Echappement 4 en 1 ou 4-2-1 ? That's the question !
Posté : ven. 4 déc. 2015 19:53
La personne qui avait construit le 4-2-1 de mon Oettinger de course a écrit sur son site ( BFR Exhaust ) un petit article technique sur les échappements de moteurs atmosphériques, je le transcris ici:
Moteur atmo et échappement
Influence du collecteur et de la ligne d échappement sur la performance d un moteur atmosphérique quatre temps
Optimisation des périphériques :
CET ARTICLE EST SANS OBJET POUR LES DIESELS POUR LESQUELS IL N Y A RIEN A GAGNER.
Les périphériques qui participent a l optimisation d un moteur atmosphérique sont :
L'admission d air,
l'échappement complet,
le boitier de gestion électronique.
Les véhicules a moteur atmosphérique essence actuels sont conçus pour répondre aux très strictes normes européennes en matière de pollution
et de bruit, ce qui amène les constructeurs a utiliser des systèmes de catalyseurs plus nombreux (pré-cata + cata) et plus restrictif encore qu'il y a quelques années.
Les boitiers de filtre à air reçoivent des silencieux, chicanes et résonateurs, et les programmes de gestion ajustés à ces impératifs.
On peut considérer que +/- 15 % de couple est perdu dans le système.
Avant d aller plus loin, il est indispensable de différencier les notions de couple et de puissance.
Le couple est ce que mesure un banc de puissance.
C'est la FORCE du moteur.
Il se mesure en kilos par mètre (k/m) ou en newton mètres (Nm).
La puissance est le produit du couple par le régime, c est l énergie disponible et se mesure en kilowatts (kw) ou en chevaux (cv) .
Une troisième valeur qui prend en compte l'ensemble de la performance du véhicule est la vélocité : c'est elle qui conditionne le 0 a 100 km /h ou le 1000 mètre départ arrêté.
Cette valeur dépend d'une foule de paramètres dont : le poids, la taille des roues et pneus, les rapports de boite de vitesse, l'adhérence ...
Formule du calcul de puissance :
couple (en Nm) x régime divisé par 9550 (facteur de correction) = puissance en kilowatts
pour obtenir la puissance en chevaux, multiplier les kw par 1,35.
Un collecteur d'échappement ainsi qu'une ligne bien conçue augmentera le couple du moteur sur une large plage de régime.
Ce collecteur va activer et gérer les ondes de pression et de dépression émises par le moteur au niveau de la soupape d échappement.
--> en clair, le collecteur « aspire » les gaz brûlés hors des cylindres<--
Ce serait très simple si il n'y avait pas un lien étroit entre le temps d'admission, le croisement et le temps d'échappement.
Sur un moteur atmosphérique, c est seulement la dépression générée par le piston qui descend, alors que la soupape d'admission s'ouvre, qui va remplir le cylindre.
Pour augmenter le couple d'un moteur, donc sa puissance (voir formule), il faut donc remplir le plus possible de gaz frais le cylindre.
C'est a partir de ce moment que l échappement intervient.
Revenons sur les quatre temps du cycle :
On voit sur le graphique qu'a la fin du temps d'échappement, le temps d'admission commence, ou plus exactement a déjà commencé.
Pendant un certain nombre de degrés de déplacement du vilebrequin, les soupapes d'admission et d échappement sont ouvertes en même temps, c'est le CROISEMENT.
Ce croisement va de 0° à xx ° selon les arbres à cames et leur calage. Plus le croisement est important, plus le moteur est pointu et puissant «en haut».
Mais voila, pendant ce croisement, les gaz frais passent en partie directement dans l'échappement en dépression. Ce qui provoque une perte de couple « en bas ».
Le collecteur d'échappement va limiter, voir annuler cette perte de gaz frais en provoquant une contre pression qui va s agir comme un « clapet »
Cet effet de clapet est géré uniquement par le diamètre et la longueur des tubes du collecteur et de l'échappement.
Effet : les gaz frais qui ne partent pas dans l'échappement remplissent d'avantage le cylindre, donc augmente le couple, donc la puissance.
Voici pour le principe, voyons maintenant pourquoi 4/2/1 (3 Y) ou 4/1.
Les quatre cylindres d'un moteur ont leurs cycles décalés de 180°.
(Ce qui donne : )
Schéma A VENIR
L'ordre d'allumage (début du temps moteur) est toujours 1 3 4 2
On se sert du temps qui s écoule entre les temps moteurs pour activer la dépression.
Pour une parfaite symétrie, il est logique de joindre (1 et 4) et (2 et 3)
Je dirais pour simplifier, que chaque temps d'échappement créé une dépression qui va servir à vider plus vite et plus fort le cylindre joint en parallèle.
Cela se fait en deux étages 4 en 2 et 2 en 1.
Il est beaucoup trop complexe et aléatoire de définir une règle (puis il faut bien que je garde une partie de mon savoir !) mais le 4/2/1 étale fortement la plage de
gestion de la contre pression (le fameux « clapet ») ce qui lui confère cette propriété de coupleux à tous les régimes.
Le 4/1 lui, est beaucoup plus basique.
Il est efficace à un seul moment : au régime de couple maxi défini par les arbres a cames, ce qui lui confère ce caractère on/off peut efficace.
Il est par contre facile a concevoir (mais pas a réaliser).
Dans tous les cas, il est nécessaire, dans la mesure du possible que toutes les longueurs soient symétriques quelle que soit la forme ou la place disponible.
Le reste de la ligne d échappement est plus simple à concevoir, il suffit:
d'utiliser le diamètre adéquat de tube,
d'éviter à tout prix les variations de section.
