Piping for Power : comment choisir les meilleurs en-têtes pour votre combinaison

La maximisation du débit d'échappement est un élément clé pour obtenir des performances optimales de tout moteur hautes performances. Qu'il s'agisse d'une muscle car d'usine de 400 chevaux à indice d'octane 93 ou d'un nitro brûlant Top Fueler, un ensemble de collecteurs correctement conçu créera un balayage optimal et permettra au moteur d'atteindre son potentiel.

Tout comme le réglage par induction, il existe une science pour le réglage des gaz d'échappement. La taille et la longueur du tuyau primaire, ainsi que la conception du collecteur (et le système d'échappement, le cas échéant), permettront aux gaz usés de s'écouler des culasses avec une restriction minimale et le moins d'effort de pompage du moteur.

Lorsque vous regardez les en-têtes, vous serez confronté à des options critiques. Les en-têtes que vous choisirez seront probablement déterminés par le type de moteur, l'espace physique sous le capot, le budget et, parfois, les restrictions de classe. Heureusement, il existe des dizaines de fabricants d'en-têtes qui vendent tout, des en-têtes boulonnés aux en-têtes entièrement personnalisés conçus et construits pour les besoins spécifiques de votre moteur et de votre châssis. De plus, vous devrez sélectionner un matériau d'en-tête et s'il faut ou non utiliser un revêtement.

"Lors du choix d'un en-tête de course optimal, les principaux éléments à prendre en compte incluent le type de moteur", a déclaré Vince Roman, propriétaire de Burns Stainless. "Nous demandons également, le moteur est-il en ligne ou de type V ? Et quelle est l'application ? Évidemment, nous parlons de moteurs de course d'accélération, mais plus important encore, quel régime utilisez-vous pour quitter la ligne et changer de vitesse, et quel régime le moteur atteindra-t-il lorsqu'il franchira la ligne d'arrivée ?"

Il a poursuivi: "La conception du collecteur d'échappement dépendra beaucoup de la bande de régime que le moteur utilisera. De plus, quelles améliorations recherchez-vous? Voulez-vous améliorer l'extrémité inférieure, avez-vous besoin de tourner plus de régime en haut? La bande de régime du moteur jouera un rôle important dans la détermination de la taille et de la longueur primaires des primaires d'échappement. Considérez également la culasse. Différentes culasses ont des conceptions de boulons de montage et des tailles d'orifice différentes. tube primaire ou orifice/échappement incompatibles."

Steven Zimmerman, de Stainless Header Mfg. Inc., a ajouté : « Quelques éléments à prendre en compte sont de savoir si quelque chose de standard fonctionnera vraiment au niveau nécessaire ou si un ensemble sur mesure serait mieux adapté pour correspondre à la configuration moteur unique de chaque coureur. Et les considérations de conception doivent tenir compte de la taille du tube principal, du type de matériau et du diamètre de fusion du collecteur.

Le dimensionnement correct des tubes primaires est un excellent point de départ. Obtenir ce droit créera la puissance maximale et la bande de puissance la plus utilisable. C'est là que le poids du véhicule, le type de transmission et l'engrenage entrent en jeu. Par exemple, un 350 Chevy dans un stockeur de levier de vitesse léger sera probablement lancé à un régime élevé, et le moteur ne verra jamais le côté bas de la bande de puissance. Dans ce cas, vous pouvez opter pour un collecteur plus grand qui fournit une puissance maximale au régime maximal sans vous soucier d'une perte de couple à bas régime. En revanche, le même moteur dans un stockeur automatique plus lourd, disons un break, peut nécessiter un primaire plus petit et même un X-pipe ajouté aux en-têtes pour augmenter le couple à bas régime.

"La taille primaire et le diamètre du collecteur dépendent largement du pouce cube du moteur, du nombre de cylindres, du régime maximal/du régime de fonctionnement, mais surtout des niveaux de puissance", a expliqué Zimmerman. "La puissance est le résultat direct du flux d'air à travers le moteur, et donc, plus le niveau de puissance est élevé, plus la demande de flux d'air est grande. Bien sûr, d'autres aspects modifieront considérablement le dimensionnement, en particulier les additionneurs de puissance, tels que les turbocompresseurs, les soufflantes ou le nitreux. jour, mais pour tout fabricant construisant un ensemble unique, le coût d'un logiciel peut ne pas en valoir la peine. C'est pourquoi nous offrons gratuitement des conseils techniques et de conception 40 heures par semaine à toute personne qui appelle, qu'elle achète chez nous ou non. Nous avons l'expérience et les informations nécessaires pour aider tout constructeur.

