The Drink Team … et saucisson

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

 

La culasse du Spécial Drink Team (mise à jour le 18 Août 2014)

Comme pour le bloc moteur, la culasse qui allait nous servir de base pour notre 1800 spécial Drink Team provenait d’un moteur de R16 TS que nous avait quasiment donné l’ami Marc. Bien que très connues des familiers de la préparation des moteurs sportifs, les opérations à réaliser pour transformer un percheron en cheval de course sont malgré tout assez complexes et certaines même délicates. C’est de cette pièce essentielle que va principalement dépendre le niveau de puissance de notre futur moteur (en plus bien sur de l’augmentation de la cylindrée). Un soin tout particulier doit donc lui être accordé!

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Voici notre base de départ. Le moteur est longtemps resté au fond d’un garage mais il a très peu tourné dans sa précédente vie  active (quasiment pas de calamine dans les chambres de combustion)

La première étape a consisté à déshabiller la culasse, c’est à dire démonter les soupapes, les tubes de puits de bougies et les guides de soupapes existants (en fonte) dans le but d’une part de les remplacer par de meilleurs (en bronze) qui offrent à la fois une meilleure évacuation thermique et un plus faible coefficient de friction des queues et d’autre part pour retravailler plus facilement les conduits.

La culasse a été mise en préchauffage au four à 200°C pendant une petite heure. Quand la cuisson est terminée, on peut ensuite sortir les guides assez facilement.

On profitera du remplacement des guides pour installer des soupapes à tiges un peu plus fines (plus légères) et réduire l’angle d’inclinaison pour minimiser les risques d’accrochage des soupapes entre elles (à ce sujet, l‘utilisation d‘un AàC sportif à large croisement associé à des soupapes de plus grands diamètres  est toujours préoccupant). Les nouveaux guides auront donc un diamètre externe plus gros (pour rattraper le désaxage du réusinage) et un diamètre interne plus petit.
L’étape suivante a été le démontage des sièges de soupapes qui d’origine sont en fonte pour d’une part nous permettre de rouler au sans plomb mais surtout pour pouvoir installer par la suite des sièges en alliage exotique qui permettent beaucoup plus efficacement d’évacuer la chaleur et d’accepter des soupapes de plus grands diamètres. Il existe plusieurs façons d’extraire les sièges de soupapes mais elles sont toutes destructrices. Les sièges étant pressés dans un lamage borgne il n’est donc pas possible de les démonter sans les détruire. La méthode que j’utilise est assez simple: avec une petite fraise, je fais une encoche latérale sur chaque siège ensuite, avec un petit burin, je casse le petit morceau résiduel et le siège dont la tension est libérée sort ainsi facilement sans autre formalité. Les petites traces d’usinage résiduelles de cette opération seront effacées avec l’installation de nouveaux sièges plus larges et plus profonds. 

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Avec une petite fraise, on fait une entaille dans le siège, puis avec un mini burin, on fait sauter le petit morceau qui va libérer la contrainte du siège …

 

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  et permettre de le sortir facilement

 

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Voila, la culasse est maintenant  prête pour l’étape suivante.

Comme un athlète, un moteur sportif doit avoir une bonne capacité respiratoire. On peut donc attaquer maintenant à la fraise les conduits d’admission et d’échappement pour augmenter les sections de passage et favoriser ainsi les échanges de volumes gazeux. Coté échappement, il faut faire attention de ne pas déboucher  dans les boites à eau qui ne sont pas très loin.

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« Vue en coupe » d’un conduit d’échappement dans la culasse. Les parties ombrées au marqueur noir indiquent les zones où il il y a de la matière à supprimer. Comme on peut le voir, le toit n’est pas bien épais à cet endroit et un coup de fraise malheureux est sanctionné par une fuite d’eau au plafond!

Dans les opérations délicates qui seront à venir (en plus du réalésage désaxé des guides de soupape et du lamage des nouveaux sièges), il faudra recharger (avec la baguette de soudure en alliage qui va bien) la partie critique des boites à eau qui sont à proximité des cylindres 1 et 4. Le plus grand alésage des nouvelles chemises associé au désaxage des cylindres réduit en effet la portée du joint de culasse de façon critique entre l’extérieur des cylindres 1 et 4 et les boites à eau. Il faut donc augmenter la portée en rechargeant aux endroits critiques … et faire refaire un joint de culasse sur mesure.

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Cette photo nous montre la portée qui sera réduite à moins de 3mm et qu’il convient de modifier

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Les trous des passage d’eau ont été rechargés par Michel Camus (TIG sous argon) pour améliorer le portée du joint de culasse à cet endroit. Un petit coup de dremel sera donné pour ajuster l’ouverture sur le nouveau joint avant la rectification du plan de joint de la culasse.

Ensuite, il faudra reprendre la forme des chasses pour d’une part les adapter à nos nouveaux pistons et d’autre part équilibrer les volumes des chambres de combustion (là encore, le décalage de l’axe des cylindres en partant du centre vers l’extérieur avec une chasse toujours du même coté va nous donner un volume de chambre différent (surtout entre les cylindres 1 et 4).

Quand on veut modifier l’angle d’inclinaison des soupapes et qu’on n’a jamais fait cette modification auparavant, on se pose naturellement la question de savoir quel sera le nouvel angle à adopter et surtout le nouvel emplacement du futur guide par rapport à l’alésage du guide existant? Il me fallait donc faire un dessin reprenant la position initiale et la position souhaitée pour en déduire les usinages qu’ils convenaient de réaliser. Une chose était sure: le nouveau guide allait réutiliser une partie de l’alésage existant mais comme l’angle serait différent, il devrait forcément avoir un plus gros diamètre pour garantir un fourreau parfaitement circulaire sur toute sa longueur. Pour bien comprendre la difficulté de l’usinage des nouveau guides, voici un croquis explicatif qui met en évidence la nécessité d’utiliser un plus gros diamètre pour compenser le désaxage recherché.

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Bien sur, les dimensions de ce croquis ne respectent pas l’échelle mais le principe est clair: si l’on veut conserver le point d’attaque initial du doigt du culbuteur sur la queue de soupape, il faut que l’ancien et le nouvel axe de la soupape soient convergents à cet endroit. Cette contrainte nous oblige à décaler d’autant la position du nouveau guide et à augmenter son diamètre de façon significative pour que l’ancien alésage soit complétement « effacé » par le nouveau. Cette modification de l’angle du guide va nous obliger à resurfacer le siège du ressort (on en aura plus qu’un seul par soupape) pour garantir un plan bien perpendiculaire au nouvel axe.

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Détail de l’outil spécial qui nous permet de resurfacer les sièges des ressorts de soupapes. Un guide provisoire a été installé pour centrer précisément l’outil et le guider dans son nouvel axe de travail.

