The Drink Team … et saucisson

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Partie 4: Restauration d’un moteur 2.2L Lotus de Talbot Sunbeam (mise à jour le 8 Mars 2018)

Depuis plusieurs années déjà, l’idée de refaire un moteur Lotus de Talbot Sunbeam en remplaçant quelques pièces d’origine par des pièces plus modernes – et plus abordables – me paraissait être un challenge intéressant.  Je trouvais en effet scandaleux que quelques revendeurs peu scrupuleux osaient vendre des jeux de coussinets « certifiés d’origine » trois fois plus cher que des coussinets modernes pourtant beaucoup plus performants. L’idée au départ était donc d’adapter ces pièces modernes dans un bloc ancien. Indépendamment du prix attractif et des performances supérieures apportées qu’offriraient ces nouvelles pièces, j’étais quasiment sur que dans 10 ans je trouverai toujours ces pièces adaptées aujourd’hui, alors que pour celles d’origines, la réponse à cette question serait beaucoup plus aléatoire.

L’opportunité de réaliser cette cure de rajeunissement m’a été fourni par Patou – pilote Cévenol de véhicules historiques et ami – qui avait un vieux moteur de réserve pour sa Talbot Sunbeam de 1982. Cette voiture n’étant pas destinée à courir en VHC, le choix de pièces moteur non d’origine n’était pas un point bloquant. Je pouvais donc donner libre cours à mon imagination.  

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Voici le vieux moteur Lotus de rechange « encore dans son jus », tel qu’il est arrivé dans l’atelier du Drink Team

La première opération a été de faire un démontage complet de ce moteur, pour évaluer si les travaux envisagés étaient économiquement réalisables. En effet, certains vieux moteurs trop endommagés ne sont malheureusement bons que pour repartir au recyclage chez le ferrailleur. Fort heureusement, notre base ici était saine: le bloc et la culasse étaient en bon état et le vilebrequin bien qu’usé mais toujours en cotes d’origine était récupérable. Dans les pièces essentielles, seul l’ensemble pistons, chemises et segments devait être remplacé.

 

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Le jeu à la coupe des segments est ici révélateur d’une usure conséquentes: il faut tout changer.

Toujours dans le soucis d’installer des pièces performantes mais bon marché (donc de grande diffusion), il me fallait redéfinir un ensemble bielles pistons qui offrirait à la fois des performances intéressantes allié à un prix attractif.

Dans le monde des fabricants de pièces automobiles (les constructeurs fabriquent de moins en moins et sous-traitent leurs besoins à différents fournisseurs), il y a les pièces dites d’origine qui sont conformes au cahier des charges du constructeur et d’autres dites « adaptables » qui sont souvent de qualité plus ordinaire. En marge de cette fabrication courante, il y  a également des fournisseurs spécialisés dans les pièces de compétition qui proposent des pièces « hautes performances » de qualité très supérieure. C’est là que les préparateurs font leur marché pour trouver des pistons forgés, des bielles et des vilebrequins forgés également ou des soupapes en métal exotique. Le cahier des charges de Patou était assez précis sur le niveau de préparation souhaité: Il voulait conserver la cylindrée et le vilebrequin d’origine pour ne pas introduire de maillon faible dans la transmission. C’est pas le tout de faire un moteur de 250 CV si le reste ne suis pas!

Notre choix s’est arrêté sur des pistons forgé Mahlé d’un alésage de 95.50 mm prévus pour un moteur de Nissan 350Z (trouvés en Angleterre) associé à des bielles Eagle en H en acier forgé de Mitsubishi (trouvés aux USA).

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Comparatif d’un ensemble bielle piston d’origine (en haut) avec nos pièces de remplacement. Le gain de poids réalisé sur chaque ensemble bielle piston est de plus de 600 gr.

La détermination de la longueur de la bielle et de la hauteur de compression du piston constitue la partie délicate de ce choix. Il faut dans un premier temps mesuré précisément la hauteur du plan de joint du moteur, c’est à dire la distance qu’il y a entre l’axe du vilebrequin et la culasse.