De même que les contre-pressions engendrées par des chicanes ou coudes écrasés.
Moteur atmo et échappement
Influence du collecteur et de la ligne d échappement sur la performance d un moteur atmosphérique quatre temps
Optimisation des périphériques :
CET ARTICLE EST SANS OBJET POUR LES DIESELS POUR LESQUELS IL N Y A RIEN A GAGNER.
Les périphériques qui participent a l optimisation d un moteur atmosphérique sont :
L'admission d air,
l'échappement complet,
le boitier de gestion électronique.
Les véhicules a moteur atmosphérique essence actuels sont conçus pour répondre aux très strictes normes européennes en matière de pollution
et de bruit, ce qui amène les constructeurs a utiliser des systèmes de catalyseurs plus nombreux (pré-cata + cata) et plus restrictif encore qu'il y a quelques années.
Les boitiers de filtre à air reçoivent des silencieux, chicanes et résonateurs, et les programmes de gestion ajustés à ces impératifs.
On peut considérer que +/- 15 % de couple est perdu dans le système.
Avant d aller plus loin, il est indispensable de différencier les notions de couple et de puissance.
Le couple est ce que mesure un banc de puissance.
C'est la FORCE du moteur.
Il se mesure en kilos par mètre (k/m) ou en newton mètres (Nm).
La puissance est le produit du couple par le régime, c est l énergie disponible et se mesure en kilowatts (kw) ou en chevaux (cv) .
Une troisième valeur qui prend en compte l'ensemble de la performance du véhicule est la vélocité : c'est elle qui conditionne le 0 a 100 km /h ou le 1000 mètre départ arrêté.
Cette valeur dépend d'une foule de paramètres dont : le poids, la taille des roues et pneus, les rapports de boite de vitesse, l'adhérence ...
Formule du calcul de puissance :
couple (en Nm) x régime divisé par 9550 (facteur de correction) = puissance en kilowatts
pour obtenir la puissance en chevaux, multiplier les kw par 1,35.
Un collecteur d'échappement ainsi qu'une ligne bien conçue augmentera le couple du moteur sur une large plage de régime.
Ce collecteur va activer et gérer les ondes de pression et de dépression émises par le moteur au niveau de la soupape d échappement.
--> en clair, le collecteur « aspire » les gaz brûlés hors des cylindres<--
Ce serait très simple si il n'y avait pas un lien étroit entre le temps d'admission, le croisement et le temps d'échappement.
Sur un moteur atmosphérique, c est seulement la dépression générée par le piston qui descend, alors que la soupape d'admission s'ouvre, qui va remplir le cylindre.
Pour augmenter le couple d'un moteur, donc sa puissance (voir formule), il faut donc remplir le plus possible de gaz frais le cylindre.
C'est a partir de ce moment que l échappement intervient.
Revenons sur les quatre temps du cycle :
- BFRExhaust.jpg (8.2 Kio) Vu 10109 fois
On voit sur le graphique qu'a la fin du temps d'échappement, le temps d'admission commence, ou plus exactement a déjà commencé.
Pendant un certain nombre de degrés de déplacement du vilebrequin, les soupapes d'admission et d échappement sont ouvertes en même temps, c'est le CROISEMENT.
Ce croisement va de 0° à xx ° selon les arbres à cames et leur calage. Plus le croisement est important, plus le moteur est pointu et puissant «en haut».
Mais voila, pendant ce croisement, les gaz frais passent en partie directement dans l'échappement en dépression. Ce qui provoque une perte de couple « en bas ».
Le collecteur d'échappement va limiter, voir annuler cette perte de gaz frais en provoquant une contre pression qui va s agir comme un « clapet »
Cet effet de clapet est géré uniquement par le diamètre et la longueur des tubes du collecteur et de l'échappement.
Effet : les gaz frais qui ne partent pas dans l'échappement remplissent d'avantage le cylindre, donc augmente le couple, donc la puissance.
Voici pour le principe, voyons maintenant pourquoi 4/2/1 (3 Y) ou 4/1.
Les quatre cylindres d'un moteur ont leurs cycles décalés de 180°.
(Ce qui donne : )
Schéma A VENIR
L'ordre d'allumage (début du temps moteur) est toujours 1 3 4 2
On se sert du temps qui s écoule entre les temps moteurs pour activer la dépression.
Pour une parfaite symétrie, il est logique de joindre (1 et 4) et (2 et 3)
Je dirais pour simplifier, que chaque temps d'échappement créé une dépression qui va servir à vider plus vite et plus fort le cylindre joint en parallèle.
Cela se fait en deux étages 4 en 2 et 2 en 1.
Il est beaucoup trop complexe et aléatoire de définir une règle (puis il faut bien que je garde une partie de mon savoir !) mais le 4/2/1 étale fortement la plage de
gestion de la contre pression (le fameux « clapet ») ce qui lui confère cette propriété de coupleux à tous les régimes.
Le 4/1 lui, est beaucoup plus basique.
Il est efficace à un seul moment : au régime de couple maxi défini par les arbres a cames, ce qui lui confère ce caractère on/off peut efficace.
Il est par contre facile a concevoir (mais pas a réaliser).
Dans tous les cas, il est nécessaire, dans la mesure du possible que toutes les longueurs soient symétriques quelle que soit la forme ou la place disponible.
Le reste de la ligne d échappement est plus simple à concevoir, il suffit:
d'utiliser le diamètre adéquat de tube,
d'éviter à tout prix les variations de section.
De même que les contre-pressions engendrées par des chicanes ou coudes écrasés.