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Une petite vidéo qui nous montre la facilité d’utilisation de l’outil à refaire les sièges de ressorts. Le plus délicat consiste à caler convenablement la culasse sur la table de la perceuse à colonne.

Une fois ce principe de mise en oeuvre de nos nouveaux guides admis, il nous restait à faire appel à notre mémoire pour rassembler nos derniers souvenirs de trigonométrie afin de déterminer précisément le nouvel angle qu’il nous faudrait adopter et partant, calculer le diamètre nécessaire du nouveau guide.

 

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Suivez le guide!

 Comparatif des nouveaux guides en bronze (diamètre 14,15 mm à droite) avec ceux d’origine qui sont en fonte (diamètre 13,20 mm)

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et comparatifs des nouveaux sièges avec les anciens. Les admissions sont en acier fortement allié (nickel et cobalt) tandis que le échappement sont en bronze avec une forte teneur en nickel. Indépendamment des plus grands diamètres qui permettent le montage de plus grandes soupapes, on notera également l’épaisseur fortement majorée qui permet de mieux évacuer les calories vers la culasse (surtout coté échappement).

La première opération d’usinage de la culasse a été l’agrandissement des conduits d’admission. Pour faire 4 conduits quasiment identiques et compte tenu du volume de matière relativement important à retirer, j’ai préféré utiliser une grosse fraise du diamètre approprié plutôt que de grignoter la périphérie du conduit avec une petite fraise qui forcément nous donnerait un résultat plus approximatif. L’axe des conduits étant légèrement incliné par rapport au plan de joint de la culasse, il me fallait déjà dans un premier temps fabriquer un support  pour pouvoir positionner correctement la culasse sur le chariot du tour qui allait nous servir à réaléser les conduits.

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 Une barre de rilsan a été tournée au diamètre d’origine d’un conduit d’admission (environ 33,40 mm)  puis emboitée dans un conduit pour définir l’angle d’inclinaison à adopter pour caler correctement la culasse sur le chariot du tour qui servira de fraiseuse.

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Détail du montage de la culasse sur le chariot du tour. L’inclinaison du plan de joint est d’environ 10° et il m’a fallu percer et tarauder sous cet angle la platine support pour y installer les quatre tiges filetées qui permettent de brider solidement la culasse pour les opérations d’usinage. On aperçoit également les cales interposées qui permettent d’ajuster la bonne hauteur.

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Une fois la culasse calée à la bonne hauteur et l’axe du conduit correctement aligné (ce sont ces deux opérations les plus difficiles à réaliser) il n’y a plus qu’à agrandir les conduits d’admission.

La fabrication du support et le calage de la culasse sur le chariot ont nécessité environ 4h de travail mais l’usinage de la première ébauche s’est fait en 5 mn. Je ne regrette donc pas mon investissement.  Malgré un alignement minutieux de la broche du tour sur l’axe du cylindre avec un équerrage soigné de la culasse sur son support, la première ébauche d’usinage met en évidence les petites imperfections de la géométrie du conduit d’origine.

 

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 L’ébauche est terminée. La finition du conduit et de la chapelle (c’est à dire la partie autour du guide)  sera faite avec une fraise à plaquettes à bout sphérique d’un diamètre un poil plus gros. On voit bien sur cette photo le petit décalage avec le conduit d’origine (brut de fonderie) qui révèle que  la position des noyaux dans les moules de grande série n’est jamais d’une précision redoutable.

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Comparatif entre un conduit encore d’origine (diamètre compris entre 34 et 34,4 mm) avec son voisin qui vient d’être réalésé à 38,5 mm (soit à l’image de la cylindrée, une section majorée d’environ 15%). La finition « brut de fonderie » d’origine ne peut pas garantir des volumes de conduits d’admission rigoureusement identiques comme le permettent des conduits usinés.

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Après finition, le diamètre de chaque conduit d’admission est de 38,9 mm. Les pipes d’admission sont légèrement coniques puisqu’elles passent de 42 mm coté papillon à 39 mm coté culasse

L’amélioration du remplissage des cylindres s’obtient essentiellement en « grattant » la partie supérieure de la chapelle.  La longueur de l’alvéole du guide de soupape qui d’origine était d’environ 34mm de long va maintenant se trouver réduite à environ 30mm. Cependant, l’augmentation de diamètre des guides va conserver leur surface de contact avec la culasse pratiquement inchangée. La partie émergeante du guide d’admission dans la chapelle étant donc maintenant plus importante, l’extrémité saillante a été affinée pour minimiser les pertes de charges sans nuire pour autant au guidage de la queue de soupape.

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Comparatif d’un guide d’admission modifié (à gauche) et d’un guide d’échappement qui lui reste inchangé (pièce d’origine BMW série E21)

En attendant de recevoir la grosse fraise spéciale qui-va-bien pour terminer l’usinage des conduits d’admission, il nous restait encore plein de chose à réaliser. Les sièges de soupapes et les soupapes avaient été commandés chez un fournisseur américain de bonne réputation spécialisé dans les pièces hautes performances. La difficulté dans ce genre d’exercice consiste à trouver un modèle proposé en série dans la grande banque d’organes des fournisseurs pour éviter les fabrications « sur mesures » toujours beaucoup plus chères … sauf quand dans certains cas on peut les faire soit même comme on va le voir dans l’exemple à venir. Finalement, les soupapes aux dimensions requises existaient dans le catalogue Ferrea (c’est le fabricant de soupapes) … pour un moteur de Mazda. Bien évidemment, avec le nouvel AàC associé a de nouvelles soupapes (plus grosses et donc lourdes) qui devrait (en théorie) nous permettre de prendre près de 8000tr/mn il fallait se pencher sur la question des ressorts de soupapes pour adopter un modèle susceptible de travailler convenablement avec de plus grandes ouvertures, des soupapes plus lourdes et garantir la refermeture dans un temps plus court. La aussi, en quarante ans les progrès de la métallurgie ont permis des améliorations sensibles rendant complètement obsolètes les « pièces d’origines » (qui en plus sont facturées sans vergogne au prix des choses rares). Evidemment, qui dit nouveaux ressorts dit nouvelles coupelles. C’était l’occasion de mettre à l’épreuve notre savoir faire de « couturier » pour entreprendre la fabrication d’un « sur mesures ». Il y a quelques années, Dreyfus avait acheté – à toutes fins utiles – un lot de barres rondes en zicral de différents diamètres. En fouillant dans le stock je suis tombé sur une barre de diamètre 40mm qui répondait exactement à mes besoins … et même au delà. Voici décrit étape par étape comment « la fin justifie les moyens ».