Combo Lotus V2

La hauteur du plan de joint doit être sensiblement égale à la demie-course du vilebrequin plus la longueur de la bielle (cote d’entraxe tête pied) plus la hauteur de compression du piston. Les pistons modernes ayant des segments plus fins, des jupes plus courtes et des axes haut perché, il convient donc d’avoir des bielles plus longues si l’on souhaite conserver la course d’origine

Le réalésage des chemise amovibles d’origine n’étant pas prévu par Lotus, il nous fallait fabriquer une plaque de rectification pour d’une part maintenir les chemises en place et d’autre part pour simuler les efforts de la culasse sur les hauts de cylindres.

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Détail de la plaque de rectification mise en place sur le haut moteur pour pouvoir rectifier précisément les chemises d’origine (de 95.20 on va passer à 95.50 mm)  

La principale difficulté dans l’adaptation des pistons est la reprise de l’usinage des lamages de la calotte pour le passage des têtes de soupape et l’adaptation du rapport de compression à un taux raisonnable pour qu’il soit compatible avec le 95-E10 de la grande surface du coin. Précison à ce sujet que le nouveaux joints de culasse que l’on trouve dans le commerce  ont une épaisseur majorée par rapport à ceux d’origine … qui ont aujourd’hui disparu. Le rapport de compression visé étant de 11/1, et la cylindrée unitaire exacte étant maintenant de 545 cm3 (soit au total 2182 cm3), il nous fallait un volume total de la chambre de combustion compris entre 54 et 55 cm3.

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Dans un premier temps, montage à blanc des pistons pour contrôler la cote de débordement de la couronne (ici, elle est de 0,60 mm) qui nous aidera à calculer le volume exact de la chambre de combustion. Le lamage pour le passage des têtes de soupape sur les pistons Nissan n’est pas suffisamment profond pour être compatible avec la culasse Lotus.  Il faudra les réusiner.

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Test d’usinage pour l’agrandissement du lamage coté admission sur un piston témoin qui servira de modèle pour les autres. Bien que ne disposant pas d’une fraiseuse , cette opération a malgré tout pu être réalisée au tour. J’espère pouvoir mettre en ligne prochainement une petite séquence vidéo expliquant le montage et la procédure de cet usinage un peu particulier.

Comme je ne dispose pas d’une fraiseuse, le lamage des têtes de piston passe tout d’abord par la fabrication d’un support qui sera installé sur mon tour à la place de la tourelle porte outils. Ce support est composé de plusieurs pièces que j’ai fabriqué selon l’inspiration du moment en fonction des matériaux disponibles. La semelle de ce support est un bloc d’acier de 30 mm d’épaisseur. Le reste est réalisé avec une barre de duralumin (2017) découpée et assemblée avec des vis à tête fraisée.

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 Le reste est réalisé avec une barre de duralumin (2017) … 

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Une semelle en acier très rigide servira de base pour réaliser le support

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La semelle du support est bridée sur le porte outil. Une plaque inclinée à 20° (c’est l’angle de nos soupapes) est ensuite boulonnée sur la semelle

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Enfin, une dernière plaque destinée à supporter le piston est boulonnée sur le support incliné. Le piston est maintenu en place par une bride passant par les bossages de son axe et est précisément positionné par lamage correspondant exactement au diamètre de la jupe

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Une fois le piston installé sur son support, l’usinage de la tête devient une simple formalité

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Comparatif des têtes de piston après et avant usinage pour le passage des têtes de soupapes. A noter que le fabricant Mahlé a prévu suffisamment de matière à cet endroit pour pouvoir optimiser chaque moteur.

Coté vilebrequin, excepté une rectification des paliers et des manetons pour s’adapter aux nouveaux coussinets et aux nouvelles bielles, il n’y avait pas d’autre modification de prévue. Le volant moteur allait par contre subir une petite cure d’amaigrissement histoire d’améliorer les montés en régimes.

