The Drink Team … et saucisson

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

 

V8 Ford RDI – Remontage du bas moteur (mise à jour le 2 Septembre 2015)

De retour de chez Rectification 2000 ou le bloc avait été réalésé à 106 mm pour pouvoir recevoir ses nouveaux pistons, ma première tâche a été de souffler toutes les canalisations internes du bloc. On profite de cette opération pour vérifier la présence des différents diaphragmes (qu’il faut dévisser pour souffler efficacement) qui sont vissés à l’entré de la plupart des galeries d’huile pour calibrer précisément les débits et éviter ainsi les circuits préférentiels. On va également visiter le « cimetière » où sont enterrés les débris de ressorts de soupapes et autres aiguilles de culbuteurs éprises de liberté. Cette fosse de décantation est spécifique à quelques moteurs Ford racing et sert à piéger les particules métalliques échappées des culasses pour protéger les dents de l’étage dédié à la culasse de la pompe à huile de retour. J’ouvre une petite parenthèse pour signaler qu’on peut aisément identifier extérieurement un bloc moteur conçu pour la compétition quand les pastilles de dessablage sont remplacées comme c’est ici le cas par des bouchons filetés. Ce dispositif permet au bloc de supporter des pressions du circuit de refroidissement (et donc des températures) beaucoup plus élevées que sur un bloc de série.

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Détail de la fosse de décantation du circuit de retour d’huile des culasses. La trappe ici ouverte est située derrière le volant moteur. On y trouve parfois des extrémités de ressorts de soupapes qui se cassent assez facilement là où ils sont amincis pour porter bien à plat sur leur siège 

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Le bloc a été réalésé avec ses chapeaux de palier serrés au couple pour tenir compte des mini déformations du bloc que génèrent les contraintes de serrage; Rectification 2000 disposant des « honing plates » pour simuler les contraintes  du haut induites par le serrage des culasses.

Le déboitage des chapeaux de palier qui sont encastrés dans des pions de centrage est ici réalisé avec une petite plaque prenant appui sur les goujons et une vis et un écrou qui permettent de tirer verticalement et proprement le chapeau sans qu’il se mette de travers. Ceci évite bien sur d’ovaliser les logements des pions. 

Sur la troisième photo, on aperçoit à gauche l’arrivée d’huile venant de la galerie principale qui alimente le tourillon N°2 et les têtes de bielles des cylindres 2 et 5 avec à sa droite un petit départ  qui repart  alimenter le palier N°2 de l’arbre à cames.  On distingue à l’intérieur de ce départ secondaire le diaphragme qui va limiter le débit d’huile vers l’AàC qui tourne deux fois moins vite et est moins chargé que le vilebrequin.

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Avec un palmer d’intérieur, on vérifie le jeu de fonctionnement entre la jupe du piston et la chemise de chaque cylindre. C’est un simple contrôle de routine car depuis plus de 20 ans, Rectification 2000 nous a toujours réalisé le travail demandé au 1/100 ème près.

Le bloc installé sur son support, on va commencer par mettre en place les coussinets de paliers supérieurs pour recevoir le vilebrequin. Cette opération n’est pas compliquée à réaliser mais demande une attention particulière sur le palier central. Il peut être nécessaire de reprendre de quelques centièmes les joues de ce coussinet qui conditionnent le jeu longitudinal du vilebrequin (mais aussi le débit d’huile du palier central) et de chanfreiner également l’intérieur de la partie supérieure des joues pour garantir une bonne assise (le lamage du chapeau de palier dans lequel vient s’encastrer la joue est parfois d’un diamètre un poil trop juste).

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Vidéo montrant le contrôle du jeu longitudinal du vilebrequin: ici il nous manque quelques centièmes . Ce jeu est important car indépendamment d’un positionnement correct, il conditionne également le débit d’huile du palier central

Le jeu longitudinal ayant été ajusté sur le demi coussinet central supérieur, il faut aussi contrôler le jeu de fonctionnement entre tourillons et coussinets qui détermine l’épaisseur du film d’huile. Pour cela, soit on dispose des appareils de mesure suffisamment précis pour en déduire par différence de cotes le jeu latéral, soit un utilise du « wire gauge ». Ce terme anglo-saxon désigne un fil en plastic déformable que l’on interpose entre le tourillon (ou le maneton) et le coussinet que l’on veut contrôler. Après un serrage du chapeau de palier (ou de tête de bielle) au couple requis, il suffit de redémonter ce chapeau et de mesurer la largeur du fil écrasé pour en déterminer son jeu de fonctionnement.