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On commence par scier un bon bout d’une barre de zicral (alliage léger qui possède les caractéristiques mécaniques d’un acier mi-dur et la légèreté de l’aluminium)

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La première opération d’usinage au tour est d’ébaucher le diamètre extérieur de nos futures coupelles

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Puis on ébauche l’épaulement du siège du ressort sur chaque coupelle – façon brochette – avant de les tronçonner en gardant un petit noyau de 10mm au centre. Après avoir percer le centre à 8mm, un petit coup de scie et hop: au suivant. Heureusement que ce n’est pas pour un moteur à cinq soupapes, ça me laisse le temps d’écrire.

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Une fois découpées, il faut ensuite les reprendre une par une pour faire les opérations de finition.

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Le dessus est terminé. A droite on aperçoit la coupelle en acier d’origine de dimensions très proches (mais plus lourde). J’attends maintenant de recevoir les ressorts pour pouvoir ajuster exactement l’épaulement du siège à leur diamètre intérieur.

Le fraisurage à 7° qui accueille les demies-lunes sera réalisé en dernière étape après que les sièges auront été installés, de façon a ajuster avec précision la hauteur du ressort soupape fermée qui va conditionner son tarage.

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Détermination de la hauteur d’un ressort soupape fermée (ici c’est pour une culasse différente mais le principe reste le même) avec un palmer creux d’intérieur. La hauteur de référence pour ces ressorts doit ici être de 2″(50.80mm) et il me manque un chouia (0.014″ soit moins de 4/10èmes de mm)  que je vais obtenir en fraisurant avec une fraise conique de 7° (c’est la conicité que j’ai mais il y a différents standards) quelques centièmes pour remonter légèrement le chapeau. Dans le cas contraire, il faut mettre des cales sous les ressorts ou installer des demies-lunes à gorges décalées.

On peut bien sur se poser légitimement la question de savoir quel est l’intérêt de fabriquer des pièces spéciales alors qu’on en trouve des toutes faites dans le commerce! En réalité, les choses ne sont pas aussi simples car la difficulté (en se basant sur cet exemple) réside à trouver la pièce qui combine à la fois les bons diamètres du ou des ressorts et la bonne hauteur de montage. Comme le choix des ressorts est également un vraie jungle, le choix du montage idéal pour nos nouveaux besoins passait obligatoirement par au moins un maillon à faire sur mesures.  Bien évidemment,  on trouve sur le marché des kits moteurs plus ou moins performants tout prêts mais ils sont spécifiques aux moteurs modernes de grande diffusion. Pour un moteur 1600 Renault type 827 ou 843, le choix est infiniment  plus limité et il convient de se prendre en charge si l’on veut sortir un peu des sentiers battus.

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Comme on peut le voir sur cette photo, la hauteur totale sous le chapeau d’une soupape d’admission d’origine est d’environ 105mm. La modification de l’inclinaison de l’angle des soupapes va nous obliger à réusiner les sièges de ressorts coté culasse pour qu’ils soient parfaitement perpendiculaires avec les guides. Cet aménagement nous permettra d’avoir une hauteur de ressort soupape fermée sensiblement supérieure à celle d’origine permettant ainsi des levées de soupape plus importantes. Il faut bien évidemment garder un jeu de sécurité de 3 à 5 dixièmes de mm entre chaque spire quand les soupapes sont grandes ouvertes pour éviter que le (ou les) ressort(s) ne se transforme(nt) en tube.

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Comparatif du poids entre les nouveaux chapeaux en zicral (de 13g à gauche) et les anciens en acier (entre 34 et 35g).

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Un oeil averti remarquera que nos nouveaux chapeaux ne coiffent qu’un seul ressort (avec damper) alors que les anciens combinaient de façon traditionnelle 2 ressorts de pas opposés.

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Soupape d’admission

On vient de recevoir les nouvelles soupapes d’admission qui ont un diamètre de tête de 44mm. On a conservé finalement des queues de 8mm car bien qu’il y ai un peu moins de matière, les queues en 7 étaient nettement plus chères!

Il y a des jours où l’on se dit que l’on ferait mieux de ne rien faire et aujourd’hui en ce qui me concerne, celui ci en fait incontestablement parti. Comme au jeu du Monopoly, en mécanique il y a des mauvaises cartes à ne pas tirer … et moi je viens de piocher la carte qui mes dit: « Faites demi-tour, retourner à la case départ sans toucher 20 000″. Alors que je m’étais méfier de ne pas déboucher dans les boites à eau du coté de l’échappement, je suis tombé dans la trappe du coté de l’admission!  Pour la prochaine culasse, je vais devoir revoir ma copie et mettre mes ambitions un cran en dessous !

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Je viens de recevoir ma grosse fraise à tête hémisphérique qui devait me permettre de faire  l’usinage du conduit d’admission au niveau de la chapelle. Malheureusement, le toit de l’église n’était pas bien épais et j’ai maintenant une fuite d’eau au plafond!

Bon, dans les bonnes nouvelles, j’ai eu raison de vouloir faire la finition des conduits avant de faire faire l’usinage pour le changement des sièges et des guides. Le paquet à mettre à la poubelle sera moins lourd.

Tout comme en médecine où l’on utilise des cadavres pour apprendre, j’ai utilisé ma culasse morte pour expérimenter différents angles et diamètres de perçage pour trouver les limites acceptables avec une marge de sécurité suffisante. A la troisième tentative, j’ai finalement trouvé le bon compromis: l’angle de perçage du conduit est passé de 10 à 12° et le diamètre de 40mm initialement prévu est revenu plus modestement à 38,5mm.

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Vue en « coupe » du conduit d’admission qui ici a été foré (pour voir) à un diamètre de 42mm

 

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Maintenant, le résultat semble acceptable. Pour m’en convaincre, je vais percer la partie fine pour vérifier l’épaisseur restante du « plafond »

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Dans les tests réalisés, avec une fraise de 42mm de diamètre sur la culasse cobaye ça passe au travers du conduit. Avec une fraise de 38,5mm il reste environ 2 à 3 mm de marge (mesure faite sur un seul conduit) et il ne me parait pas raisonnable d’aller au delà. 

Après avoir récupéré une autre culasse de R16 TS et réusiné cette fois-ci sans fausse note les conduits d’admission, cette culasse a été confiée à Michel Camus (sur les bons conseils de l’ami PhL) qui va se charger de réaléser les puits de guide déportés et d’installer les nouveaux sièges de soupape.

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Détail d’une chapelle d’admission brute d’usinage. La finition du conduit se fera après la mise en place du siège.

