Pourquoi trois sorties d’échappement sur la Ferrari F40 ?

Vous avez entendu sa douce sonorité il y a quelques jours sur EngineWorld. Vous vous êtes également peut-être déjà demandé pourquoi la F40 était équipée de trois sorties d’échappement ? Pour le style, pour l’acoustique, … ?

Comme vous le savez sans doute, la Ferrari F40 est équipée d’un V8 turbocompressé,

Un rappel rapide sur les turbocompresseurs : 

L’objectif d’un turbocompresseur est de suralimenter le moteur. Comme son nom l’indique, la suralimentation a pour objectif d’introduire une masse d’air supérieure à la valeur que le moteur admettrait naturellement.

– Les gaz d’échappement sont récupérés par le collecteur d’échappement (dans le cas du schéma on collecte les gaz de 4 cylindres)

– Les gaz se détendent (chute de pression et de température) à travers une turbine et sont ensuite évacués en direction de la sortie d’échappement

– La turbine entraîne le compresseur

– Par son mouvement, le compresseur comprime l’air qui est admis par le cylindre

Remarque : lorsque l’air est comprimé, sa température augmente et le volume qu’il occupe augmente également. Etant donné que l’objectif est d’introduire la masse d’air la plus importante possible dans le cylindre, on utilise un échangeur (le plus souvent air/air) qui a pour objectif de refroidir l’air. Par l’ensemble turbocompresseur / échangeur, on augmente la masse volumique de l’air introduit dans le cylindre.

La F40 est équipée de deux turbocompresseurs, un pour chaque rangée de 4 cylindres.

Admirez le monstre

En vert le turbocompresseur / En jaune l’échangeur air-air. Imaginez la même chose de l’autre côté.

Le cheminement des gaz d’échappement en orange / de l’air en bleu

On a donc deux turbos, ce qui devrait nous faire deux sorties d’échappement. Mais d’où vient la troisième ?

Il s’agit des gaz qui passent à travers les waste-gate des deux turbocompresseurs.

Qu’est ce qu’une waste-gate ?

On l’a vu précédemment, le turbocompresseur utilise l’énergie contenue dans les gaz d’échappement pour comprimer l’air. Plusieurs contraintes apparaissent alors :

– le turbocompresseur a un régime de rotation très élevé (jusqu’à 300 000 tr/min pour certains) et ne peut pas dépasser une certaine valeur pour des questions de résistance mécanique.

– le moteur est lui aussi dimensionné (matériau, épaisseur de matière, soupapes, piston, …) pour résister à une certaine pression et température. Ces deux valeurs thermodynamiques résultent directement de la combustion, de la masse de carburant brûlée et donc de la masse d’air introduite dans le cylindre. On doit donc avoir la possibilité de limiter cette valeur.

C’est le rôle de la waste-gate : par l’intermédiaire de cette vanne, on vient dévier une partie des gaz d’échappement et on limite ainsi la proportion des gaz d’échappement qui passe par le turbocompresseur :

– plus on l’ouvre, moins les  gaz d’échappement passent par la turbine

– si on la ferme entièrement, tous les gaz d’échappement passent par la turbine.

En rouge, le cheminement des gaz d’échappement lorsque la waste-gate est ouverte

Cette waste-gate n’est pas extraordinaire puisqu’on la retrouve dans la quasi-totalité des turbocompresseurs des moteurs Essence. A la différence près qu’on parle de waste-gate interne puisqu’intégrée au turbocompresseur comme la photo ci-dessous :

Waste-gate interne (à droite) sur un moteur récent

 Dans ce cas, le flux des gaz d’échappement est uniquement dévié de la turbine mais sort par le même tube d’échappement que les gaz qui sont passés à travers la turbine.

Quelques illustrations :

F40 « stock »

Les trois sorties : deux qui proviennent des turbos en haut, celle du bas qui provient des waste-gates

Silencieux de la F40 « stock »

Tubes (je ne parlerai pas ici de silencieux) de la version LM

Voilà pour aujourd’hui !