IMG_2233  IMG_2231  plastigage test

Photos 1 et 2: La mesure du diamètre interne des coussinets est délicate à réaliser. L’excentricité (quelques centièmes) prévue d’origine va fausser la mesure selon la position angulaire des touches de l’alèsomètre qui sont disposées à 120°. Avec un décalage de 30° nous avons ici 3/100èmes d’écart.

Photo 3: Bien que de mauvaise qualité, elle montre l’utilisation du wire-gauge (ou plasti-gauge). Après un serrage au couple requis qui va écraser le fil entre coussinet et palier, il suffit de mesurer la largeur de l’empreinte décalquer sur le coussinet du chapeau avec une règle de conversion. Evidemment, plus l’empreinte est large et plus le jeu est faible.  Toujours, à cause de l’excentricité naturelle des coussinets, il faut éviter de placer le fil au centre du chapeau pour ne pas fausser la mesure. 

 

Pour plus de précisions sur les tolérances des jeux de fonctionnement,, on peut se référer dans le lien suivant à cet excellent Manuel Technique de Glyco qui propose avec un mot d’esprit   » des coussinets pour pallier (avec deux L dans ce sens) à vos besoins « :

http://www.moteursetculasses.com/wp-content/themes/moteurs_et_culasses/images/PRMGY921_FR_Manuel%20Technique%20Glyco_LR.pdf

Comme très souvent la valeur du jeu de fonctionnement est une affaire de compromis prenant en compte l’utilisation envisagée du moteur. Il dépend de la matière des pièces mises en œuvre (bloc moteur, bielles …) et du type de coussinets choisi. Il conditionne le débit d’huile lubrifiant le palier, les bruits de fonctionnement et … les intervalles de maintenance . Dans notre cas particulier, bien que disposant d’un bloc en aluminium, il m’a fallu réduire les tourillons de 2/100èmes pour avoir exactement le jeu attendu. Les premiers contrôles des efforts de rotation (mesure du couple résistant en tournant le vilebrequin avec un clé dynamométrique à lecture digitale) m’avaient donné une valeur un peu trop excessive et il m’a fallu me résigner à tout redémonter pour pouvoir repartir sur une bonne base.   

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Il existe une grande variété de coussinets ayant chacune des caractéristiques spécifiques selon l’utilisation envisagée du moteur. Clevite 77 (premier fabricant US de coussinets) recommande pour les moteurs à hautes performances,  l’utilisation des coussinets de la série H.

Avant d’installer le nouveau vilebrequin, on prendra un peu de temps pour polir les arrêtes des conduits d’huile qui communiquent entre les manetons et les tourillons. Il faut ensuite nettoyer soigneusement l’intérieur de ces conduits pour supprimer toute trace de poussières abrasives.

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Une fois les bords des trous d’huile polis, il faut les nettoyer soigneusement.

On est maintenant prêt pour présenter le vilebrequin sur le bloc moteur et fixer les chapeaux de palier. C’est l’heure de vérité qui va nous permettre de vérifier si le vilebrequin tourne bien, sans points durs ni jeux excessifs. A cette occasion, la sensibilité tactile vaut bien des appareils de contrôle.

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On va maintenant serrer les chapeaux de palier indépendamment un par un pour s’assurer que chacun une fois serré laisse librement tourner le vilebrequin. Une fois ce contrôle individuel effectué, on peut fixer ensuite définitivement tous les chapeaux.

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Après le montage définitif du vilebrequin , on re-contrôle le jeu longitudinal histoire de s’assurer que le coussinet inférieur central (qui est sur le dessus sur la photo) fait exactement la même largeur que sont voisin du haut et n’ampute pas le jeu longitudinal

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Pour faire un peu d’animation, voici en vidéo la séquence du contrôle tactile du couple résistant lors de la rotation du vilebrequin.

Parallèlement, avec le montage des nouveaux pistons, il a fallu recalculer le nouveau « bobweight » du vilebrequin pour le faire rééquilibrer. Ce mot d’outre atlantique désigne la masse tournante équivalente qui qu’il convient de placer sur chaque maneton pour procéder à l’équilibrage dynamique d’un vilebrequin. Le bobweight remplace donc les deux bielles et les deux pistons sur chaque maneton et s’obtient en cumulant la masse dite alternative (piston complet plus une partie du pied de bielle) et le double de la masse rotative (coussinets plus l’autre partie de la tête de bielle à laquelle les puristes ajoutent 4 grammes d’huile). Pour démystifier le sujet, voir ci-dessous la copie de ma feuille de calcul du nouveau bobweight spécifique à ce moteur.