En attendant, histoire de ne pas rester sans rien faire, j’ai attaqué la fabrication des nouveaux axes de culbuteurs qui reprend le principe de montage sur cages à aiguilles précédemment innové sur le moteur 1600S, mais en utilisant une procédure de mise en oeuvre simplifiée. Au lieu de tailler des axes dans la masse comme nous l’avions fait pour le prototype, cette fois-ci j’ai utilisé des barres d’acier Stub rectifiée (du 100C6 exactement, communément utilisé dans la fabrication des cages de roulement) de diamètre 12 pour les axes et de diamètre 16 pour les manchons. L’assemblage est ensuite obtenu par simple emboitement (ajustage H6-g6) des axes dans les manchons eux mêmes emboités dans les supports de rampes. Après usinage, les axes seront trempés à l’huile pour obtenir la dureté de surface requise (HRC 62 ou 64).

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Après avoir débiter la barre d’acier Stub en tronçons de 89 mm de long (c’est la cote d’entraxe de chaque support de rampe)

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….  il faut percer ces axes sur toute leur longueur pour permettre à l’huile de circuler.

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Détail des nouveaux éléments simples qui après emboitement vont constituer la rampe des culbuteurs

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Mise en place des manchons diamètre 16 h6 dans les supports de la rampe. Ils sont immobilisés dans le support par une petite vis pointeau M4

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Fabrication « en série » des entretoises « bobines » (il en faut 8) qui vont remplacer les ressorts qui d’origine assuraient le maintien latéral des culbuteurs … et qui sont pas beaux.

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Croquis du principe du montage des axes de culbuteur individuels. La section longitudinale représente  un culbuteur (symbolisé sur le coté gauche) entre deux supports (parties ombrées). Les cages à aiguilles à l’intérieur du culbuteur ne sont pas représentées. L’entretoise bobine laisse un jeu latéral permet de centrer précisémment avec des rondelles de calage (épaisseur 0.1, 0.2 et 0.5mm) le doigt du culbuteur sur la queue de soupape.

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 Les manchons sont percés à 11,8 mm de diamètre puis alésés à 12 mm. Chaque manchon fait 30 mm de large (comme les supports) et les axes sont encastrés de 15 mm de chaque coté.

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Les manchons en extrémités de la rampe sont borgnes. Ils sont maintenus en place par une petite vis pointeau qui les évites de tourner (ce point est important car il ont de trous pour permettre le transfert d’huile sous pression d’une rampe à l’autre).

Avec nos nouveaux pistons initialement prévus pour cohabiter avec des culasses multi-soupapes en forme de toit (c’est pour des moteurs Honda), il nous fallait revoir la forme de la chasse de notre culasse qui assure une turbulence bénéfique des gaz (que nos amis anglo-saxons appellent « squish effect ») et qui améliore ainsi leur vitesse d’inflammation. Il nous fallait donc réaménager la forme de la chasse pour que le dôme de nos pistons puissent venir s’encastrer précisément dans la chasse pour garantir l’effet de pincement recherché. Il est à noter que le principe cette intéressante technique est toujours employé sur les moteurs de conception moderne. La difficulté de l’exercice consiste à réduire les jeux de fonctionnement dans la zone à une valeur minimale pour bénéficier d’une turbulence maximale et bien sur sans risque de conflit. Il ne faut donc pas hésiter à utiliser de la pâte à modeler pour s’assurer qu’en fin de compression un jeu minimum existe entre piston et culasse dans cette zone sensible. On en profitera pour vérifier également les jeux entre les soupapes et le piston qui doivent être d’ailleurs beaucoup plus importants.

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Détail d’un piston « spécial Drink Team » adapté à notre moteur. Les lamages pour le passage des soupapes ont bien sur été repris pour s’adapter aux besoins de notre ancien moteur à deux soupapes. On distingue nettement ici le dôme en forme de toit qui va nous obliger à modifier la châsse.

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Ici, j’ébauche un embrèvement de la châsse en forme d’amphithéâtre avec des fraises de diamètres croissants (là encore, la nappe phréatique n’est pas très loin) sur un morceau de notre culasse expérimentale pour valider cette modif  avant de taper dans la bonne culasse « Spéciale Drink Team »

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Mon travail d’ébauche s’arrête là; maintenant c’est Dreyfus qui va faire la finition avec son flexible et ses petites fraises qui vont bien. J’ai fait un « carottage » au centre de l’embrèvement  »témoin » pour m’assurer que l’épaisseur résiduelle de la chambre de combustion était encore suffisante (il reste environ 6mm). Comme nous avons légèrement majoré l’entraxe des cylindres, il y aura encore un gros travail pour remettre toutes les chambres au même volume, compte tenu du décalage asymétrique de la châsse, particulièrement entre la chambre du cylindre N°1 et celle du N°4. 

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Ici, on voit le détail de l’encastrement du toit du piston dans le nouvel embrèvement de la châsse de notre culasse expérimentale. Pour avoir un bon squish effect – comme disent nos amis anglo-saxons – il faut que l’espace compris entre piston et châsse soit inférieur à 1 mm au PMH (avec le joint de culasse). Il ne faut donc pas hésiter à utiliser de la pâte à modeler et faire des montages à blanc pour vérifier le jeu résiduel dans chaque chambre de combustion.

Et bien ça y est, Michel Camus a terminé la modification de notre culasse (modification de l’angle des soupapes, avec pose de nouveaux guides et de nouveaux sièges). La balle est donc revenu dans notre atelier pour que nous puissions faire l’ajustage des conduits et principalement des chapelles. Ensuite, ce sera le tour des chambres de combustion avec la modification de la forme de la chasse pour la rendre compatible avec nos pistons en « toit « , puis ce sera la mesure des volumes de chambre pour en déduire la hauteur à retirer à la rectification du plan de joint pour atteindre le rapport de compression souhaité.

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Détail du plan de joint de la bride des pipes d’admission qui a été biaisé pour reprendre un alignement d’équerre avec le conduit. La finition de ce surfaçage est superbe. Le petit trou sous la pipe qui communique avec la boite à eau et qui servait à réchauffer la pipe d’admission dans sa première vie va être obturé avec un petit bouchon en alu qui sera simplement pressé.

