Introduction Ce présent chapitre décrit le système d`échappement

CHAPITRE 5
SYSTÈME D’ÉCHAPPEMENT
Introduction
Ce présent chapitre décrit le système d’échappement, son rôle ainsi que le fonctionnement du
convertisseur catalytique. De plus, il présente les notions nécessaires pour que vous puissiez faire
la dépose et la pose des composants de ce système afin d’assurer son étanchéité et son montage
adéquat.
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5.1 DESCRIPTION DU SYSTÈME D’ÉCHAPPEMENT
Une fois le temps de combustion du moteur terminé, les gaz d’échappement produits par la
combustion doivent être éliminés du cylindre par la soupape d’échappement et expulsés à
l’extérieur du moteur. C’est à ce moment qu’intervient le système d’échappement. Il achemine les
gaz brûlés vers l’arrière du véhicule, il réduit le bruit causé par la pression des gaz et la variation
cyclique de cette pression. Depuis l’apparition des dispositifs antipollution, le système
d’échappement contribue aussi à la réduction des émissions de polluants grâce au convertisseur
catalytique.
SYSTÈME À ÉCHAPPEMENT CONTRÔLÉ
Dans le système à échappement contrôlé, les gaz traversent des chambres assourdissantes qui diminuent le bruit en provoquant la détente des gaz avant leur évacuation dans l’atmosphère. La détente est le phénomène selon lequel un gaz se décomprime rapidement en atteignant un espace
plus grand. Le contrôle de la détente permet d’atténuer les bruits et de diminuer la température
des gaz.
Un système d’échappement simple se compose essentiellement d’un collecteur d’échappement,
d’un tuyau avant, d’un convertisseur catalytique, s’il y a lieu, d’un silencieux et, en dernier lieu,
d’un tuyau arrière qui peut parfois être muni d’un silencieux auxiliaire.
Figure 5.1 Système d’échappement (Ford)
Convertisseur
catalytique
Tuyau d’échappement
avant flexible
Joint
Silencieux
Support
Silencieux
auxiliaire
5.2
Mécanique automobile
Module 13
SYSTÈME D’ÉCHAPPEMENT
CHAPITRE 5
Il y a plusieurs façons de poser un système Figure 5.2 Types de montages de systèmes d’échappement
(MEQ)
d’échappement. La figure 5.2 présente deux
types de montages d’un système d’échappement.
Les systèmes d’échappement sont conçus, entre
autres, en fonction de la cylindrée, du cycle employé, de la puissance, de l’utilisation, de la
vitesse du moteur, du diagramme des soupapes,
du dispositif antipollution et du prix de revient.
Le système d’échappement une fois monté
contrôle, entre autres, le niveau sonore, la
pression des gaz et la quantité de polluants
rejetés dans les gaz d’échappement. Toute intervention modifiant le système d’échappement
pourrait nuire au contrôle des éléments énumérés plus haut.
Exercice 5.1
1. Définissez le système d’échappement.
2. Quelles sont les deux fonctions que doit assumer le système d’échappement?
3. Quels sont les principaux facteurs qui entrent en ligne de compte lors de la conception d’un
système d’échappement?
4. Dites en quoi consiste la détente des gaz.
5. Nommez les cinq parties d’un système d’échappement simple.
Module 13
Mécanique automobile
5.3
CHAPITRE 5
SYSTÈME D’ÉCHAPPEMENT
COMPOSANTS DU SYSTÈME D’ÉCHAPPEMENT
Collecteur d’échappement
Le collecteur d’échappement est fixé à l’un des côtés de la culasse du moteur à cylindres en ligne
ou sur chacune des culasses d’un moteur à cylindres en V. Dans un système à simple conduit, un
tuyau transversal est ajouté afin de raccorder le deuxième collecteur au tuyau avant. Le collecteur
d’échappement permet de canaliser plus facilement les gaz d’échappement vers le convertisseur
catalytique. Il est habituellement fabriqué en fonte ou en acier pour mieux supporter les hautes
températures et résister aux vibrations. Le tuyau avant est fixé au collecteur d’échappement par
une fixation par écrou avec interposition d’un joint composé d’acier et d’amiante.
Tuyau d’échappement avant
Le tuyau d’échappement avant est un conduit tubulaire fabriqué en acier, résistant à la chaleur et à
la corrosion. Sa forme et son diamètre sont différents selon le véhicule et le type de moteur. Il a
pour fonction d’acheminer les gaz d’échappement vers le convertisseur catalytique. Son diamètre
ne doit pas être modifié, car il est calculé par le fabricant et il ne doit pas être écrasé. Cela aurait
pour effet d’obstruer le passage des gaz sous pression. Il est alors essentiel que la forme, la grosseur et la grandeur de tous les éléments soient conformes aux normes du fabricant du véhicule.
Depuis l’adoption des moteurs transversaux, les fabricants utilisent des sections flexibles ou des
accouplements élastiques (figures 5.3 et 5.4). Cela permet le déplacement du moteur durant les
accélérations et les décélérations ainsi que lors de l’engagement en marche arrière.
Figure 5.3 Section flexible (Mazda)
Figure 5.4 Accouplements à la tubulure d’échappement
(Chrysler)
Collecteur
Écrou
Écrou
Ressort
Joint
5.4
Mécanique automobile
Module 13
SYSTÈME D’ÉCHAPPEMENT
CHAPITRE 5
Convertisseur catalytique
Le convertisseur catalytique est parfois monté à la suite du collecteur d’échappement ou du tuyau
avant. Sans aller en profondeur dans l’explication du dispositif antipollution que vous étudierez
dans un prochain module, il est toutefois important que vous compreniez le fonctionnement de
cet élément.