Feuille calcul 1

Cette copie d’écran de ma feuille de calcul nous indique comment est déterminé le bobweight. Le total des masses alternatives (piston + axe + clips + segments + pied de bielle) est de 742 grammes. La masse rotative (tête de bielle et coussinets) est de 440 grammes. Le bobweight est donc égal à (2 x 440) + 742 soit 1622 grammes. Cette valeur remarquablement basse est principalement due à la légèreté des nouveaux pistons fabriqués par Mahle

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Vue du vilebrequin en place sur l’équilibreuse de Rectification 2000. Le bobweight fixé sur chaque maneton est obtenu en ajoutant comme sur le plateau d’une balance, des poids (ici ce sont des rondelles d’acier ou d’alu calibrées) qui vont simuler l’ensemble bielles pistons. La correction pour réaliser l’équilibrage requis s’obtient soit en perçant des trous quand le balourd est positif, soit en rajoutant des poids sur les masselottes quand le balourd est négatif. On utilise à cette fin des plots de Malory métal (alliage à base de tungstène qui a la propriété d’avoir une masse volumique double de celle de l’acier) que l’on trouve sous forme de barre ronde de différent diamètre. En pratique, s’il faut ajouter une masse de 78 grammes dans la joue d’un vilebrequin, on perce un trou au diamètre standard de la barre (moins quelques centièmes) et dont la profondeur correspond à un volume de 10 cm3 (soit 78 g d’acier).  On le bouche ensuite par une pastille de Malory métal d’un même volume (elle pèse donc le double) et d’un diamètre un poil plus gros pour qu’elle puisse être montée pressée.

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Exemple de plot de Malory métal qui ont été pressés dans la joue du vilebrequin pour obtenir l’équilibrage recherché 

Le vilebrequin étant en place et tournant maintenant sans point dur avec un jeu longitudinal convenable, on peut installer les bielles et les pistons. La tâche est assez simple mais il y a tout de même quelques erreurs à ne pas commettre. La tête de bielle tout d’abord est asymétrique: elle possède une face avec un large chanfrein qui doit être tourné vers l’extérieur (coté bras de manivelle). Ce large chanfrein est prévu pour éviter tout risque de contact avec le gros congé des manetons de vilebrequins sportifs. Rappelons à ce sujet qu’il faut bien sur utiliser des coussinets plus étroits qui sont prévus pour cohabiter avec les gros rayons de raccordement des manetons. Après le sens de la bielle, il faut également orienter convenablement le piston pour que les soupapes tombent en face des empreintes faites sur la tête. Le piston étant monté avec son axe sur le pied de bielle, c’est le moment d’installer les segments. Pour les moteurs hautes performances, le jeu à la coupe est à déterminer selon le type de carburant utilisé et le mode d’amission (atmosphérique, suralimenté, dopé au nitrous, à l’alcool ou au nitro-méthanol). Ces critères vont définir la température de fonctionnement du piston et partant les jeux à prévoir. En conséquence, les segments sont rarement livrés avec les becs ajustés convenablement et il faut vérifier le jeux à la coupe pour adapter le jeu spécifique qui convient à ses besoins.

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Principe du segment de compression dit  »sans jeu à la coupe ». Le segment est composé de deux parties qui s’emboitent et dont les fentes sont décalées. L’épaisseur totale des deux anneaux est de 1 mm. L’anneau porteur (en L)  mesure 0,6 mm en épaisseur d’aile et l’anneau d’étanchéité mesure 0,4 mm. La surface de contact qui porte sur la paroi du cylindre est arrondie pour réduire les frictions 

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Détail du segment racleur en trois parties.

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Pour mesurer le jeu à la coupe, il suffit de mettre le segment à contrôler dans le cylindre et de jauger l’espace entre les deux becs.

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L’ajustage du jeu à la coupe de chaque segment  se fait avec une petite meule fine qui permet de grignoter proprement l’extrémité des becs jusqu’à obtenir la valeur désirée (il faut contrôler souvent car sur les segments très fins, les centièmes sont vite partis)

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Ici, le jeu à la coupe du segment coup de feu porteur vient d’être ajusté entre 55 et 60/100 èmes et il est prêt à être mis en place. On distingue également sur cette photo le faible espace entre les chemises montées touche-touche. Elles sont sans passage d’eau transversal et on les appelle les chemises siamoisées

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La mise en place des pistons avec des segments fins dans les chemises est parfois délicat. Je préfère utiliser un entonnoir maison plutôt que les colliers extensibles du commerce pas vraiment adaptés pour des pistons à jupe réduite. Pour cela, je tourne une bague en nylon au diamètre exact de la chemise avec une petite conicité à l’entré pour pouvoir y engouffrer les segments.