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Une fois les bouchons mis en place, le montage des brides peut  se faire sans difficulté. Il faut simplement ajuster le diamètre interne du joint … qui renferme une feuille métallique dure. On voit que d’après la section des conduits, le coté admission devrait bien respirer

La raison principale de la modification de l’angle des soupapes, c’est de permettre à la fois le montage de soupapes de plus grands diamètres (toujours pour avoir une meilleure respiration) et autoriser le montage d’un arbre à cames avec une valeur de croisement plus élevée ou à minima, de conserver la même valeur qu’avec les soupapes d’origine. Le croisement, c’est la phase délicate de la fin du cycle d’échappement (la soupape est alors en cours de fermeture) et du début du cycle d’admission (la soupape d’admission commence à s’ouvrir). Dans les culasses à soupapes parallèles, la phase de croisement se fait sans risque d’accrochage car les soupapes – si je peux me permettre cette expression – font « chambres à part ». Dans les culasses hémisphériques (c’est notre cas) les soupapes peuvent entrer en conflit car elles font « chambre commune »; c’est à dire qu’elles se déplacent dans un espace en parti commun, sujet à interférences. Quand le croisement est important, à hauts régimes la soupape d’admission en s’ouvrant peut accrocher la soupape d’échappement si, pour une raison quelconque, elle n’a pas eu le temps de se refermer (ressort de rappel de soupape fatigué ou régime excessif provoquant l’affolement des soupapes par exemple). La soupape d’échappement étant autour de 750°C (rouge cerise), au mieux elle se tord mais plus fréquemment dans ce genre de situation, les deux soupapes restent coincées ouvertes dans la position d’accrochage. Pendant ce temps, le piston qui à fini sa descente remonte précipitamment pour comprimer les gaz … et en profite pour décoincer sauvagement les soupapes. Sous la violence du choc, la tête de la soupape d’échappement casse souvent et va martyriser le couple piston – cylindre qui va trépigner jusqu’à l’arrêt du moteur. Et en une seconde, le piston peut faire plus d’une centaine d’allers-retours! Ce point est donc très critique et il convient de lui porter une attention toute particulière pour minimiser autant que faire se peu ce risque de catastrophe.

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Une des premières choses de vérifiée sur notre culasse était de savoir suite à la nouvelle disposition des guides, quel était le croisement maximal acceptable entre les soupapes. On voit ici (surtout moi parce que j’ai pu mesurer) qu’on peut aller jusqu’à 6 mm d’ouverture simultanée, ce qui commence à être une valeur remarquable. Avec notre arbre à cames, les valeurs de croisement sont plus modestement de 4 et de 4,5 mm, ce qui nous laisse une marge confortable.

L’étape suivante a été d’adapter le profil et la sortie de nos conduits d’échappement pour les ajuster sur notre collecteur. Travail ingrat et fastidieux, mais obligatoire si l’on ne pas pas perdre trop de chevaux au passage. On commence avec une fraise « flamme » (c’est sa forme) et on fini à la toile-émeri. Encore une fois, j’ai de la chance, ce n’est que pour un quatre cylindres!

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Les sorties de conduit d’échappement sont maintenant de forme elliptique pour être  adaptés aux tubes du collecteur. Dire qu’aujourd’hui il y a des machines à commandes numériques qui travaillent en trois dimensions et qui font l’usinage bien mieux et bien plus vite: tu la démarres le soir et le lendemain matin c’est terminé. Il faudra également percer et tarauder pour installer trois goujons supplémentaires afin d’améliorer la qualité du serrage du plan de joint de la bride du collecteur d’échappement.

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Voila, les goujons supplémentaires sont en place. Comme ils débouchent dans la boite à eau, ils sont scellés au silicone.

L’usinage des conduits autour des sièges étant quasiment terminé, l’opération suivante consistait à faire un  embrèvement dans la chasse de chaque chambre de combustion pour laisser la place au toit de nos nouveaux pistons. L’usinage de cette empreinte en négatif de la tête du piston n’est pas commode à réaliser et je regrettais de ne pas avoir une petite machine à commandes numériques pour réaliser proprement cette cavité. L’ébauche a été réalisée « en terrasses » avec des fraises de différents diamètres. Pour la finition, un flexible avec une petite fraise et de la patience devrait pouvoir remplacer mes gouts de luxe!

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L’ébauche a été réalisée « en terrasses » avec des fraises de diamètres croissants.

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L’étape suivante consiste à supprimer les arêtes avec une petite fraise au bout d’un flexible. Arrivé à ce stade, on peut mesurer le volume de la chambre et en déduire l’épaisseur du plan de joint à supprimer pour obtenir le rapport de compression statique désiré.

Bien évidemment, pour obtenir un effet de chasse efficace, il fallait que l’espace compris entre le sommet du piston et la chasse de la culasse soit le plus faible possible … tout en s’octroyant une marge de sécurité pour tenir compte du cumul possibles des différents jeux de fonctionnement (maneton et axe de piston), de la dilatation et de l’extension de l’âme de la bielle. Pour imager ce phénomène de chasse, c’est un peu comme lorsque l’on frappe dans ses mains; le claquement produit est du à la vitesse supersonique de l’air violemment expulsé. Dans les valeurs communément admises, l’espace mini piston/chasse doit se situer selon les moteurs entre 0,8 et 1 mm. En dessous, les risques de conflits piston/culasse deviennent préoccupants et au dessus, l’effet de chasse trop atténué n’aura pas tous les effets escomptés. Avant de faire la finition des embrèvements, c’était le moment de vérifier avec un genre de pâte à modeler la hauteur du ciel au dessus de la tête de nos pistons gaulois. De cette valeur mesurée, il faudrait ensuite déduire la cote de diminution de l’épaisseur de notre culasse pour obtenir la valeur du jeu réel.

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Un morceau de pâte à empreinte est déposé sur la tête de chaque piston en vis à vis des chasses. On serre ensuite la culasse et on tourne gentiment le vilebrequin à la clé sur plusieurs tours. 

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La culasse est ensuite démontée et il n’y a plus qu’à mesurer l’épaisseur résiduelle de la galette obtenue pour avoir une idée du jeu. Résultats: il me manque 0,5 mm (j’ai toujours peur de creuser trop profondément); j’ai bien fait de faire la mesure avant que Dreyfus ne fasse la finition et le polissage des chasses car c’est un travail ingrat et fastidieux.

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On signal au passage que certains joints de culasse du commerce pompeusement dénommés « spécial 1800″ sont parfois très mal découpés. Il convient alors de jouer du ciseau pour réduire la largeur du joint caoutchouc qui devrait normalement s’encastrer dans le tenon du joint de culasse (le joint caoutchouc qui possède des picots de positionnement ne peut malheureusement pas être décalé).

