Cette article fait suite au premier article sur le pot d’échappement évoquant son rôle et les éléments qui le constitue.

Principe de fonctionnement d’un pot d’échappement de moto

L’onde sonore (mais aussi thermique) est expulsée du cylindre sous pression (plusieurs atmosphères) lors du temps de l’échappement.

Ceci est d’autant plus vrai qu’en réalité, la soupape d’échappement s’ouvre avant la fin du temps de la combustion.

échappement moto : théorieCe dernier temps du cycle à 4 temps voit le piston remonter du PMB vers le PMH. Les gaz d’échappement sont alors expulsés très rapidement hors du cylindre.

Lors du début de ce temps, il règne un différentiel de pression très important entre le début du collecteur et la ou les sortie(s) qui sont à la pression atmosphérique.

La vitesse de sortie des gaz prise au début de collecteur peut dépasser la vitesse du son (environ 1200 km/h) . Au niveau de la sortie, elle est comprise entre 160 et 200 km/h.

La contre-pression

Ce différentiel de pression engendre une évacuation très rapide des gaz brûlés à tel point qu’ils ont quitté le cylindre dès la moitié du temps de l’échappement. Au fur et à mesure de la remontée du piston vers le PMH, la pression baisse dans le cylindre.

Les gaz d’échappement font alors demi-tour et repartent vers la chambre de combustion. C’est l’effet de contre-pression.

Les gaz d’échappement évoluent donc dans le collecteur tel une vague par effet de pression puis de dépression ou contre-pression.

Un pot d’échappement performante transformera « ses vagues » en un flux continu.

Ligne performance et homologation

ligne screamin'eagleUne ligne réellement « racing » peut (conditionnel !) vous faire gagner des chevaux si vous optez pour un produit réellement hors la loi qui élimine le catalyseur et la chicane. Les gaz brûlés vont alors s’évacuer plus rapidement.

Une ligne complète soit disant « performance » dûment homologuée ne vous fera gagner qu’une poignée de chevaux ; au mieux 10 % de la puissance max.

Il faut garder à l’esprit que l’équipementier affiche d’excellents résultats généralement après qu’il ait fait une cartographie « aux petits oignons » et a notamment accru l’avance à l’allumage. Certains équipementiers affichent des résultats très flatteurs grâce à des essences à très fort indice d’octane…

Les matériaux

Acier

La plupart des lignes d’échappement de série sont en acier. C’est en effet l’option la moins onéreuse car des tubes dans ce métal sont faciles à courber et ils ne nécessitent pas un type de soudure particulière.

Acier inoxydable

Un élément en acier inoxydable (Akrapovič par exemple) se détériorera beaucoup plus lentement dans le temps. Un échappement ou une ligne en inox sont plus chers car plus difficiles à former et à souder que l’acier ordinaire.

Malgré « une légende urbaine », la durée de vie d’un système en inox, bien que très supérieure à un élément acier, n’est pas infinie car ils se corrodent au niveau des soudures de raccords.

Un échappement inox permet l’utilisation de tubes plus fins que son homologue en acier. De ce fait, le timbre moteur change avec des résonances accrues.

harley davidson fxr échappement moto titane

Échappement sur mesure en titane construit par fab28industries.com

Titane

Ce matériau est à l’origine dévolu aux hyper-sportives et autres motos tournant sur circuit. Les échappements en titane sont chers mais ils permettent de grappiller quelques centaines de grammes par rapport à une ligne en acier. Le prix des embouts ou des lignes est très élevé en raison du prix de ce matériau mais surtout du fait que le titane nécessite des soudures très techniques. Néanmoins, nous retrouvons de plus en plus  ce matériau sur des prépa’ néo-vintage et autres Harley traitées style « stunt » ou « MC californiens« .

Limiter les émissions polluantes

Comme mentionné plus haut, l’échappement sur une moto moderne fait désormais partie d’un « écho système ».

Il est équipé d’un catalyseur ainsi que de sondes oxygène (ou lambda), une par collecteur avec l’actuelle norme Euro 4.

Leur nombre devrait augmenter avec la norme Euro 5 prévue pour janvier 2020. Tout comme le catalyseur, ce capteur relié au calculateur nécessite de fortes températures (300-400°C) pour fonctionner correctement. Ceci explique la position en début de collecteur de ces capteurs.