Après contrôle chez le rectifieur du faux rond des tourillons, il nous faudra aussi les rectifier. On en profitera pour sélectionner des nouveaux coussinets fabriqués par ACL d’un rapport qualité prix très supérieur à ceux d’origine. Le vilebrequin sera ensuite nitruré pour augmenter la dureté de surface … et partant, son espérance de vie.

De retour de rectification, montage à blanc du vilebrequin pour contrôler les différents jeu de fonctionnement et la valeur du couple de rotation.

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Montage provisoire de l’embiellage pour le contrôle des jeux d’assemblage: tout va bien

Pour terminer avec l’embiellage, la dernière modification envisagée a été d’alléger sensiblement le volant moteur. Toutefois, pour pouvoir le reprendre sur mon tour de dimensions modestes, il m’a fallu déchausser la couronne dentée pour pouvoir l’installer sur le mandrin 

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Calage du volant sur le mandrin du tour pour qu’il tourne rond …

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… et usinage de la partie externe pour lui retirer environ 1,4 kg.

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Compte tenue du grand diamètre du volant, il m’a fallu démonter la couronne dentée pour que le volant puisse passée sur le banc du tour.

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La couronne qui a été découpée devant fait 290 mm de diamètre externe, 270 de diamètre interne et 15 mm d’épaisseur (soit environ 1 kg)

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Le volume supprimé à l’arrière est plus modeste (environ 51 cm3 soit 400 g)

Dans les travaux de restaurations, il y a des tâches plus ingrates que d’autres, c’est à dire qu’elles nécessitent beaucoup de temps pour un résultat somme toute assez moyen. C’est le cas par exemple du nettoyage en général. Celui du moteur lui même, mais aussi de toutes ses pièces périphériques. On peut cependant quand c’est possible, mettre en valeur un nettoyage ordinaire en ajoutant une couche de peinture ou un traitement de surface pour obtenir une finition originale qui se remarquera. Le travail devient alors plus valorisant et moins fastidieux. C’est ce que j’ai fait pour les carburateurs.

Ce moteur est équipé d’origine d’une paire de carburateurs Dell’Orto type 45 DHLA. Au fil du temps, à rester plus de dix ans dans une cave et privé de lumière, ces carburateurs étaient devenus hors d’état de fonctionnement. Les axes de papillons étaient grippés ainsi des les commandes de starter et de pompe de reprise. Les membranes et autre joints toriques étaient devenus secs et cassants et un reconditionnement général s’imposait.

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Carburateur Dell’Orto case départ: il manque un cornet mais celui en place n’est pas économiquement récupérable (le chromage coûte maintenant très cher)

Fort heureusement, on trouve encore dans le commerce des kits de remise en état très complets.

kit Dell Orto

Kit complet de reconditionnement incluant toutes les pièces d’usure, les membranes et les joints

Comme pour le moteur, la première opération a été de faire un démontage complet des carburateurs (il y a beaucoup de pièces) et de nettoyer chacune d’elle  dans une cuve à ultra-sons. Ensuite, après un dégraissage complet, on fait une préparation de mise en peinture. Enfin, on applique quelques couches d’une peinture spéciale résistant aux hydrocarbures qui va redonner un air plus pimpant à notre carburateur.

Dell'Orto 45 DHLA

La peinture est terminée. Il reste encore à remonter le carburateur avec les nouvelles pièces du kit de reconditionnement et des vis neuves.

Coté culasse, il n’y avait au départ en principe pas grand chose à faire: pas grand chose à retoucher dans les conduits ni dans les chambres. Un simple rodage des soupapes avec un contrôle d’étanchéité devait suffire. Toutefois, lors de l’inspection des sièges, nous avons découvert que quelques soupapes d’échappement étaient sévèrement piquées. Il nous a donc fallu nous résoudre à rectifier les sièges et a remplacer les soupapes fatiguées.

