The Drink Team … et saucisson

L'association de plusieurs passionnés permet de surmonter les difficultés inhérentes à la restauration de voitures anciennes

 

L’échappement « macaroni » du Spécial Drink Team … encore en stéréo! (mise à jour le 23 Décembre 2013)

Avec son arbre à cames à grandes levées, ses grosses soupapes et son admission avec un débit à faire pâlir un banquier, il fallait que la chaine du circuit des gaz de ce moteur soit homogène et que notre collecteur d’échappement ne constitue pas le maillon faible du système. Il existe dans le commerce plusieurs type de collecteur d’échappement pour Berlinette, mais aucun ne me convenait car les tubes utilisés étaient de section trop faible et de trop grande longueur pour notre configuration. Quelques fabricants plus ou moins spécialisés proposent des versions de collecteurs dites sur mesures qui sont très chères et sans garantie de résultats. C’était pas non plus une piste séduisante. J’avais donc envisagé d’en fabriquer un moi même; au moins s’il ne marchait pas comme escompté, je saurais à qui m’en prendre. Je n’avais pas de logiciel de calcul pour déterminer précisément les sections et volumes de chaque élément constitutif, mais pour partir sur une bonne base, j’avais observé quelques collecteurs des moteurs sportifs modernes entre 1800 et 2000cc qui marchaient fort et parallèlement pris contact aux Etats Unis auprès d’un fournisseur spécialisé dans le domaine pour connaitre le diamètre des tubes utilisés, les longueurs de branche et la disposition des points de convergence de chaque tronçon. Voyons maintenant comment passer de l’idée du départ à la réalisation.

L'échappement

Exemple de réalisation d’un collecteur d’échappement moderne monté sur un moteur Mercédès 2,5 L de DTM (photo source Passion 190 – Hokeinheim045) et qui m’a servi d’inspiration. On notera les gros tubes courts favorisant les hauts régimes et les lignes séparées en double Y.

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Autre exemple de réalisation d’un collecteur d’un échappement sur moteur M12 BMW de 2L de cylindrée (Photo source Auto Diva). Dans ces deux exemples,  on remarque le diamètre relativement important des tubes primaires des collecteurs d’échappement (diamètre intérieur de 2″ soit 50,8mm  pour le 2,5L et de 48mm pour le 2L). Il est généralement admis que le diamètre du tube à retenir dépend bien sur de la cylindrée unitaire, mais également de l’angle de croisement des soupapes.  Pour notre 1860, j’ai retenu des valeurs plus modestes que celles des moteurs diaboliques cités en exemple: 41 puis 44mm sur les tubes primaires et 57mm en sortie des Y.

La construction d’une nouvelle ligne d’échappement en partant de rien est toujours un grand moment de solitude car on ne sait pas trop par où commencer. Une chose était certaine, je souhaitais réaliser quelque chose d’original, à l’avenant du reste du moteur, mais il fallait rester pragmatique. Selon la solution retenue, des chevaux pouvaient ici se perdre ou se gagner. Coté silencieux, il fallait aussi faire un effort pour essayer d’être sous la barre des 90dB.

Ouvrons ici une parenthèse pour signaler que les contrôles de niveaux sonores des véhicules de compétition sont de plus en plus draconiens et que la plupart des circuits français exigent d’être en dessous la barre des 95dB; alors qu’il y a seulement quelques années, on tolérait 100dB. Les mouvements écologistes étant de plus en plus nombreux et organisés, nos dirigeants politiques toujours en quête de voix électorales, s’empressent de nous imposer des mesures contraignantes – qui à eux ne leurs coutent rien – pour caresser les écolos dans le sens du poil. Après avoir accepté de lâcher des loups et des ours en liberté « pour équilibrer la nature », on peut s’attendre à pire car comme disait Michel Audiard dans un de ses célèbres dialogues: « Les cons ça ose tout. C’est même à ça qu’on les reconnait »  Fin de la parenthèse.