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Une petite vidéo qui met en scène le montage d’un piston avec un entonnoir maison.

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Vérification du jeu latéral entre les têtes de bielle sur le maneton avec une jauge « spéciale Drink Team ».

IMG_2267    Carrillo data sheet

Carrillo grave sur les têtes de vis des chapeaux de tête de bielle la classe qui permet ensuite de se référer  au couple maxi ou à l’allongement acceptable. Il est d’usage de mesurer et de noter soigneusement avant montage la longueur de chaque vis pour pouvoir vérifier lors de la révision suivante si les vis n’ont pas subit une déformation permanente.

Tous les pistons étant en place, on peut faire plusieurs tours de vilebrequin pour s’assuer qu’il n’y a aucun point dur au cours de la rotation. C’est aussi le moment de fixer un disque gradué en bout de vilebrequin et de déterminer le point mort haut. On mesurera aussi la cote de débordement ou de retrait de la couronne par rapport au plan de joint de culasse quand le piston est au PMH pour calculer et corriger précisément par la suite le rapport de compression.

Au PMH, notre piston déborde ici de 5/100 èmes (vérifié avec un comparateur au centre du piston). Il nous faudra donc déduire 0,44 cm3 en correction du volume correspondant à l’épaisseur du joint de culasse.

On arrive maintenant à mon étape préférée: l’installation de l’arbre à cames. Comme j’ai revu à la hausse la cylindrée du moteur, j’ai aussi changé la pièce qui régule son rythme respiratoire. Ici aussi, le choix de l’arbre à cames a été un compromis entre le régime maxi acceptable et la plage d’utilisation souhaitée. Avec une boite à 4 rapports seulement et un rapport de pont pas spécialement court, j’ai opté pour une came qui marche bien entre 3500 et 7500 tr/mn. Le limiteur de régime étant calé à 7800, ça me laissera tout de même une bonne plage d’utilisation. Dans la jungle des arbres à cames disponibles pour un small block Ford (289, 302 ou 351W), j’ai éliminé les poussoirs hydrauliques et ceux à fond plat pour ne retenir dans ma sélection que les cames avec poussoirs à rouleaux mécaniques.

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Mise en place de l’arbre à cames: les cames à rouleaux ont un profil caractéristique très ventru qui les différencie au premier coup ,d’œil. Elles permettent des ouvertures et des refermetures de soupapes plus rapides que les cames ayant des poussoirs à fond plat. En contre partie, au ralenti les rouleaux mécaniques font un bruit de machine à coudre!

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L’arbre à cames est positionné par une plaque d’extrémité fixée sur le bloc (la « thrust plate »). Son épaisseur doit être inférieure de 15 à 20/100 èmes à l’épaulement du pignon de l’arbre à cames.

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Après mise en place des pignons de la chaine distribution, je contrôle leur alignement avec un barreau rectifié en acier trempé. J’ai beau tiré sur le vilebrequin et pousser l’AàC pour essayer de compenser les jeux et tenter de les aligner, il me manque encore 0,6 mm. On remarque au passage que le pignon de distribution en bout de vilebrequin comporte plusieurs rainures de clavetage qui permettent d’ajuster précisément le diagramme angulaire de l’AàC. Chacune d’elle nous donne une correction de 2,5° par rapport à la précédente.  

En fouillant dans mon gourbi, j’ai retrouvé des rondelles de calage qui étaient fournies avec un kit  de montage pour remplacer un couple conique … et l’une d’elle faisait 0,7 mm.

Après remontage avec la rondelle interposée derrière le pignon, coup de chance, les pignons se retrouvent parfaitement alignés.  

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Détermination du PMH en fixant une tôle d’alu terminée en pointe et dont la flèche est  précisément ajustée sur 0° en tordant la tôle. On remarquera également en bout de l’AàC montée en verrue sur le pignon de distribution, la came de la pompe à essence mécanique constituée par un roulement à billes très étroit pour minimiser les frictions sur la cuillère de la pompe.

Pour réaliser le calage de l’AàC, j’utilise la méthode dite du « centerline » qui consiste à repérer la position angulaire  de la came d’admission quand celle-ci est en pleine ouverture et de lire l’angle du vilebrequin. Pour cela, il suffit d’installer un comparateur sur un poussoir d’admission et un quadrant angulaire en bout de vilebrequin après avoir fait coïncider son zéro avec le PMH. Le montage des poussoirs qui doit être réalisé avant le montage des culasses (après ils ne peuvent plus passer) ne présente pas de difficulté particulière.