Géométrie des échappements

Diamètre du collecteur

En général, le diamètre du collecteur est donnée par la taille de la soupape d’échappement. Après 2 à 3 cm, l’accroissement du diamètre du collecteur n’interfère plus avec la vitesse d’écoulement des gaz.

Un échappement long

sportster XR 1200 zard

Ligne titane deux en un de chez ZARD montés sur un XR 1200

Un échappement long, et donc tortueux, donne un moteur avec du couple au détriment de la puissance dans les très hauts régimes. Ainsi, une ligne de chez Storz Performance, particulièrement sinueuse, apporte du couple au V-Twin du Sportster. Un tel pot est idéal pour pour une utilisation « crapuleuse » sur route.

Bien entendu, il ne faut pas multiplier les coudes plus que de raison car on perd alors de la puissance.

Un échappement court

A l’opposée, une ligne courte (inférieur à 1 mètre) donne un moteur qui prend des tours (puissance) au détriment des reprises (couple moteur).

Les échappements « drag pipes » sont une hérésie thermodynamique car ils déstabilisent totalement la veine gazeuse (le parcours des gaz depuis l’admission jusqu’à la sortie d’échappement).

Ils ne font correctement leur « job » que sur les 200 ou 400 mètres départ-arrêté où le seul juge de paix est la capacité d’accélération. Dans cet exercice, les effets de contre-pression ont peu d’importance.

drag pipe honda 4

Les drag pipes ne sont pas l’apanage des motos américaines. Ici sur Honda 750.

Un drag pipe évacue donc très mal la température hors des cylindres car les gaz brûlés peuvent retourner dans le cylindre avant la fermeture de la soupape d’échappement grâce à la contre-pression. La chambre de combustion n’est plus correctement « balayée par du mélange frais».

Des points chauds peuvent se former dans la chambre de combustion. Ces explosions du mélange (et non une combustion) sont à l’’origine du phénomène de détonation ou auto-allumage du mélange frais qui se caractérise par des ratés à l’échappement.

Avec des échappements drag pipes, les gaz brûlés vont pouvoir se mélanger avec le mélange air/essence frais qui commence à pénétrer dans le cylindre avec l’ouverture de la soupape d’admission puisque nous entrons dans le temps de l’admission. Le croisement des soupapes fait que les gaz brûlés peuvent même se retrouver au sein l’admission entrainant de facto un rendement moteur catastrophique.

Les moteurs équipés d’une injection électronique sont préservés du phénomène d’auto-allumage car les divers capteurs informent le calculateur de bord que le moteur ne fonctionne pas de manière correcte. Le recalibrage du calculateur n’est pas infini. Ces échappements  courts font malgré tout perdre du couple sur les moteurs à injection comme l’atteste la vente par Vance & Hines du système « Torque Cones » (ou « système anti-retour« ) qui limite la remontée des gaz vers la culasse.

Remarques

Tube d’équilibrage

Il s’agit d’un tube qui raccorde les deux collecteurs. Cette astuce permet  de proposer des motos avec des silencieux homologués qui restent relativement compacts.

Sur un bicylindre, cette jonction entre les deux lignes joue sur les effets de pression/contre-pression qui règnent dans chaque collecteur. La surface réelle des sorties est ainsi doublée.

Si on monte un filtre à air à gros débit, il faut installer un échappement plus libre. Avec le pot stock, la pression d’air au niveau de l’échappement est telle que les gaz brulés vont être refoulés au niveau de l’admission voire dans le filtre à air. Cette surpression peut provoquer des fuites via les divers joints moteur.

A contrario, le seul montage d’un échappement très performant entrainera une déséquilibre de la veine gazeuse. Le rendement moteur ne sera plus optimum.

Des échappements plus libres limitent l’usure moteur en faisant baisser notablement la température moteur. C’est particulièrement vrai sur les motos « Euro 4 ».

Les Bandes thermiques

Initialement venues du monde du karting et du Nascar, les bande thermiques n’ont que peu d’intérêt mécanique. Elle donne à  votre néo-rétro une « cosmétique encore plus vintage ».

Sur une moto, même à refroidissement par air, le moteur est correctement ventilé. Elles peuvent s’avérer utiles sous le capot d’une automobile de collection « boostée » car elles permettent de protéger les organes moteur de la température générée par le collecteur.

Article connexe : L’échappement d’un moteur à 4 temps : Partie 1