remove up to 90 percent of the exhaust's toxins, the next priority is to filter the engine sound [source: Allen]. The muffler and resonator are usually situated right beyond the cat. There are many variations on this combination -- some will soothe the exhaust as much as possible, while others are specifically tuned for aggressive tones. From there, the exhaust moves through the remainder of the pipes until it exits the car.

With all those chemicals swirling around, it's quite a feat that the exhaust system actually works as well as it does. A well-maintained exhaust system should last two to three years, but the pipes incur damage both inside and out. On the outside, they're susceptible to road conditions, such as impact from debris and environmental factors, such as snow, ice and road salt.

However, a more substantial cause of exhaust system degradation is internal, and it can't be seen until the pipes have corroded through with rust. We know that as the engine combusts fuel to make power, byproducts of this process are left over -- that's why the exhaust system is needed. One of these byproducts is acidic moisture, and it's really damaging to metal. Unfortunately, there's really no way to keep the insides of the pipes clean.

When an exhaust pipe rots through or a connection comes loose, an exhaust leak occurs. A leak is almost always immediately apparent with a loud, obnoxious sound and, possibly, drivability issues like an intermittent fluctuation in power. But, believe it or not, these aren't the real problems. It gets a little more serious if the leak occurs before the catalytic converter, which means the exhaust isn't being properly processed and all those hot chemicals are spilling everywhere into the atmosphere. It's always a good idea to get leaks fixed as soon as possible to avoid subjecting yourself, your passengers and your surroundings to unfiltered exhaust fumes.

Diesel engines , often blamed for disproportionately high levels of toxic emissions, may find their reputation salvaged somewhat by new and improved exhaust filters that claim to reduce emissions by about 25 percent, with the added benefit of increasing fuel economy . Several automotive manufacturers with a history of offering diesel models have introduced similar systems that combine high-powered catalytic converters with diesel particulate filters. Volkswagen's BlueMotion turbodiesel lineup (sold mostly in Europe and South America) and Mercedes' BlueTec diesels are two such examples. In many cases, these OEM components and car models use weight reduction and other streamlining techniques to improve overall efficiency.

L'amélioration de l'efficacité des gaz d'échappement 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 soit généralement en bon état - un système d'échappement performant ne fera pas de miracles sur un jalopy total). Un mécanicien peut généralement commander des pièces de rechange d'origine identiques, mais il existe également des alternatives parmi les pièces de performance du marché secondaire .fournisseurs qui donnent souvent à la voiture un lifting (du moins, autant que le soubassement de la voiture peut être relooké, de toute façon). Les systèmes d'échappement performants présentent plusieurs avantages fréquemment mentionnés. Les fabricants du marché secondaire sont bien conscients que l'expérience auditive est essentielle pour une conduite agréable, et elle permet également aux conducteurs à proximité de savoir qu'un peu d'argent supplémentaire a également été dépensé pour la voiture. La plupart des fabricants proposent une variété de systèmes dont le son varie d'un son de gorge subtil à un rugissement total. Un bon échappement de performance après-vente peut améliorer la réponse de l'accélérateur (à quelle vitesse et en douceur la voiture réagit à la pression appliquée à la pédale d'accélérateur) et donner un coup de pouce à la 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 expulser plus d'air (ce qui signifie également qu'il peut aspirer 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 du marché secondaire sont conçus pour fournir juste la bonne quantité de contre-pression afin que le moteur ne finisse pas par fonctionner à une puissance inférieure à la pointe. C'est pourquoi il est important d'en choisir un conçu et optimisé pour votre véhicule spécifique. Et avant d'aller arracher vos tuyaux d'échappement, assurez-vous que le système que vous voulez est homologué pour la rue et ne fera pas échouer votre voiture à son test d'émissions.

Comprenez aussi qu'un véritable système d'échappement performant ne peut pas offrir des avantages hallucinants pour un investissement dérisoire. 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 de performance complet. Ils n'aideront pas la conduite de la voiture et ils peuvent même l'entraver en ajoutant un poids supplémentaire et une résistance au vent. Et d'ailleurs, ces astuces voyantes ne trompent vraiment personne.

Publié à l'origine : 23 février 2012

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