Avec un arbre à cames retaillé et des poussoirs raccourcis, il nous fallait des tiges de culbuteurs un peu plus longues que celles d’origine. Le rabotage de 1,5 mm de la culasse et la réduction de la hauteur du piédestal de 0,8 mm n’étaient malheureusement pas suffisants  pour compenser la différence. Fort de nos précédentes expériences, nous avons abandonné les embouts coté culbuteurs en titane au profit d’un acier dur (100C6). Par contre, les rotules en zicral 7025 coté poussoir beaucoup moins sollicités ont été conservés. De plus, le tube des  tiges en titane utilisé étant légèrement plus épais que celui de notre précédente fabrication, celles ci qui de surcroit étaient de 2 mm plus longues ont naturellement pris de un peu plus d’embonpoint. Un nouveau dessin des embouts qui optimise un peu mieux la matière nous a permis de limiter l’inflation du poids à 1,5 g. Les tiges d’échappement (les plus longues) passent ainsi dans leur dernière version de 15 à 16,5 g. Rappelons que d’origine ces tiges pesaient 25 g et qu’elles étaient beaucoup moins résistantes au flambage.

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Suite:

Une fois la chasse de chaque chambre de combustion fini d’usinée, les volumes de chambre ont pu être mesurés. La soustraction entre cette mesure et le volume théorique requis nous a permis de déterminé l’épaisseur excédentaire du plan de joint qu’il fallait raboter sur la culasse pour avoir le rapport de compression espéré. Retour donc chez Michel Camus pour une dernière séance d’usinage de la culasse.

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Avec le retour de la culasse dans notre atelier, la balle est revenue dans notre camp et on va pouvoir terminer notre projet . On distingue ici les nouveaux sièges qui sont en bronze au béryllium et les nouveaux guides (en bronze également). On aperçoit la partie rechargée (zone ombrée) du passage d’eau à droite pour élargir la porté du joint de culasse autour du col de la chemise.

Le dernier usinage qu’il me reste à réaliser sur cette culasse est de refaire la porté des sièges de ressorts de soupape (avec le changement d’angle des guides, les ressorts ne sont plus d’équerre). Ensuite, ce sera un premier montage à blanc avec des ressorts de soupapes postiches pour contrôler avec de la pâte à modeler le jeu soupapes /  pistons avant d’aborder l’étape du remontage final. Ca tombe bien car l’espace qui nous est alloué dans ce blog est maintenant occupé à 99,8% …. et ça risque d’être dur pour incérer les dernières photos.

Et bien j’ai été trop optimiste et/ou j’ai parlé trop vite! Après contrôle du jeu soupapes / pistons à la pâte à modelé, je viens de m’apercevoir qu’il me reste encore à refaire un usinage supplémentaire que je n’avais pas du tout prévu: les lamages effectués sur les têtes de  piston pour laisser passer les soupapes sont trop petits! Je viens de m’apercevoir que je j’ai oublié de prendre en compte le changement d’angle des guides et il manque environ 1,5 mm d’espace latéral. Il me faut donc tout redémonter pour reprendre le fraisage des têtes de piston. Comme disait un jeu célèbre: « Retournez à la case départ mais ne touchez pas 20 000!!!

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On voit très bien ici l’empreinte laissée par la soupape dans la pâte à modelé … et le constat est sans appel. 

Dreyfus ayant été faire rectifier les faces internes de notre outil spécial à reprendre l’équerrage des sièges de ressorts de soupapes, on pouvait donc attaquer notre dernière opération d’usinage sur la culasse. L’objectif était triple: d’une part mettre la porté du siège d’équerre avec le nouvel axe du guide, d’autre part, adapter la cote du ressort soupape fermée à la valeur correspondante au tarage requis de nos nouveaux ressorts (en s’arrangeant pour que toutes les soupapes aient la même valeur) et enfin, supprimer l’épaulement du ressort interne vu que nos nouveaux ressorts en étaient dépourvus! D’origine, les ressorts portent directement sur la culasse sans siège interposé. Pour un moteur susceptible de prendre plus de 8000 tr/mn, malgré de gros efforts sur le poids des pièces de la distribution, le tarage des ressorts avait été revu à la hausse et était devenu conséquent. Dans cette nouvelle configuration, j’ai préféré interposer une cuvette en acier traité sous le ressort pour protéger la zone en reportant l’effort de friction à la base du ressort (un ressort hélicoïdal comprimé tend à se vriller) sur une surface dure. Il nous fallait donc majorer la cote ressort soupape fermée  d’autant en ajoutant l’épaisseur de la cuvette en acier (1,55 mm).

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Vue de l’outil spécial à surfacer les sièges de ressorts de soupapes qui permet de conserver un peu de matière autour des guides, favorisant ainsi la dissipation thermique de la queue de soupape.

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Comparatif entre un nouveau ressort (à gauche) et un ancien ressort d’origine. Avec moins de spires, bien que simple, le nouveau ressort est beaucoup plus raide que le combiné de droite. Le ruban interne (damper) ne sert qu’à filtrer les harmoniques par simple friction

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Détail de l’usinage obtenu: l’épaulement du ressort intermédiaire est supprimé et la partie autour du guide est conservée.

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On contrôle ensuite chaque hauteur de ressort sous chaque soupape en essayant de les « socialiser » (c’est à dire qu’on les aligne tous sur la valeur mesurée du siège le plus bas). La mesure indiquée sur notre palmer annulaire est en pouce. Celui-ci est un petit modèle dont la plage de mesure est comprise  entre 1,4 et 1,8 pouce (soit de 35 à 45 mm environ) et que j’utilisais pour la première fois. Grand moment de mystère pendant quelques instants ou les mesures avec et sans la cuvette étaient incohérentes. Ici, j’avais cru mesurer 1.688 pouce (soit environ 42,87 mm)

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En interposant une rondelle pour simuler l’épaisseur de la cuvette du siège que je voulais ajouter, je n’ais plus que 1.525 pouce (soit environ 38,74 mm). La différence mesurée était de 42,87 – 38,74 = 4,13 mm … mais ma rondelle ne faisait qu’1,8 mm d’épaisseur. Mystère!

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Après avoir fait trois fois les mesures en retrouvant chaque fois les mêmes valeurs, je me suis décidé à vérifier l’étalonnage de mon nouvel outil … et le mystère s’est dissipé. Là ou je croyais lire 1.683, il fallait interpréter 1.583. Le décalage du vernier m’avait enduit plein d’erreur

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Et là, que lis tu? Bravo, c’est bien 1.685  pouce et c’est la cote exacte qui correspond à notre hauteur du ressort soupape fermée (41,3 mm) majoré de sa cuvette.