Passionné de moteurs de moto, il est notoirement connu que certains silencieux pourtant plus bruyants que les pots d’origine sont malgré tout moins performants. Pire, les moteurs modernes étaient souvent plus puissants avec leurs silencieux que sans! Ce constat était édifiant sur la qualité des études de conception de ces « accessoires périphériques » du moteur et je venais de trouver un des éléments d’originalité que je cherchais: Le moteur du Drink Team, tout comme une moto, serait équipé d’une ligne d’échappement double avec deux pots prélevés sur une grosse cylindrée. Une 1300cc Suzuki tournant à 11000 tr/mn doit évacuer au moins autant de gaz brulés que notre 1860cc tournant à 8000 tr/mn et ses silencieux devraient donc nous convenir. Pour retenir cette solution, il fallait trouver la place pour loger les deux grosses marmites d’Hayabusa … et ensuite les connecter proprement! Le secret de l’efficacité d’un silencieux passe par un volume important pour détendre convenablement les gaz. La place sera juste mais on devrait la trouver en montant les gros silencieux cote à cote, parallèlement sur le coté droit au bas du carter d’huile. Pour les raccorder, il faudra trouver une solution élégante avec des courbes aussi larges que possible, disposées de telle sorte que l’ensemble reste facilement démontable tout en se logeant dans un espace réduit et en respectant les longueurs de tube requises. Ca faisait beaucoup de contraintes! A défaut d’avoir des plans, j’avais en tout cas un point de départ pour chaque tube et deux points d’arrivée sur les silencieux. Selon mes informations collectées (c’est le cas de le dire), les tubes en sortie de la culasse d’un gros 1800 devraient avoir un diamètre de 1″3/4 sur environ 40 cm puis passer ensuite en 1″7/8 sur 20 cm avant de converger vers un Y qui aurait une sortie de 2’1/4 pour aller vers le silencieux. La première ligne collecterai les cylindres 1 et 4 et la seconde les cylindres 2 et 3. C’est la disposition la plus commune qui respecte l’ordre d’allumage permettant ainsi des pulsations régulières. En utilisant une épaisseur de tube d’environ 1,6 mm (16G selon le standard US) le diamètre interne du tube de 1″7/8 correspond exactement au diamètre externe du 1″3/4 ce qui fait que la transition se fait par simple emboitement. Cette disposition donne une meilleure tenue mécanique qu’une simple soudure bord à bord et facilite la mise en place et l’ajustage des tubes à la fabrication. De plus, les soudures bord à bord font des rugosités internes quasiment impossible à ébarber qui ne facilitent pas l’écoulement des gaz, alors qu’une soudure sur un tube emboité laisse une surface interne beaucoup plus propre.

Comme je souhaitais réaliser cette ligne double en inox, il fallait avant d’acheter tous les éléments constitutifs (coudes, tubes, raccords et brides) faire un prototype en tube d’acier ordinaire pour raison économique, afin de définir précisément l’inventaire de nos besoins. Les éléments de tuyauterie en inox ne sont pas bon marché et même en commandant uniquement les justes quantités requises, la note est toujours salée! Les coudes sont naturellement disponibles en plusieurs diamètres et valeurs angulaires (de 15 à 180°) mais aussi avec différents rayons de courbure. J’avais esquissé sur des bouts de papier le parcours possible de chaque tube avec les diamètres requis en essayant de loger le tout dans un espace restreint mais sans aucune cote. Ce n’était pas encore suffisant pour commander quoi que ce soit  mais je commençais à avoir un plan d’action et il était temps de se mettre à l’ouvrage.

Quand on part de rien pour faire un collecteur, il faut faire comme nos ancêtres quand ils construisaient une maison: les vieux monuments détruits servaient de réservoir de matière première et le recyclage des matériaux était déjà à la mode! Pour réaliser mon prototype, j’avais justement sous la main une ruine de collecteur provenant d’un V8 dont les diamètres de tube et les différents rayons de courbure me seraient d’une aide certaine pour faire mes fondations.

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La première opération a été de débiter un vieux collecteur de moteur V8 (ici c’est le banc de gauche) …

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pour constituer une banque de coude de différents rayons

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Les tubes sont ensuite sélectionnés selon l’esquisse de base puis grossièrement soudés sur une plaque d’acier préalablement découpée en suivant un joint d’échappement pour déterminer l’emplacement des tubes

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Après deux jours passés à scier à meuler et à souder,  notre collecteur prototype a enfin pris forme.

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Les bouts de papiers adhésifs sont là pour cacher mes horribles soudures faites pour tenter de recoller les morceaux. Les sorties des Y seront connectées sur les deux silencieux mais on voit déjà que d’une part  l’angle d’inclinaison n’est pas suffisant (je dois rajouter une dizaine de degrés) et que d’autre part, les Y descendent trop bas (il faut que je les remonte respectivement de 3 et 7 cm).

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Enfin, l’ensemble déborde trop sur le coté et devra être un peu plus compact dans sa version définitive. Néanmoins, ce prototype va déjà me permettre de commander les quantités de coudes requis avec les rayons de courbure idoines qui permettront de corriger le tracé initiale.

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L’angle d’inclinaison et la hauteur du Y des cylindres 1 et 4 ont  ici été modifiés. On voit qu’il reste suffisamment de place derrière pour resserrer le Y des cylindres 2 et 3.  J’attends de recevoir les gros coudes en 2″1/4 pour vérifier la hauteur et l’alignement du premier Y avant de valider cette nouvelle disposition.

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Fabrication d’une petite platine dans une tôle de fortal munie d’une colonnette pour l’adaptation des futurs silencieux de moto.

