Pièce essentielle du moteur, la conception du collecteur d'échappement a un rapport direct avec les perfos et le comportement du moteur (souvenez du principe cher aux préparateurs qui dit " Pour bien remplir un cylindre, il faut bien le vider " !).

Pour comprendre tout cela, je vais traiter deux parties qui semblent essentielle à savoir, l'influence des ondes de pression dans le collecteur et ensuite, le problème d'interaction entre les cylindres (ça a l'air compliqué, mais pas tant que ça en fait !). D'abord, voilà un peu de vocabulaire à assimiler :



A gauche se trouve un collecteur dit 4/1 (prononcez 4 en 1 !) de 205 GTI. ce type de collecteur permet de garder pas mal de couple vers les mi-régime, mais trouve rapidement ses limites une fois lancé dans les tours.


A droite nous avons encore un 4/1 mais la longueur supérieur des tubes permet un meilleure remplissage a haut régime, au detriment du couple (la photo correspond à un collecteur de moto). On reviendra plus bas sur le pourquoi du comment.



A gauche, on retrouve ce collecteur dit rateau sur quelques voitures turbo (modèle de safrane 2.5 TD en photo), et très rarement sur atmo. Bien sur les pertes de charge sont assez élevées, mais sa compacité fait qu'il trouve facilement sa place sous le capot.



A droite se trouve le collecteur le plus performant sur 4 cylindres. Il s'agit du 4/2/1 ou 3Y et sa conception permet de garder du couple à mi-régime tout en proposant un bon remplissage dans les tours (clio RS en photo).



L'étude des ondes de pression va nous amener à déterminer la longueur de tube nécessaire au collecteur pour qu'il puisse au régime de Pmax offrir la vidange optimale du cylindre.



Le schéma à droite représente un simple tube bouché à son extrémité, auquel on va à l'entré brusquement augmenter la pression. La courbe rouge représente la pression qui se propage dans le tube. Comme vous pouvez le remarquer, la pression en se déplaçant n'est pas constante et forme une ondulation. Une fois que cette onde va rencontrez le bouchon, elle va revenir en sens inverse jusqu'à l'entrée du tube.

On retrouve le même phénomène dans un collecteur d'échappement, à savoir : la source de pression est tout simplement l'ouverture de la soupape d'échappement, et l'équivalent du bouchon peut-être le catalyseur situé en sortie du collecteur (même si celui-ci n'est pas un bouchon, il constitue un obstacle).

L'interêt pour nos moteur, est que cette onde de pression puisse être à sa valeur minimum lors de son retour à la réouverture de la soupape d'échappement afin de faciliter la vidange du cylindre. Malheureusement cela ne peut se faire à tout les régimes, donc on va faire en sorte qu'au régime de puissance maxi, cette onde puisse nous aider à mieux vider le cylindre des gaz d'échappement. Il est en revanche très difficile de prévoir la bonne longueur de tube et seul des logiciels très puissant (et très cher !) permettent des estimations à peu près potable.

Toutefois l'expérience montre que plus la longueur des tubes est grande, plus le régime de vidange optimale du cylindre sera élevé (voyez donc la différence en haut entre le 4/1 de 205 GTI et celui de la moto !)

En ce qui concerne le collecteur 3Y, il y a deux longueurs de tube à déterminer : la longueur des deux premiers Y et enfin la longueur de l'Y final reliant les deux premiers ! les constructeurs s'arrangent donc pour " accorder " la première longueur au régime de couple max et la seconde pour celui de puissance max, de sorte à trouver un bon compromis (chose plus délicate avec un simple 4 /1).



Cas du 4/1 :

Pour bien comprendre ce phénomène, prenons l'exemple d'un moteur 4 cylindres muni d'un collecteur 4/1 et ayant un ordre d'allumage classique (1-3-4-2 donc). Ainsi, on comprends alors que la soupape d'échappement va s'ouvrir dans l'ordre de l'allumage par intervalle de 180 ° vilebrequin (par demi-tour moteur donc). Imaginons à présent que l'on place un capteur de pression dans la branche du cylindre 4 (comme montré sur le schéma), et que l'on vienne tracé l'évolution de pression sur un cycle moteur (2 tours donc soit 720 ° vilebrequin). Voilà ce que l'on obtiendrait :




La première montée en pression provient donc de l'ouverture de la soupape d'échappement du cylindre 1. La seconde provient donc du 3, la troisième du 4 (plus forte car le capteur est placé sur le 4), la quatrième du 2 et le cycle redémarre.

Ce qui nous intéresse surtout dans cet exemple est la pression résiduel engendré par le cylindre 3 lorsque la soupape d'échappement du cylindre 4 s'ouvre. Cette pression relativement élevé est bien sur néfaste pour la vidange du cylindre, et bien sur pour les perfos. De la même manière l'échappement du cylindre 1 nuira à la vidange du cylindre 3, et le 4 nuira au 2 ... tous le monde suit ?!

Si oui, vous comprendrez donc que le mieux est de pouvoir séparer le conduit des cylindres 1 et 4 de celui des cylindres 2 et 3.

Cas du 3Y :

Je reprends l'exemple de notre 4 cylindres à l'ordre d'allumage identique. Je lui met le collecteur 3Y et replace mon capteur de pression toujours sur la branche 4 et voilà les résultats :



Vous noterez alors tout de suite que les cylindres 2 et 3 créent beaucoup moins de pressions sur la branche 4 qu'avec un 4/1 (dut justement à la séparation des branches). Ainsi lorsque la soupape d'échappement du cylindre 4 s'ouvre, les gaz en ressorte plus librement grâce à la diminution de pression résiduelle dut au cylindre 3. La vidange du cylindre est meilleure et les perfos s'en ressente !

D'ailleurs demandez aux possesseurs de Golf ou Corrado G60 qui ont décidés de troquer leur 4/2/1 d'origine contre un 4/1 ! Ils vous diront tous qu'ils sont déçu du manque de perf notamment dans les bas régime et aussi un peu dans les haut régime (une G60 ne monte pas très haut dans les tours du fait du compresseur).

Pour conclure cette partie, je rajouterais simplement qu'un 4/1, même s'il apparaît moins bon qu'un 4/2/1 restera toujours la meilleure solution pour les moteurs prenant beaucoup de régime (le phénomène d'interaction est bien moindre dut fait des vitesse de rotation supérieur). Maintenant, je vous laisse aller sur mon dernier article "l'ordre d'allumage", ou vous trouverez à la fin une petite devinette liée aux problèmes d'interaction entre les cylindres.

Source : http://moteurpassion.site.voila.fr/collecteur.htm