A propos de la hauteur des ressorts de soupape, c’est le moment de rappeler ici que c’est la hauteur de celui-ci qui conditionne sa charge correspondante. Pour chaque type de ressort, les fabricants indiquent généralement le tarage soupape fermée avec la hauteur correspondante, la levée maxi autorisée (il ne faut pas aller jusqu’à ce que les spires soient jointives car le ressort se transforme alors en tube) et la charge correspondante à cette ouverture maxi. Généralement, la charge d’un ressort comprimé est proportionnelle à sa hauteur et il est possible d’extrapoler assez facilement les charges correspondantes pour toutes valeurs intermédiaires. Si par exemple un ressort (ou un jeu) offre une charge de 80 livres pour une hauteur de 40mm et une charge de 160 livres quand il est comprimé à 30 mm on en déduit qu’il a une caractéristique de charge de 8 livres par mm. L’ensemble de ces paramètres (hauteurs, charges) est naturellement à considérer quand se pose la question du choix des ressorts. Comme nous avions fait de gros efforts pour gagner du poids sur chaque pièce de la distribution, cela nous permettait de sélectionner des ressorts pas trop durs et partant, de minimiser la pression de contact des poussoirs sur les cames. Pour déterminer précisément la hauteur de ressort soupape fermée et l’épaisseur de la cuvette, il nous fallait déjà vérifier les caractéristiques des ressorts que nous envisagions d’installer.

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Voici un petit lien vidéo qui montre comment contrôler le tarage des ressorts de soupape quand on n’a pas l’appareil spécifique. Même si la précision obtenue n’est pas de trois chiffres derrière la virgule, cette mesure nous donne une bonne  approximation, largement suffisante pour vérifier la dispersion des tarages.

 La dernière opération d’assemblage sur cette culasses consiste à installer la rampe des culbuteurs. La hauteur des axes ayant été contrôlée selon la procédure décrite dans la page http://nanard289.unblog.fr/presentation/restauration-et-preparation-dune-berlinette-1600s-groupe-iv/la-preparation-du-moteur/la-culasse/controle-de-la-hauteur-du-piedestal/ , nos piédestaux ont du être rectifiés  de 0,8 mm pour garantir une bonne géométrie du doigt du culbuteur en fonction de la nouvelle levée des soupapes.

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La rectification des piédestaux se fait en deux temps: on commence par surfacer la partie supérieure de l’ensemble pour garantir une bonne surface de référence commune. Le groupe de droite vient d’être rectifié, le groupe de gauche en cours d’assemblage attend son heure

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Ensuite, après retournement, on peut supprimer l’épaisseur requise en conservant l’intégrité de l’alignement des axes.

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On commence par assembler le piédestal N°1, celui par où arrive l’huile sous pression et qui possède un conduit transversal pour mettre en communication les deux rampes (admission et échappement). A ce titre, le goujon central qui permet la fixation du couvre culbuteur et dont le fond du taraudage débouche dans le conduit d’huile sous pression est monté à la Loctite étanche pour prévenir tout risque de suintement par le filetage. Les bagues internes de rattrapage de ce premier palier qui reçoivent nos nouveaux axes (ils ont un diamètre plus petit du au montage des cages à aiguilles) sont percées pour assurer le passage d’huile transversal. Elles sont bloquées en rotation par une vis à téton pour garantir l’indexage permanent des trous avec le conduit. 

Nous venons de recevoir les sièges de ressort de soupape et bien qu’étant prévus pour nos ressorts, il nous fallait malgré tout les adapter au diamètre externe des bossages de guide (ou du moins ce qu’il en restait). L’acier de ces sièges étant d’une dureté remarquable, il nous a fallu utiliser un outil avec une plaquette en carbure pour pouvoir mordre dans la matière.

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A droite un siège de ressort standard (fabriqué par Lunati)  et  à gauche le même que nous avons adapté à notre bossage de guide. L’épaulement de cette grosse rondelle correspond exactement au diamètre interne de nos ressorts (Lunati également et qui sont simples), ce qui permet de les centrer aussi en pied.

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Le premier siège est en place … et ça se présente plutôt bien.

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Dernier contrôle de la hauteur du ressort soupape fermée, histoire de s’assurer que nos conversions de pouce en mm étaient correctes.

Avant de procéder au montage des soupapes, la dernière opération consiste à les roder sur leurs siège. Normalement, lorsque les sièges ont été rectifiés cette opération est souvent superflue mais ce n’est pas toujours le cas. Pour se convaincre de la nécessité de cette opération, il suffit de faire un test d’étanchéité. Plusieurs méthodes existent et elles sont plus ou moins commodes à mettre en œuvre.  Jusqu’à maintenant, j’utilisais de l’essence que je versais dans chaque conduit mais ce n’est pas vraiment pratique. Avant chaque contrôle, il faut remonter le ou les ressorts et mettre la culasse en position verticale pour pouvoir verser l’essence. On observe ensuite s’il y a des suintements éventuels. Michel Camus utilise une méthode de contrôle que je trouve beaucoup plus élégante et facile à mettre en œuvre. Il utilise une pompe à vide raccordée sur un embout qui vient obturer le conduit de la soupape à contrôler. Pour effectuer le test, il suffit de mettre la pompe en service et de regarder la dépression obtenue. Avec une soupape bien étanche, la dépression tombe en dessous de 0,3 bar absolu et en trente secondes, les huit conduits d’une culasse sont contrôlés, sans qu’il soit nécessaire de mettre les ressorts en place. La dépression suffit pour maintenir la soupape sur son siège. Une soupape légèrement fuyarde ne descend pas en dessous de 0,6 bar asb. Séduit par cette méthode, j’ai donc entrepris de me fabriquer un testeur « Camus » que je détaillerai ultérieurement dans un article dédié au contrôle d’étanchéité des soupapes.  

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Voilà, la mise en place du premier ressort s’est faite sans difficulté particulière. Bon, on a de la chance, ce n’est pas un moteur à cinq soupapes par cylindre.

Le dernier morceau de notre puzzle est maintenant prêt a venir boucher le gros trou qui restait au dessus du moteur. Les goujons sont en maintenant en place et après un dernier contrôle de la propreté des surfaces et des joints, on peut refermer le couvercle.

Sur ce moteur culbuté dont l’arbre à cames a été placé le plus haut possible dans le bloc, les poussoirs font partie de la culasse. C’est donc l’endroit pour en dire deux mots. Avec un arbre à cames fraichement retaillé, il est bien sur fortement recommandé  d’installer des poussoirs neufs, ou du moins ayant une face d’appui en excellent état. Nos poussoirs de récupération étant usés, il fallait trouver un moyen pour leur donner une cure de rajeunissement à bon marché et éviter un investissement supplémentaire. La solution adoptée nous ayant donné de bons résultats, voici comment nous avons procédé:

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Une meule à rectifier est montée sur le mandrin du tour et la rectification se fait en plaquant le poussoir sur la face latérale de la meule qui tourne a vitesse réduite. Il faut en même temps tourner le poussoir pour obtenir un bon état de surface. L’opération prend de 3 à 5 mn par poussoir selon leur degré d’usure.