Crédits photos : wikipedia.fr, motorlegend.com, philippe.boursin.perso.sfr.fr, teamspeed.com

 

 

12 Comments

  • Thomas

    Bonsoir Benoît,
    C’est avec plaisir que j’ai lu ton article. Il est super bien expliqué, tout juste ce qu’il faut de technique pour le néophyte… C’est d’autant plus appréciable que c’est un domaine que j’apprends à connaître chaque jour un peu plus (j’attaque une spécialisation en ingénierie automobile :)). Donc j’essaie d’en apprendre chaque jour un peu plus… Et ton blog est très prometteur, il a une place de choix dans mes marque page. Je suivrai son évolution de très très près… !

    • Merci pour la visite et le commentaire !
      Bonne chance dans tes études, n’hésite pas si tu as des questions (je suis aussi passé par là 😉 )

  • remino2003

    Salut!! Félicitations pour ton blog, que je découvre grace au blogauto!
    Une question concernant ton article, est ce que le meme raisonnement s’applique à la 458 Italia??
    Il ne me semble pas que ce soit une bi turbo (à vérifier)?

    • Merci !
      Ce n’est pas le même raisonnement pour la 458 car comme tu le dis, son moteur est un V8 atmosphérique et non turbo. Je m’étais un peu renseigné sur le sujet et deux possibilités :
      – soit une sorte de clin d’oeil à la F40
      – soit une version qui me convient mieux : ce serait pour grapiller quelques kilos. En fait sur les Ferrari V8 on a 4 sorties d’échappements : les deux les plus à l’extérieur qui passent par un silencieux et les deux les plus à l’intérieur qui ne passent pas un silencieux et qui permettent donc au moteur de mieux « respirer ». En fonction du régime et de la charge du moteur, des vannes permettent de laisser passer plus ou moins les gaz par la partie sans silencieux, ce qui a bien sûr une influence énorme sur le bruit ! L’idée sur la 458 serait donc, de relier les deux tubes d’échappement « sans silencieux » en un et ainsi d’obtenir 3 sorties au lieu de 4 pour gagner un peu de poids..

  • remino2003

    http://www.ferrarista.fr/forum-ferrari/index.php?topic=467.0

    Ce ne sont pas les échappements d’origine mais ça étaie ta théorie! Seul les 2 sorties aux extrémités laissent apparaitre des flammes, dc la sortie du milieu correspond a autre chose.
    Mais si tu regardes + loin dans la vidéo, on dirait que la 3ieme sortie (celle du milieu) vient kan meme des 2 collecteurs d’echappement mais en dessous des autres…
    Je vois pas trop l’utilité derriere mon pc!

    • Ca crache bien des flammes oui 🙂
      En fait, c’est au niveau du silencieux que tout se joue. On peut avoir l’impression que les tubes sortent du même endroit mais il faudrait pouvoir voir ce qu’il y a à l’intérieur, et là on a une différence. Je vais essayer de faire un petit article pour parler du cas de la 458, ça pourrait intéresser du monde !

  • remino2003

    oki merci!!!

  • alex

    j’ai trouvé tes explication très claire mais je me pose quand même une question est ce que le nombre de pots d’échappements change quelque chose? ,par exemple pourquoi n’ont t-ils pas fait rejoindre les gaz d’échappements des deux turbocompresseurs? ,est ce que ça joue uniquement sur la sonorité?
    et j’aurai aussi voulu savoir a quoi amène la spécialisation ingénierie automobile?

    • Il peut y avoir beaucoup de paramètres qui rentrent en compte : les tubes doivent être d’un certain diamètre pour ne pas créer une perte de charge (ou un bouchon) trop important. Si les deux tubes d’échappement se rejoignent, le tube qui en résulte doit être plus gros. C’est possible et ça existe sur d’autres moteurs mais après il peut y avoir d’autres contraintes : la taille du silencieux qui varie en fonction du diamètre des tubes, la présence des catalyseurs, l’acoustique (je parle ici des ondes qui peuvent avoir une influence sur le fonctionnement du moteur), la sonorité comme tu dis. Je ne sais pas exactement ce qui a guidé le choix pour la F40. Il y a aussi une partie esthétique..

      Pour ta deuxième question, tu veux parler des métiers possibles ? N’hésite pas à m’envoyer un mail à l’adresse que tu trouveras en bas de la page dans « me contacter », je te répondrai avec plaisir !

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