Nous avons également demandé : comment un coureur doit-il déterminer si des en-têtes d'étape sont nécessaires ? Zimmerman a poursuivi: "Les conceptions à collecteur étagé sont généralement réservées aux moteurs nitreux et à aspiration naturelle, bien que nous en voyions quelques-uns sur les configurations de soufflantes. Les collecteurs étagés offrent l'avantage d'une vitesse plus élevée des gaz d'échappement au niveau du cylindre grâce à un diamètre intérieur de tube plus petit, tout en permettant les avantages de capacités de débit plus élevées plus en aval sur le diamètre intérieur du tube plus grand. pour le fabricant, car il permet des joints coulissants et des soudures par recouvrement consécutives sur les tubes collecteurs, ce qui peut souvent conduire à des soudures plus faciles et à des joints plus solides sur les tubes collecteurs.Un autre effet bénéfique de la conception étagée est la propriété anti-retour des tubes.Avoir le pas dans les tubes créera un petit chevauchement et une différence de pression, garantissant que l'échappement continue de se déplacer vers l'aval et empêche le retour vers les orifices d'échappement.

"Cependant, cela étant dit, une conception à embase étagée n'est pas toujours bénéfique à 100 %. Il y aura toujours des coûts supplémentaires associés, et tout moteur qui fonctionne dans une bande de puissance étroite peut ne pas voir certains des avantages qu'un moteur à bande de puissance plus large peut voir. De plus, les tubes plus gros, par nature, occupent plus d'espace dans un compartiment moteur, ce qui peut être un cauchemar dans les applications compactes. , provoquant une augmentation du turbo lag.

"De plus, le choix entre un collecteur à deux ou trois étapes peut être en grande partie une question d'emballage ainsi que de performances. Pour vraiment voir un avantage de chaque étape individuelle, certaines longueurs seront nécessaires. Et si un constructeur n'a de la place que pour un tube collecteur de 20 pouces de long par exemple, une division 33/33/33 de la longueur du tube principal laissera chaque étape primaire moins de 7 pouces de long, ce qui peut ne pas s'avérer aussi avantageux qu'un système en deux étapes divisé 50/50, où chaque tube a 10 pouces de longueur Certes, ce sont toutes des variables très situationnelles et dépendantes du moteur, et il est préférable de discuter de certains de ces éléments lorsque plus d'informations sur le moteur sont disponibles, telles que les spécifications de came, les rapports alésage / course et les types de carburant sont souvent des facteurs également nécessaires.

Mark Emerson, de Hooker Headers, a ajouté : « La meilleure façon de déterminer la taille optimale du tube primaire et du collecteur est de noter ce que cette combinaison spécifique préfère. Ce n'est pas toujours le plus rentable, donc des outils comme le logiciel Pipemax permettent aux utilisateurs de saisir leurs informations spécifiques pour recevoir des recommandations sur les meilleures tailles pour leur configuration. Et comme nous le savons, rien de tel qu'un bon test de piste consécutif.

Roman a suggéré aux coureurs : "Venez sur le site Web de Burns Stainless et remplissez le formulaire de spécifications du moteur de course. Burns aidera les coureurs à sélectionner la taille et la longueur primaires des en-têtes après avoir déterminé l'alésage, la course, le taux de compression, la taille des soupapes d'admission et d'échappement, la conception de l'arbre à cames et la plage de régime de fonctionnement du moteur. La plage de régime moteur est le facteur le plus important pour déterminer la longueur primaire, tandis que le déplacement et la puissance sont importants pour déterminer le diamètre du tube primaire.

"En outre, la taille et la conception du collecteur de fusion sont déterminées en fonction de l'application, de la puissance de sortie et de la plage de régime de fonctionnement. En règle générale, les applications de course de dragsters sans silencieux bénéficient de l'utilisation d'un collecteur à mégaphone à cône inversé. Le dimensionnement de la sortie du collecteur [ou gorge] et les diamètres de sortie sont calculés par application. dimensionnement du collecteur et taille de l'orifice d'échappement. Un moteur de course moderne bien développé voudra normalement une conception en trois étapes. Les moteurs à faible rendement voudront des conceptions en deux étapes, ou peut-être en une seule étape.