Malgré tous les dispositifs et systèmes que possède le véhicule pour combattre la pollution des gaz
d’échappement, certaines émissions d’hydrocarbures, de monoxyde de carbone et d’oxyde d’azote
s’échappent quand même et doivent être transformées en éléments moins nocifs avant d’être libérées par le système d’échappement. C’est à ce moment que le convertisseur catalytique entre en
fonction. Il permet de contrôler les émissions d’hydrocarbures et de monoxyde de carbone. La
figure 5.5 montre un convertisseur catalytique à oxydation, soit le plus conventionnel des convertisseurs, parfois appelé convertisseur catalytique à un lit.
Figure 5.5 Convertisseur catalytique conventionnel (Ford)
Les cônes d’extrémité s’adaptent
aux tuyaux d’échappement et
facilitent la circulation.
Le substrat est fait d’un matériau
de céramique alvéolé enduit
d’un matériau catalysant.
Le gaz contient des
hydrocarbures
et du monoxyde
de carbone.
Gaz provenant
du moteur
Les hydrocarbures et le monoxyde
de carbone se sont transformés
en eau et en gaz carbonique.
Vers le silencieux
L’air secondaire pénètre
en avant du catalyseur.
Support
Le corps est muni
de supports et
d’un substrat.
Joint en métal
et fibre de verre
Il existe un deuxième type de convertisseur catalytique : le convertisseur à deux lits. Ce catalyseur
compte deux blocs catalyseurs. Il traite les hydrocarbures (HC), le monoxyde de carbone (CO) et
les oxydes d’azote (NOx) à condition d’introduire de l’air frais entre les deux lits. L’apport d’air se
fait par une pompe à air ou une soupape de type Pulsair (figure 5.6).
Figure 5.6 Convertisseur catalytique à deux lits (Ford)
Corps
Chambre
médiane
Les gaz d’échappement
contiennent des hydrocarbures,
du monoxyde de carbone
et des oxydes d’azote.
Sortie vers
le silencieux
Le convertisseur conventionnel
oxyde les hydrocarbures et le
monoxyde de carbone.
Admission
L’air « en amont » pénètre
avec les gaz d’échappement.
L’air « en aval » pénètre
par l’orifice médian.
Le convertisseur catalytique à trois voies
oxyde les hydrocarbures et le monoxyde
de carbone et réduit les oxydes d’azote.
Module 13
Mécanique automobile
5.5
CHAPITRE 5
SYSTÈME D’ÉCHAPPEMENT
Finalement, on trouve sur le marché le convertisseur catalytique à trois voies, qui se compose de
un ou de deux blocs catalyseurs. Une alimentation en essence contrôlée par un microprocesseur
gère l’ensemble du système. Ce type de convertisseur catalytique, employé dans les systèmes
d’injection électronique, ne fait pas appel à un apport d’air frais, mais compte sur le système
électronique pour régler adéquatement le mélange air-essence par l’entremise de la sonde lambda
(sonde à oxygène). Les métaux précieux utilisés comme catalyseurs dans ce cas sont le palladium,
le platine et le rhodium auxquels on ajoute des oxydes métalliques (figure 5.7).
Figure 5.7 Convertisseur catalytique à trois voies (Speedy)
Trois voies
NOx
CO
HC
N2
H2O
CO2
TWC
(NOx) Oxydes d’azote
(CO) Monoxyde de carbone
(HC) Hydrocarbures
Azote
(N2)
Eau
(H2O)
Gaz carbonique (CO2)
(TWC : three way catalyser)
Les convertisseurs catalytiques peuvent perdre de leur efficacité si leur température
augmente au-dessus de la température normale de fonctionnement. C’est le cas lorsque
le moteur fonctionne mal.
Les boîtiers des convertisseurs catalytiques sont faits d’acier inoxydable pour résister aux
températures extrêmes d’utilisation et à la corrosion. Leur extérieur peut être protégé par une grille
protectrice et/ou un bouclier thermique fixé par des boulons en U et des écrous. Cette grille et ce
bouclier empêchent le contact entre les objets et l’enveloppe brûlante du catalyseur. Ils protègent
aussi le plancher et l’habitacle du véhicule. Les figures 5.8 et 5.9 montrent deux arrangements
types du convertisseur catalytique dans le système d’échappement.
5.6
Mécanique automobile
Module 13
SYSTÈME D’ÉCHAPPEMENT
CHAPITRE 5
Figure 5.8 Système d’échappement (Honda)
Bouclier
thermique
Tubulure
d’échappement
Culasse
Sonde lambda
45 N•m
(4,5 kg/m, 33 lb-pi)
Joint de la tubulure
d’échappement
10 × 1,25 mm
32 N•m
(3,2 kg/m, 23 lb-pi)
Supports
Joint
6 × 1,0 mm
12 N•m
(1,2 kg/m, 9 lb-pi)
Bouclier
thermique
Bouclier
Écrou
8 × 1,25 mm thermique
32 N•m
(3,2 kg/m, 23 lb-pi)
8 × 1,25 mm
22 N•m
Convertisseur
(2,2 kg/m, 16 lb-pi)
catalytique
6 × 1,0 mm
12 N•m
(1,2 kg/m, 9 lb-pi)
Figure 5.9 Système d’échappement (General Motors)
Capteur d’oxygène
Capteur
(HO2 S 1) du bloc 2,
correction d’alimentation d’oxygène
HO2 S 2
Capteur
d’oxygène
HO2 S 3
Bloc 2
Bloc 1
Convertisseur catalytique
à trois voies
Capteur d’oxygène
(HO2 S 1) du bloc 1,
correction d’alimentation
Module 13
Mécanique automobile
5.7