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Les constituants de la ligne d'échappement : filtres et sondes

Aujourd'hui, la ligne d'échappement d'un véhicule ne se limite plus à réduire les bruits des gaz moteur, elle contribue à faire diminuer l'émission d'éléments toxiques polluants.

Echappements entre moteur en ligne et moteur en V

Si on a l'habitude d'avoir affaire à une seule ligne d'échappement, les voitures plus haut de gamme équipées d'un généreux moteur V6 en ont généralement deux. En effet, ce type de moteur (plus d'infos ici) a besoin de deux tubulures d'échappement car il est divisé en deux grandes parties (deux de trois cylindres chacune). Un moteur en ligne, qu'il soit disposé longitudinalement (ex : 6 cylindres BMW) ou transversalement (majorité du parc français, voitures plus populaires) facilite l'installation d'un échappement unique.

La mode étant aux doubles sorties d'échappement, les constructeurs se débrouille pour faire sortir deux tubes même sur les moteurs en ligne ... Plus d'infos sur les différences entre moteurs en ligne et en V ici

Les 330d et Classe C 320 CDI illustrent parfaitement la différence

Les composantes et le rôle de chacune

Si il y avait un turbo, il se situerait juste après le collecteur d'échappement (7) tout comme un possible pré-catalyseur. Notez aussi qu'il existe d'autres dispositions que celle indiquée ci-dessus, et que l'ordre peut changer. Le FAP n'est par exemple pas forcément joint au catalyseur mais cela arrive souvent. Enfin, une vanne (EGR) est présente pour renvoyer une partie des gaz d'échappement dans le moteur pour refroidir la combustion (essence et diesel), non indiquée ici.

• (1) Le silencieux : c'est le dispositif qui sert à diminuer les bruits produits par les gaz sortant de l'échappement.
• (2) Pot de détente : fort ressemblant à un silencieux, il a pour rôle de réduire la vitesse et la pression de l'échappement avant que les gaz n'arrivent en bout de ligne.
• (3) Le filtre à particules : appelé FAP et présent sur les véhicules diesel (sur essence à injection directe à partir de 2016), il est constitué d'une matière absorbante poreuse constituée de carbure de silicium, qui sert à filtrer jusqu'à 95% des gaz polluants. Les FAP et le catalyseur se trouvent souvent au même endroit mais ce n'est pas toujours le cas. Le catalyseur peut se retrouver bien plus en amont.
• (4) SCR (Selective Catalytic Reduction) : il s'agit d'un catalyseur nouvelle génération spécialisé dans la transformation des NOx, il a besoin d'additif (envoyé par un injecteur placé sur la ligne d'échappement) et il faut donc se réapprovisionner régulièrement.
  
• (5) Le catalyseur : élément obligatoire sur tous les véhicules à essence depuis 1993, et sur les véhicules à diesel depuis 1999, cette composante sert à transformer les gaz nocifs (monoxyde de carbone, hydrocarbures, oxydes d'azote, de soufre et de plomb, en substances non polluantes (gaz carbonique, azote, eau). Le pré-catalyseur est un deuxième catalyseur placé plus près du collecteur d'échappement, là où les gaz sont plus chauds.
  
• (6) Flexible / Tresse d'échappement : c'est tout simplement un flexible qui donne de la souplesse pour la jointure collecteur / ligne d'échappement. Si ce joint était rigide les risques de casses/fissures seraient importants, il faut en effet faire face à toutes les vibrations.
• (7) Le collecteur d'échappement : il se trouve à la sortie des cylindres; il comporte autant de conduits que de cylindres, et ils se rejoignent tous sur vers le conduit central de la ligne d'échappement.
• La sonde lambda : elle sert à mesurer en temps réel les éléments dont sont composés les gaz d'échappement. C'est l'élément qui permet de doser le mélange air/carburant par le calculateur (qui contrôle lui-même l'injection). Il peut y en avoir deux (voitures récentes), une entre le collecteur et le catalyseur et l'autre après le catalyseur.
  
• Sonde de température de FAP : il y en a deux, une à l'entrée du FAP et l'autre en sortie. Cela sert à donner des indications au calculateur afin de gérer l'injection mais aussi les régénération du FAP.
  
• Sonde de pression : comme son l'indique, elle sert à mesurer la pression dans l'échappement. Information destinée au calculateur qui permet de savoir si le filtre à particules est bouchés (il y a deux sondes, une à l'entrée et l'autre à la sortie afin de mesurer le différentiel)
  

Montage diesel très répandu :

La majorité des diesels actuels ont un catalyseur et un FAP (les plus anciens n'ont ni l'un ni l'autre). Le SCR est assez récent en Europe contrairement aux USA.


Essence :

La ligne d'échappement d'un moteur essence est plus simple même si le FAP va finir par débarquer lui aussi ...

Différence entre essence et diesel

Si les deux ont en commun le catalyseur (pas identiques toutefois ..), le filtre à particules mais aussi le catalyseur SCR restent pour le moment réservés au diesel.

Quelques exemples de cas concrets

Voici quelques lignes d'échappement existantes :

La ligne d'échappement des diesels modernes (Euro6) de PSA

BlueTec Mercedes sans AdBlue



Avec AdBlue

Filtres et catalyseurs

Dans le cas d'un moteur essence, il n'y aura qu'un catalyseur même si cela tend à changer ... En effet, les moteurs essence à injection directe produisent une moins bonne combustion que les indirectes, ce qui induit plus de particules en sortie d'échappement. Suite à leur généralisation, des filtres pour essence font leur apparition.