Restant sur le thème de la conception, nous avons demandé, à quel point est-il important d'avoir des tubes primaires de longueur égale ? Emerson a déclaré: "Plus les tubes primaires sont longs, mieux vous pouvez chronométrer le point auquel ils entrent dans le collecteur pour maintenir l'effet de balayage maximal pour l'impulsion suivante traversant le collecteur."

"C'est un sujet très controversé dans l'industrie de l'en-tête", a ajouté Zimmerman. Cependant, cela ne signifie pas qu'ils seront toujours bénéfiques. Les collecteurs de longueur égale semblent avoir le plus grand effet dans les moteurs N/A [à aspiration naturelle] à régime plus élevé et les moteurs turbocompressés sensibles au régime. Certaines constructions peuvent bénéficier si légèrement de la longueur égale que cela ne vaut pas le coût du temps du fabricant ou le sacrifice dans l'espace du compartiment moteur pour les gains minimes. D'après notre expérience, la conception et la construction d'en-tête fonctionnent dans une hiérarchie d'importance commençant par la taille du tube primaire, suivie par la taille de fusion du collecteur, la nécessité d'en-têtes étagés ou de taille de tube unique, puis enfin suivie avec des tubes de longueur égale. ne vivrait ou ne mourrait pas selon ce dessein. C'est en grande partie une solution dépendante du moteur et ce n'est certainement pas le facteur le plus important dans la conception ou la création d'un en-tête personnalisé."

Poursuivant, Zimmerman a déclaré: "La taille du tube principal, la taille étagée [si la construction d'un collecteur étagé] et la taille du collecteur sont des facteurs de priorité plus élevés que la longueur primaire. Mais, en supposant que vous ayez composé ces autres facteurs, la longueur du tube serait certainement la prochaine meilleure variable. les exigences de longueur d'en-tête varient considérablement par rapport au même petit bloc utilisé dans une voiture de course d'endurance. Il existe plusieurs excellents programmes qui peuvent donner d'excellentes estimations de la longueur du tuyau primaire en fonction de divers paramètres du moteur et de l'arbre à cames. Bien sûr, le véritable test sera toujours un réglage dynamique et une course d'un quart de mile. Noter les changements dans votre 60 pieds, vitesse de pointe et et sont les plus importants. En règle générale [N/A, plus spécifiquement], les en-têtes de tube plus courts sont meilleurs pour les applications à haut régime, tandis s sont généralement meilleurs pour les nombres de couple inférieurs. Les systèmes turbo, d'autre part, bénéficient généralement d'une longueur de tube plus courte, car cela diminue le temps de bobine et augmente la vitesse d'échappement par rapport à un tube collecteur plus long du même diamètre.

"Cependant, parfois, le dimensionnement des tubes peut être plus indirect qu'un constructeur ne le pense initialement. Généralement, le dimensionnement des tubes est basé sur la puissance, qui est le résultat direct du débit d'air déterminé par le régime et l'efficacité volumétrique du moteur [VE]. Alors oui, le régime aura un effet sur la meilleure taille de tube à utiliser. ouverture/fermeture des soupapes à un taux plus élevé que les systèmes à régime inférieur.Comme ces impulsions se répercutent dans le système d'échappement, elles peuvent commencer à interférer, provoquant des turbulences dans les tubes plus l'échappement est contenu longtemps avant de sortir dans l'atmosphère.

"C'est également le raisonnement exact que les moteurs à bas régime fonctionnent bien avec des tubes primaires plus longs. Le taux d'impulsions d'échappement plus faible signifie que l'échappement a besoin de plus de longueur pour réduire l'amplitude des impulsions et aider à réduire la quantité de mouvement de fluide radicalement turbulent dans le système gaz d'échappement et peut utiliser davantage les forces de combustion pour produire une puissance plus efficace. »

Collectionneurs

Comme vous pouvez l'imaginer, il n'y a pas de "meilleur" style/type de collecteur d'en-tête. "Théoriquement, les V-8 répondront généralement mieux aux conceptions Tri-Y bien optimisées", a déclaré Roman. "Cependant, les conceptions Tri-Y doivent être optimisées pour le type de conception de course et de moteur et nécessitent souvent des tests et une optimisation considérables, tandis que les conceptions quatre-en-un avec des collecteurs de fusion peuvent être configurées de manière optimale à l'aide de X-Design et donnent normalement les meilleurs résultats prêts à l'emploi."