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Les gros coudes en inox sont arrivés et vont me permettre de corriger mon premier brouillon. Il est toujours plus facile de partir du (ou des) silencieux comme point de départ pour remonter ensuite vers la culasse avec des tubes de plus faibles diamètres. Je vais maintenant pouvoir faire le complément de l’inventaire des coudes nécessaires pour commencer les travaux. Ne sachant pas souder (même si j’avais le bon matériel), les opérations de soudure des tubes en inox seront en principe réalisés par Michel Camus (ce sera selon sa disponibilité). 

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 » La place sera juste, mais on devrait la trouver en montant les deux gros silencieux cote à cote … »

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Pour consolider la platine support des silencieux d’échappement, j’ai ajouté un hauban fait avec un tube d’inox écrasé à chaque extrémité. Ca fait un peu style poteau SNCF support de caténaire mais c’est efficace.

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« J’avais en tout cas un point de départ pour chaque tube et deux points d’arrivée … »

  Les deux gros coudes reliant les silencieux sont maintenant coupés à la bonne longueur et les Y sont emboités. Déjà on commence à deviner plus facilement le parcourt des tubes qui partiront de la culasse

A  part mes croquis à main levée pour essayer de définir l’organisation des tubes entre la sortie de la culasse et les silencieux, il me fallait faire un plan plus sérieux de la bride qui serait fixée sur la culasse. Ce plan me permettra de la faire découper au laser car une tôle inox de forte épaisseur c’est une vraie galère à chignoler soi même. D’origine, la sortie des conduits d’échappement de la culasse a curieusement une forme oblongue type boutonnière. Pour tenter d’améliorer la section de passage qui à cet endroit offre une section étranglée, j’avais élargi les conduits vers le haut pour leur donner une forme elliptique. La bride devrait donc elle aussi être percée en épousant la forme de la sortie des conduits. Avec des tubes primaires d’un diamètre externe de 1″3/4, il fallait que le périmètre de mon ellipse ait la même valeur que le périmètre de mes tubes pour avoir une transition et un ajustage harmonieux. Il suffisait ensuite d’écraser l’extrémité de mes tubes cylindrique sur ce modèle pour qu’elle s’emboite exactement dans le trou elliptique de la bride. Passé la difficulté de calculer le périmètre d’une ellipse (oublions les intégrales elliptiques de Legendre pour utiliser la formule approchée) j’en arrive à la conclusion que la bride du collecteur d’échappement devrait comporter des trous de 52 mm de large et de 34 mm de haut. Pour faciliter la mise en forme de l’extrémité de chaque tube qui devrait s’emboiter précisément dans la bride, j’ai fabriqué une matrice formée de deux demies coquilles avec un guidage latéral et le test à la presse s’est révélé satisfaisant. Entre temps, je suis passé voir Michel Camus pour qu’il me soude les brides que j’avais fabriquées pour fixer les silencieux ainsi que le bouchon fileté de la sonde lambda juste en aval d’un Y.

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Fabrication d’une matrice pour écraser l’extrémité des tubes qui s’encastreront dans la bride. On commence par faire les trous au tour dans un morceau de dural. Après avoir usiné l’ouverture elliptique aux dimensions voulues, on perce deux trous latéraux pour prévoir le montage des guides de centrage et on coupe au milieu. Ensuite, direction la presse pour essayer l’outil.

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En attendant la bride en inox qui se fixera sur la culasse et que Michel Camus va faire découper au laser, je commence à couper quelques morceaux de tube en commençant par le cylindre N°4 …

Finalement, la disposition initialement prévue sur la première maquette de collecteur ne sera pas suivie car en resserrant les tubes vers l’intérieur et en augmentant leur diamètre, les coudes des cylindres N°2 et 3 devenus trop serrés ne passaient plus. Les conduits des cylindres 3 et 4  sont coupés et en attente de soudage. Comme dirait Dreyfus: avec des gros tubes courts, ça fait plus collecteur macaroni que spaghetti!

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La cote d’encombrement latéral ne dépassera pas 240 mm (250 mm de disponible dans le compartiment moteur).

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 Michel Camus ici à l’ouvrage est en train de remplacer mes bouts de papiers collants  par quelques points de soudure. Cette première approche permettra de réaliser un assemblage provisoire mais rigide de l’ensemble des branches du collecteur avant de réaliser les soudures définitives.

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  Un vieux bloc avec notre première culasse martyre nous sert ici de mannequin pour pouvoir couper et fixer les branches entre la bride sur la culasse et les silencieux. On peut maintenant se faire une bonne idée de ce que sera notre futur collecteur « spécial Drink Team »

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Pour vérifier la longueur de chaque tube primaire, j’utilise une gaine boa coupée à la longueur requise que j’enfile par dessus les tubes plus ou moins coudés. C’est beaucoup plus pratique que de mesurer ou de calculer la chose et ça donne une approximation suffisante.