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Avec une came neuve, il est fortement recommandé de mettre des aiguilles et des rouleaux neufs également sur les poussoirs

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A gauche, le poussoir est en position de levée maximale. On notera le principe « dog bone » qui relie les poussoirs deux par deux pour les empêcher de tourner (l’axe du rouleau doit toujours être parfaitement parallèle à l’axe de la came)

A droite, le disque gradué nous indique 104° après le PMH, ce qui est exactement – selon le fabricant – la valeur angulaire que doit avoir la médiane de la came.

Avant de refermer le couvercle du carter d’huile, je vais vérifier si l’huile circule bien sur tous les paliers et manetons du vilebrequin. Un des avantages d’avoir une pompe à huile externe, c’est de pouvoir la faire tourner à la main, indépendamment du moteur, pour mettre le circuit de graissage en pression. Cela permet de vérifier visuellement si l’huile circule bien sur tous les points sensibles et s’il n’y a pas de fuites ou de débits anormalement élevés à certains endroits (ne pas oublier d’installer par terre un bac de récupération des égouttures).

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Pour ce test de mise en pression, le réservoir d’huile est constitué par un entonnoir directement adapté sur l’aspiration de l’étage de mise en pression. Le refoulement est ici directement raccordé sur le bloc moteur par une durite sans passer par le filtre.

Le remontage du carter de distribution, du carter inférieur, de la pompe à eau et du damper ne présente pas de difficulté particulière.

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Il existe maintenant des joints de carter moteur en silicone moulé d’une seule pièce qui garantissent une meilleure étanchéité et une meilleure tenue dans le temps que les anciens joints en liège d’origine.

La tension de la courroie de la pompe à eau s’obtient en interposant – comme sur une 1600S – des rondelles d’épaisseur entre les deux flasques de la poulie inférieure en bout de vilebrequin.

Pour pouvoir installer le volant moteur et l’embrayage, il faut déposer le moteur de son tournebroche pour libérer l’accès de sa face arrière.

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Avant d’installer le volant moteur, on referme tout d’abord la trappe de la fosse de décantation des retours d’huile des culasses.

Le roulement pilote en bout de vilebrequin qui reçoit l’extrémité de l’arbre primaire de la boite a été remplacé par une cage à aiguilles qui encaisse beaucoup mieux les charges axiales.

On profite de l’opération pour monter des disques d’embrayage neufs: ils sont très fins (donc très légers) mais s’usent très vite car l’épaisseur de la garniture est très faible.

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 Lors de l’équilibrage du vilebrequin, Rectification 2000 a repéré chaque pièces pour permettre un remontage conforme à celui réalisé sur l’équilibreuse.   

Voila, le remontage du bas moteur est maintenant terminé; on va pouvoir envisager de passer à une nouvelle étape.

Bien que n’ayant pas décrit le travail de remise en état des culasses, voici le verdict du banc de puissance qui donne une idée du potentiel de ce moteur une fois sa restauration terminée.

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Un petit lien vidéo montrant le comportement de ce moteur sur le banc de test à rouleaux de DM Performance. La puissance maxi est de plus de 460 cv à 7200 tr/mn tandis que le couple se situe à 537 mN à 5000 tr/mn. Evidemment, c’est toujours un peu moins que ce que l’on espérait mais c’est tout de même pas si mal que ça.

Comme la séquence se passe très vite, voici quelques arrêts sur image qui nous permettent de lire les pics des valeurs principales.

Couple maxi 1

Ici, c’est le couple maxi qui se situe juste en dessous 5000 tr/mn

seconde poussee

Là c’est la puissance maxi qui arrive à 7200 tr/mn. On notera qu’à ce régime le couple est encore très significatif puisqu’il se situe au dessus de 450 mN

Regime maxi 1

Enfin, le pic du régime moteur qui est monté jusqu’au rupteur à 7600 tr/mn. La puissance et le couple ont sérieusement dégringolé mais c’est en parti du au fait qu’ici, le moteur tourne sur 7 cylindres (l’allumage d’un cylindre est bloqué de façon aléatoire. Comme le test de puissance est effectué sur un rapport intermédiaire (ici en seconde), la mesure de vitesse de l’indicateur n’est pas la vitesse maxi du véhicule. La mesure de la sonde lambda qui ici nous indique un mélange trop pauvre n’était malheureusement pas très fiable (problème de connectique vraisemblablement)

Courbes puissance et couple Daytona

Détail de la courbe de couple (en vert) intéressante puisqu’elle nous offre plus de 450 mN entre 3300 et 7200 tr/mn.

Dans :
Par nanard289
Le 12 mars, 2015
A 15:52
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