Coté ressorts de soupapes, là aussi, l’usure du temps avait fait son oeuvre. Il était temps de mettre un terme à leur vie active et de mettre tout ce petit monde à la retraite.

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Comparaison d’un jeu de ressorts neufs (interne et externe) disposé au centre avec les ressorts « escagacés » à l’extérieur!

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Le contrôle d’étanchéité des soupapes avec notre pompe à vide met en évidence la qualité très moyenne de la porté des sièges. L’usage d’un carburant sans plomb est peut être à l’origine de ce problème.

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Le contrôle de la dureté des ressorts se fait à l’aide d’un manomètre relié hydrauliquement à un mini maître-cylindre dont la surface du piston est exactement d’1 cm². Ici, j’écrase le ressort en utilisant une perceuse à colonne avec une soupape serrée dans le mandrin.  La valeur lue (en bars) sur le manomètre est alors directement transposable (à peu de chose près) à une force d’écrasement en kilos.

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La cale située à gauche du ressort correspond à la hauteur du ressort quand la soupape est grande ouverte. Une autre cale, plus longue correspond à la hauteur du ressort quand la soupape est fermée. Cette mesure permet de vérifier que la dureté de tous les ressorts est convenable (+ ou – 5%) et de sélectionner les plus durs que l’on affectera en priorité sur les soupapes d’échappement qui bien qu’un peu plus légère que les admissions ont toujours un temps de refermeture critique. 

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Les nouvelles soupapes d’échappement sont arrivées. Il me faut cependant faire un guide sur mesure pour mon outil à rectifier les sièges, car les queues de soupapes en diamètre 9/32 éme de pouce (7,14 mm), ça ne courent pas les rues. 

La solution pour adapter mon outil à rectifier les sièges de soupape a consisté à installer une fourrure en bronze d’un diamètre externe de 9/32″ (7,14 mm) sur un guide standard de 6,5 mm. Ensuite, après avoir pressé le tube en bronze sur son guide, un polissage à la toile émeri fine m’a permis d’ajuster précisément le diamètre externe pour avoir un jeu quasiment nul et un excellent guidage de l’outil.

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Détail de l’adaptation de notre outil en emmanchant un morceau de tube fin en bronze d’un diamètre de 9/32″ sur le pilote de la fraise.

La rectification des sièges de soupape a été faite ici en prévoyant 3 angles différents. Cette disposition plus moderne vise à améliorer le passage des gaz à haute vitesse favorisant ainsi les échanges gazeux. Elle se fait en trois étapes: d’abord avec une fraise à 70°, ensuite avec une fraise à 20° puis enfin avec la fraise à 45°. C’est sur cette dernière que repose la tête de la soupape et dont la largeur de la portée doit être soigneusement ajustée.

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Voici les outils nécessaires à notre opération: un pilote porte fraise dont le guide a été modifié à 9/32″ de diamètre, trois fraises angulaires et une meule diamantée à 45° pour niveler la portée. La finition est faite à la pâte à roder traditionnelle en adaptant sur une perceuse électrique un porte ventouse oscillant. Cet accessoire remplace avantageusement le bâton à deux ventouses des anciens dont l’usage me rappelle « La Guerre du Feu »! 

 

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Difficile de faire une photo nette d’un siège mais ici on aperçoit l’usinage sous trois angles différents.

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Après un léger rodage à la pâte à roder, on distingue la largeur exacte de la porté du siège sur la tête de la soupape. Pour l’admission, une portée de 1,6 à 1,7 mm est suffisante. Pour l’échappement, dans le soucis d’améliorer le refroidissement de la tête, on mettra comme sur la photo une portée plus large comprise entre 2,3 et 2,5 mm .

La finition du siège est d’abord faite avec une fraise diamantée à 45°, puis traditionnellement achevée avec de la pâte à roder.

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Détail des copeaux laissés par la fraise diamantée 

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Un test d’étanchéité rapide sans les ressorts de soupape installés, nous montre que les choses ont déjà été grandement améliorées.