Ca y est, Michel Camus vient de recevoir la bride de notre collecteur d’échappement qui a été découpée au laser par son fournisseur et la balle est maintenant de nouveau dans notre camp.  C’est le moment de vérifier le bon fonctionnement de notre matrice à ovaliser les extrémités de tubes. En voulant fixer la nouvelle bride en inox sur notre vieille culasse, je m’aperçois que je me suis fourvoyé dans la cote des 2 trous de fixation en extrémité: il ne sont pas dans le même alignement que ceux du centre (décalage de 1,5 mm) et mon plan était erroné. J’ai du rattraper  le coup à la lime et la tôle de 8mm en inox c’est dur; ça m’apprendra à relever les cotes approximativement sur un vieux joint. Pour l’ajustage des extrémités de tube elliptique dans la bride, malgré le bon fonctionnement de notre matrice qui écrase le tube au bon format, le moindre écart angulaire sur l’orientation du grand axe de l’ellipse se traduit par une séance de reprise à la lime pour orienter correctement l’emboitement du tube dans la platine. Un petit degré d’écart en défaut d’orientation de l’ellipse est sanctionné par un désalignement  d’1 cm à l’autre extrémité du tube … et c’est pas facile à rattraper.

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Ecrasement des extrémités de tube coté culasse à la presse (avec la matrice qui va bien) pour transformer la section circulaire en section elliptique. C’est là qu’il faut bien positionner le tube pour avoir l’axe de l’ellipse en correspondance avec la bride

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La bride a été installée sur une vieille culasse. A force de limer et de marteler, les tubes finissent tout de même par s’emboiter correctement dans la bride ET dans le Y

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Bon, c’est presque terminé.  Je pensais que cette opération aurait été plus rapide, mais consolons nous: le moteur du Drink Team n’est pas un V12!

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Cette « vue en coupe » nous montre les parties du conduit d’échappement dans la culasse (zones noircies au marqueur) qu’il nous faut reprendre. On le répète, sur cette culasse le toit n’est pas très épais et on risque facilement d’avoir  des « gouttières » en grattant le plafond trop loin.

Et bien la dernière étape de la construction de notre collecteur « spécial Drink Team » vient d’être parcourue. Michel Camus a terminé les opérations de soudure et le résultat final du point de vue statique dépasse mes espérances. Reste à voir maintenant si en dynamique le ramage de la bête sera en rapport avec son plumage? Pour les curieux de la réponse (j’en fait parti), rendez vous à la future page de « L’examen du banc d’essais ».

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L’ensemble a été soudé assemblé sur un moteur mannequin qui nous a servi de gabarit. Cette procédure nous a garanti le respect de la position initiale de chaque élément, même si de temps en temps, l’accessibilité difficile obligeait Michel Camus à  prendre des positions acrobatiques pour pouvoir souder. Sans point fixe, la moindre dilatation ou un petit rétreint du métal se traduit immanquablement à l’extrémité du tube  par un écart de plusieurs millimètres qui si on les cumule, finissent forcément par compliquer les choses.

Pour donner quelques chiffres complémentaires, le poids de ce collecteur complet (sans les silencieux) est de 6,6kg et le poids de chaque silencieux est d’environ 4 kg. Enfin, pour savoir si des silencieux d’une moto de 1300cm3 conviendront à la fois pour le volume des gaz à évacuer et le niveau sonore (qui devrait être autour de 86dB), on rappellera que les papillons qui remplacent provisoirement la guillotine Renault Sport proviennent de la même moto. On peut donc dire que la porte d’entrée et la porte de sortie sur la culasse du Drink Team sont naturellement prévues l’une pour l’autre!

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Avec une grosse baguette d’inox (diamètre 2,4 mm), j’ai plié des attaches pour pouvoir maintenir les tubes simplement emboitées dans les Y par des ressorts de pot de moto. Reste bien sur à les souder.

Image de prévisualisation YouTube

Ce mini lien vidéo permet d’apprécier plus précisément les formes et les volumes de ce collecteur maison. En dépit de sont titre anglicanisé pour le fun et son étude d’inspiration américano-germanique avec des silencieux nippons, c’est un pur produit  de conception française!

 

 

 

         

Dans :
Par nanard289
Le 16 août, 2013
A 0:20
Commentaires : 2
 

2 Commentaires

  1.  
    SERGE
    SERGE écrit:

    je souhaite réaliser un collecteur d’amission pour une mercédes classe c 180 de 2001 est que possible

    •  
      nanard289
      nanard289 écrit:

      Bonjour,
      Dans le domaine de la mécanique, toutes les solutions simples sont possibles et ne sont limitées que par un manque de volonté … ou de moyens. La fabrication d’un collecteur d’admission n’échappe pas à cette règle et de nombreux exemples de réalisation sont là pour en témoigner.

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