Le nouvel échappement développé par Yamaha fait beaucoup parler de lui. Mais peu d’éléments ont un impact aussi important sur la conception d’une moto et de son moteur que le système d’échappement. De la jonction de la culasse jusqu’à la sortie des gaz, les formes légèrement incurvées aident à définir le caractère de nos motos et de leurs moteurs, et les formes sont loin d’être purement esthétiques.
Les gaz d’échappement contiennent de l’énergie utile sous forme de vitesse, et les formes harmonieuses minimisent la perte de cette énergie (alors qu’au contraire, des changements de direction brusques perturbent ce flux). C’est pour cela que sa courbure doit être la plus uniforme possible.
A plein régime, lors de l’explosion du mélange gazeux dans la chambre de combustion, la pression au niveau de la tête de piston atteint environ 50 bars. Les gaz se détendent et cette pression chute rapidement lorsque le piston descend, lui transmettant de la puissance. Au moment où les soupapes d’échappement commencent à s’ouvrir, la pression issue de la dilatation des gaz dans la chambre de combustion n’est plus « que » de 5 bars.
Mais alors, vu que la pression atmosphérique est d’environ 1 bar, pourquoi ne pas continuer à utiliser toute l’énergie des gaz pour repousser le piston ? Ce serait possible, mais nous ne le faisons pas parce que les soupapes d’échappement doivent commencer à s’ouvrir avant le Point Mort Bas, et que l’énergie est utilisée plus efficacement d’une autre manière : dans un tube d’échappement optimisé, où l’énergie d’échappement est utilisée comme ondes sonores.
Les ondes positives (de pression) et négatives (d’aspiration), se déplaçant dans des conduits correctement dimensionnés, elles peuvent être utilisées pour aider le mouvement du piston à éliminer les gaz d’échappement usés et à remplir le cylindre avec de l’air frais.
La règle de base dans le dimensionnement des tubes d’échappement est la suivante : partout où le conduit augmente en section transversale, une impulsion de pression d’échappement se dilate, rayonnant/réfléchissant ainsi une onde négative en amont. Partout où le conduit diminue en surface, il retient l’impulsion, faisant alors réfléchir une onde positive.
Principes d’un échappement pour un moteur 4 temps
Dans un moteur à 4 temps, lorsque les soupapes d’échappement commencent à s’ouvrir, une impulsion de pression d’échappement pénètre dans le collecteur de ce cylindre. Lorsqu’il atteint un point d’agrandissement du conduit il renvoie une onde de pression négative vers le moteur. La longueur du collecteur est correctement dimensionnée pour que cette onde négative arrive au cylindre pendant le croisement des soupapes – la période autour du point mort haut à la fin de la course d’échappement, lorsque les soupapes d’échappement ne sont pas encore tout à fait fermées mais que les soupapes d’admission ont déjà commencé à s’ouvrir. Cette onde négative pénètre dans le cylindre, en extrayant d’abord le gaz d’échappement inerte de la chambre de combustion au-dessus du piston, puis en entrant dans le système d’admission pour permettre de favoriser le débit d’admission dans le cylindre, avant même que le piston n’ait commencé à descendre. Cela augmente le couple en empêchant la dilution de la charge fraîche par les gaz d’échappement restants, ainsi qu’en donnant une longueur d’avance au processus d’admission.
Parce que les ondes négatives et positives alternent dans le tube d’échappement, à un régime inférieur, ce n’est plus une onde négative qui pénètre dans la chambre de combustion lors du croisement des soupapes : c’est une onde positive qui refoule les gaz d’échappement dans la chambre de combustion, à travers les soupapes d’admission et dans le système d’admission. Ceci, en diluant la charge fraîche que le piston s’apprête à absorber, provoque une diminution du couple moteur.
Et les 2T alors ?
Les échappements des moteurs à deux temps sont complètement différents. Ils commencent par un collecteur, tout comme celui d’un quatre temps, mais c’est à peu près la seule ressemblance. Le collecteur est suivi d’un cône divergent et d’une chambre de détente de plus gros volume, après quoi le diamètre se rétrécit rapidement dans un contre cône.
Lorsqu’un piston à deux temps, descendant sur sa course motrice, commence à laisser apparaître la lumière d’échappement dans la paroi du cylindre, une impulsion de pression est libérée dans le collecteur. Lorsque cette onde atteint le plus grand diamètre, dans la zone de détente, c’est une onde négative qui se réfléchit vers le cylindre. Là, la basse pression permet d’éliminer les gaz d’échappement du cylindre et aide la charge fraîche à entrer par deux ou plusieurs transferts.
Ce schéma reprend les ondes de pression subies par les gaz d’échappement dans un pot de détente
Au fur et à mesure que le cylindre se remplit d’air, une partie de ce mélange frais commence à être perdu par l’orifice d’échappement encore ouvert. Dans le tube d’échappement, l’impulsion d’échappement a traversé la section centrale du tuyau et entre maintenant dans le contre cône, réfléchissant une onde positive vers l’orifice d’échappement. Cette vague positive arrive juste à temps pour remettre dans le cylindre la charge d’air fraîche qui a commencé à s’échapper.
Le travail du concepteur de tuyaux d’échappement est de créer une zone de couple moteur suffisamment large pour que le pilote, en utilisant la boîte de vitesses, puisse maintenir le moteur dans cette zone la plupart du temps. C’est là le but du nouvel échappement de Yamaha : permettre aux pilotes d’avoir un couple plus élevé à mi-régime pour favoriser les sorties de virages et tenter de limiter leur déficit de puissance lors des lignes droites.