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Avec les ressorts, c’est encore un peu mieux!

 

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Bon, les soupapes d’échappements sont terminées, attaquons les admissions. Heureusement, c’est pas un V12!!!

Aujourd’hui, mauvaise journée! Y-a des jours comme ça. Pour remonter les boîtiers d’arbre à cames sur la culasse, Il faut d’abord préparer le boitier en installant chaque poussoirs (les pastilles de calage sont placées sur les chapeaux des ressorts de soupapes) et son arbre à cames correspondant. Ensuite, pour compenser la légère remontée des soupapes due à la rectification des sièges, j’ai installé un joint papier là ou précédemment il n’y avait que de la pâte silicone. 

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Le joint papier est installé sur la culasse pour recevoir le boitier d’arbre à cames et le surélever d’autant (environ 3/10 èmes). Un joint torique neuf est également installé pour garantir l’étanchéité de la remonté d’huile sous pression qui va graisseir les paliers de l’AàC. On verra ensuite avec un jeu de cales si cette sur-épaisseur du joint sera effectivement suffisante ou s’il faut remplacer toutes les pastilles de calage du jeu aux soupapes. 

Il suffit ensuite de présenter le boitier équipé de ses poussoirs en face des goujons M8 et de le serrer progressivement à l’aide des dix écrous de fixation pour descendre le boitier bien parallèlement à la culasse (il faut compenser la réaction de certains ressorts des soupapes qui vont s’ouvrir).

Cette opération touchant à sa fin, je découvre que malheureusement, un des écrous de fixation se met à tourner dans le vide. La cause est immédiatement identifiée, les filets du taraudage fatigué ont rendu l’âme … et il faut tout redémonter.

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Après avoir redémonté le boitier d’arbre à cames, je peux sortir le goujons déficient. La question que l’on peut alors légitimement se poser c’est de savoir si l’on met un seul Hélicoil dans le taraudage détérioré ou bien s’il faut tous les remplacer? Tous les goujons seront donc contrôlés à leur couple de serrage avec l’outil-qui-va-bien et tous les suspects seront remplacés!

Durant cette opération, j’avais mis de l’huile sur les chapeaux des poussoirs avec un pinceau d’abord, puis avec les doigts ensuite. En manipulant la culasse avec mes mains grasses  pour la retourner dans mon étau afin de procéder plus confortablement à la pose des Hélicoils, elle m’a sournoisement glissé des doigts … pour atterrir durement sur mon pied! Je vous le disais, aujourd’hui c’est une mauvaise journée!

Dernière opération d’usinage sur la culasse: la rectification du plan de joint. Sans aucune information sur le passé de cette mécanique, on a toujours intérêt  par mesure de sécurité à re-surfacer le plan de joint de ce type de culasse. Les cross flow (c’est à dire les culasses avec les conduits d’admission d’un coté et les conduits d’échappement de l’autre) présentent un coté chaud et un coté froid et à ce titre, se déforment plus facilement que les culasses plates thermiquement mieux équilibrées. Ces déformations thermiques bien que minimes sont mises en évidence en faisant une première passe de 2 ou 3/100èmes de mm. On s’aperçoit alors que les creux les plus importants du plan de joint ne sont pas usinés.

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L’opération la plus délicate d’un surfaçage de culasse est très certainement son calage rigoureux sur la table de la machine. Ici, Michel Camus (c’est le maître des lieux) utilise un comparateur fixé sur la branche de l’outil de coupe pour vérifier que les quatre coins sont exactement à la même hauteur. 

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En observant avec attention le plan de joint de la culasse, on voit bien ici la zone « dépressive » qui n’a pas été attaquée par l’outil  

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En prenant 5/100 èmes de mm supplémentaire, l’outil ne laisse plus de blanc et le plan de joint est maintenant parfait. 

 

 

   

Dans :
Par nanard289
Le 11 juin, 2017
A 23:12
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