Zimmerman a ajouté: "Chaque application de moteur aura son propre" meilleur "style de collecteur. Les applications N / A, par exemple, bénéficieront grandement d'un véritable collecteur de fusion, où il y a une fusion, disons, de 3,5 pouces et une expansion conique vers un collecteur de 4 ou 4,5 pouces. Ce "pincement" au point de fusion agit comme un venturi, créant une zone de basse pression à l'intérieur du collecteur. , cela améliore grandement le balayage des cylindres.

Emerson a ajouté : « Le type de collecteur que vous sélectionnez dépend de la combinaison, mais nous préférons le collecteur de style fusion quatre-en-un avec l'ajout d'une lance de fusion. Le collecteur « de style quatre en un » permet un collecteur global plus court si nécessaire, et la lance de fusion aide à adoucir la transition de l'impulsion d'échappement entrant dans le collecteur pour maintenir la vitesse d'impulsion.

Matériau d'en-tête et revêtements

Il existe quelques matériaux différents couramment utilisés lors de la construction des en-têtes, et ils peuvent affecter les performances et la durabilité. En termes simples, c'est un domaine où vous obtenez certainement ce que vous payez.

"Les matériaux les plus couramment utilisés dans les en-têtes de course sont l'acier doux et l'acier inoxydable", a déclaré Roman. "L'inconel et le titane sont également utilisés, bien que nous ne recommandions pas le titane pour la plupart des applications de courses de dragsters automobiles. L'acier doux est l'option la moins chère et la plus facilement disponible. L'inconvénient de l'acier doux est la corrosion. Cela limite non seulement la longévité d'un collecteur, mais pour les moteurs extrêmes avec de grandes cames à chevauchement, des particules d'oxyde de fer provenant des collecteurs rouillés peuvent être ingérées dans le cylindre pendant les périodes de réversion, causant des dommages aux parois du cylindre et à l'anneau. La corrosion peut être minimisée à l'aide de revêtements en céramique. Nous recommandons de revêtir l'intérieur et l'extérieur d'un échappement en-tête.

"Il existe trois aciers inoxydables couramment utilisés dans les collecteurs. Parmi eux, le 409 est l'alliage inoxydable le moins cher. C'est un alliage ferritique contenant du chrome et du nickel, mais avec une teneur en fer relativement élevée, ce qui le rend sensible à la rouille. L'acier inoxydable a une excellente soudabilité et formabilité, ce qui en fait un excellent choix pour les collecteurs d'échappement. Un moyen facile de faire la différence entre 409 et 304, ou d'autres aciers inoxydables austénitiques, est avec un aimant. Un aimant ne collera pas au 304.

"Le prochain alliage inoxydable couramment utilisé dans les gaz d'échappement est l'acier inoxydable 321. Il s'agit essentiellement de 304 qui est stabilisé avec de petites quantités de titane ou de niobium, offrant une meilleure résistance à des températures plus élevées. Burns Stainless recommande d'utiliser 321SS lorsque les températures d'échappement dépassent 1 400 degrés Fahrenheit, ce qui peut facilement être atteint dans de nombreuses applications turbocompressées. De plus, le 321 peut être un bon choix pour les collecteurs à paroi mince afin de fournir une marge de sécurité supplémentaire."

Il a poursuivi : "Le meilleur matériau pour les collecteurs de course sont les alliages Inconel. Ces alliages à haute teneur en nickel/chrome sont utilisés dans les courses de Formule 1 depuis des décennies. L'alliage le plus courant est le 625, qui possède d'excellentes propriétés à haute température et est recommandé pour les gaz d'échappement, qui connaîtront des températures de gaz d'échappement supérieures à 1 800 degrés Fahrenheit."

En plus du matériel, chaque coureur devrait envisager un revêtement de tête. Selon Roman, "les revêtements de collecteur en céramique ont deux objectifs principaux : ils conservent l'énergie d'échappement dans le tube d'échappement, aidant à nettoyer la chambre de combustion, et ils aident à gérer la chaleur sous le capot, protégeant l'électronique et d'autres composants sensibles."

Brûle l'inox949.631.5120Burnsstainless.comEn-têtes de talonneur1.866.464.6553Holley.com/brands/hookerEn-têtes de citrons805.239.8998Lemonsheaders.comCollecteurs et échappement Pro Fabrication704.795.7563Profabrication.comEn-têtes en acier inoxydable Mfg. Inc.800.290.3920Stainlessheaders.comPerformances de l'assistance technique480.922.6807Taperformance.com