Pour un diesel d'ancienne génération vous n'aurez aussi qu'un catalyseur. Pour les diesels sortis vers les années 2000, la présence d'un FAP devient courante (à oxydation ou avec additif). Enfin, pour contrer les NOx, les FAP de PSA dernières génération se voient épaulés par un SCR (qu'on pourrait nommer catalyseur de NOx), une sorte de catalyseur apposé au filtre qui permet d'effectuer des transformation chimiques. La vanne EGR est un procédé plus ancien qui vise aussi à réduire les NOx.

• Catalyseur et SCR : ils jouent au petit chimiste en transformant des polluants en d'autres molécules non toxiques. Le SCR a cependant besoin d'un additif AdBlue pour fonctionner. Le catalyseur existe depuis des décennies alors que le SCR est récent. Il est beaucoup plus répandu en Amérique du nord, ce qui est assez étrange puisque nous sommes le pays du diesel ...
  
• FAP : lui ne joue pas au petit chimiste mais au balayeur, il récolte les particules. Chauffé à haute température, les particules seront brûlées et évacuées.
• Vanne EGR : permet de renvoyer les gaz d'échappement dans les chambres de combustion dans un but de limiter les émissions de NOx. Cela permet en effet de réduire la température de combustion et le taux d'oxygène dans le moteur, qui favorisent donc la production de NOx.
  

(1) le silencieux

Son rôle est d'éliminer le bruit

(2) Pot de détente

Cette espèce de chambre permet de ralentir les gaz d'échappement

(3, 4 et 5) FAP / Catalyseur

On peut voir le catalyseur tout à gauche de l'image et les SCR / FAP à droite dans un même compartiment


Voici le catalyseur, bien plus en amont que le FAP dans le cas de cette ligne d'échappement


Voici le FAP de PSA destiné à anéantir le NOx, il est composé de deux éléments : le catalyseur SCR (Selective Catalytic Reduction) en vert pour le NOx et le filtre à particules en blanc.

(6) Flexible / tresse d'échappement

Voici cette fameuse tresse / flexible d'échappement destiné à donner de la souplesse à l'échappement

(7) Collecteur d'échappement

Comme son nom l'indique, il collecte les gaz provenant des différents cylindres pour les réunir dans un seul conduit, dont le prolongement représente la ligne d'échappement.

L'entretien de la ligne d'échappement

Pour garder longtemps votre ligne d'échappement il faut surveiller régulièrement l'apparition de corrosion afin de prévenir sa perforation. Dès que de la rouille apparait il faut l'éliminer grâce à des produits antirouille que l'on trouve à peu près partout. A noter que lorsque vous allez à la montagne votre ligne est agressée par le sel étendu sur les routes (au Canada une voiture sur dix semble touchée par de grave soucis de corrosion tellement leurs routes sont inondées de sel). Idem si vous habitez en bord de mer, il faut être d'autant plus attentif.

Constitué d'un seul bloc, en céramique ou en métal, percé de petits canaux et recouvert d'une poudre de métaux précieux, le catalyseur n'exige aucun entretien particulier. Sa durée dépend cependant de l'entretien général du moteur du véhicule. La sonde lambda, quant à elle, doit être changée à chaque fois que le pot catalytique est remplacé. Pour ce qui est du filtre à particules (avec additif), il a été conçu pour être rechargé avec de la sérine, à injecter régulièrement (FAP PSA). Le silencieux arrière est à contrôler régulièrement, une inspection visuelle permettra de repérer les petites taches de rouille dès le début puis de les traiter rapidement.

Points à surveiller pour son bon fonctionnement

Ne comptez pas sur un indicateur lumineux pour vous prévenir d'un dysfonctionnement survenu sur la ligne d'échappement. Par ailleurs, certains indices sont très révélateurs. Par exemple, si votre moteur présente des ratés et que votre véhicule surconsomme, il se peut que la sonde lambda ne régule plus efficacement le mélange essence/air. Cet indice peut aussi indiquer un mauvais fonctionnement des filtres ou des bougies. Dans un cas comme dans l'autre, mieux vaut consulter un bon mécanicien pour une vérification. Lorsque la voiture produit des sons inhabituels, il est possible que le silencieux arrière soit percé, tout comme un autre élément de la ligne d'échappement, vous pourrez alors dans la majorité des cas le faire colmater sans avoir à changer quoique ce soit.

Les principaux fabricants

Le choix d'une marque en particulier doit être guidé par la sonorité (sourde, aigue, basse, rauque) que vous préférez obtenir de votre système d'échappement. Plusieurs fabricants proposent des lignes d'échappement présentant des sonorités et des technologies différentes. Les plus connus sont Madac, Zebring, Devil et Remus. Pour plus de puissance, il existe des catalyseurs « sport », assez onéreux, pouvant ajouter quelques chevaux supplémentaires. Des fabricants tels que Ferrari, BMW et Rolls Royce (pour le silence impérial) se spécialisent dans ce type de produits, assez onéreux. Le constructeur Ferrari, en particulier, est réputé pour son système d'échappement TubiStyle, fabriqué à la main, et dont la sonorité demeure unique.

Investir dans un système d'échappement de qualité comporte des avantages dont il faut tenir compte: il accroît le rendement d'essence du véhicule et renforce la performance du moteur. Par ailleurs, il faut retenir qu'un silencieux non adapté au véhicule ou mal installé fait perdre quasi tous les avantages d'un système d'échappement performant.

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