La qualité de l’ajustage de la liaison rotulée entre les tiges de culbuteur et les poussoirs peut être contrôlée très facilement. Avec les nouvelles tiges que nous avions fabriqué, il nous fallait vérifier le jeu éventuel de cet assemblage. Pour cette opération, il suffit de mettre un peut d’huile à l’extrémité de la tige, de la presser ensuite dans la rotule femelle du poussoir … et de soulever. Malgré la faible surface de contact, quand l’ajustage est correct (moins de 4/100èmes de jeu) le vide maintien les deux pièces entre elles.

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Nos poussoirs fraichement rectifiés mis en place avec la face d’appui graissée, il n’y a plus qu’à faire glisser la culasse le long des goujons pour la mettre en place sur le bloc moteur.

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La culasse est en place et on peut remettre les puits de bougie avant d’installer la rampe des culbuteurs

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Avant serrage de la culasse, les têtes de goujons et les rondelles sont enduites de graisse anti-seize qui réduit très sensiblement les frictions du serrage.

Le remontage de la culasse est maintenant terminé. Les tiges de culbuteur sont en place et on a pu contrôler les valeurs d’ouverture des soupapes. Curieusement, le changement d’angle des guides de soupape a légèrement affecté à la baisse le ratio du bras de levier des culbuteurs.

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Les tiges de culbuteur sont maintenant en place. Cette dernière opération termine la page  »culasse spéciale Drink Team ». On va pouvoir contrôler le calage de l’arbre à cames et vérifier les compressions de chaque cylindre. La phase construction se termine ici; elle va céder le pas à la phase test.

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Contrôle de l’ouverture de la soupape d’admission sur le cylindre N°1. La valeur lue (avec un jeu de culbuteur 0,5 mm) est un peu plus faible que la valeur théorique attendue (11,1 au lieu de 11,3 mm)

Le contrôle des compressions nous ayant réservé une surprise désagréable (voir la page du banc de tests), il nous a fallu faire marche arrière et déculasser pour diagnostiquer l’origine de notre problème. Après vérification, un défaut d’étanchéité a pu être mis en évidence au niveau d’un petit trou de passage d’eau qui maintenant se retrouve trop prêt du bord du cylindre. Il nous a donc fallu de nouveau faire appel aux bons services de Michel Camus pour qu’il recharge la zone critique afin de déplacer le trou de quelques mm pour augmenter la surface de contact du joint.

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Photo comparative de la position du trou de passage d’eau dans la culasse avant (à gauche) et après modification.

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Avant de remonter la culasse sur le bloc, j’effectue cette fois un contrôle préalable de l’étanchéité du plan de joint en adaptant une petite platine munie d’une valve de pneu à la place de la pompe à eau et en boulonnant la plaque de rectification avec le joint de culasse qui dans ce cas va simuler le bloc moteur et obturer les passages d’eau. Il n’y a plus qu’à mettre le circuit d’eau de la culasse sous pression avec un compresseur d’air (entre 2 et 3 bars c’est largement suffisant) et à vérifier avec de l’eau savonneuse chaque chambre de combustion autour de la porté du joint pour détecter des fuites éventuelles.

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Et bien ça y est, la culasse est de nouveau en place et nous voici de nouveau prêts pour un second test de mesure des compressions. Toutefois, avant de pouvoir actionner le démarreur, il nous faut rajouter un bout de durite aviation entre le nouveau connecteur de retour du radiateur d’huile et la plaque sandwich du filtre. Nous avons en effet modifié le circuit de graissage pour ajouter un régulateur de pression d’huile réglable ainsi que des raccords intermédiaires, histoire de faciliter le raccordement des durites une fois le moteur installé dans son compartiment.

Depuis le début de nos premiers essais, nous galérons avec des problèmes récurrents d’étanchéité de notre joint de culasse. Mais aujourd’hui, la coupe est pleine et j’ai décidé de mettre le fameux joint « spécial 1800″ - acheté il y a quelques mois chez un « spécialiste » -  à sa vraie place … c’est à dire à la poubelle! En mécanique comme en matière culinaire, si l’on ne dispose pas de bons produits de base, on ne peux rien espérer préparer de bon. La solution de notre problème doit passer par la réalisation d’un joint fait sur mesure pour s’adapter parfaitement à nos contraintes spécifiques. La première étape était donc de faire machine arrière pour exprimer clairement nos besoins en faisant un croquis détaillé indiquant les modifications attendues. Il suffirait ensuite de trouver une société spécialisée dans la fabrication de joints de culasse pour résoudre notre problème et débloquer une situation stagnante dans laquelle nous étions en train de croupir!

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… La première étape était donc d’exprimer clairement nos besoins en faisant un croquis détaillé indiquant les modifications attendues.

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Croquis indiquant les principales modifications à réaliser par rapport à un joint standard. Les axes des cylindres sont légèrement déportés et leurs trous agrandis. Les passages d’eau d’extrémité sont légèrement réduits et les « steam holes » des cylindres 1, 2 et 3 sensiblement décalés. Ces modifications visent à augmenter les distances avec les bords des cylindres qui suite à nos modifications étaient devenues critiques. Parallèlement, la culasse a été rechargée et réusinée pour décaler d’autant les passages d’eau critiques. 

Les vieilles culasses sont parfois capables de nous réserver des surprises désagréables. La notre s’est révélée poreuse dès la première petite montée en température du moteur en crachant une fumée blanche à l’échappement. Avec notre nouveau joint de culasse sur mesure et nos compressions toujours bonnes, le problème venait forcément d’ailleurs. Après démontage, ayant mis la culasse sous pression d’air, on entendait un léger sifflement dans le conduit du cylindre N°3.

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Les vieilles culasses sont parfois capables de nous réserver des surprises désagréables…

Dans les blocs moteurs ou les culasse en aluminium, la corrosion électrochimique est destructive et poursuit insidieusement son œuvre au fil du temps. Les nouveaux liquides de refroidissement permettent de lutter contre ce fléau mais n’ont malheureusement pas toujours été utilisés par les précédents propriétaires. Il existe pourtant des signaux indicateurs qui peuvent mettre en garde sur l’état de santé général de cette pièce, mais comme j’avais déjà utilisé sans bonheur la culasse la moins corrodée, il ne me restait plus qu’une seule vieille cartouche qu’il nous fallait maintenant réparer. Naturellement, une fois de plus, on allait confier cette délicate opération de rechargement à Michel Camus pour tenter de sauver l’essentiel de notre travail.

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 Il existe pourtant des signaux indicateurs qui peuvent mettre en garde sur l’état de santé général de cette pièce …

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La réparation est maintenant terminé et par mesure de sécurité, Michel Camus a creusé et rechargé la zone critique et ses environs.

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L’excédent de métal a été grossièrement  fraisé et il ne reste plus qu’à faire un petit polissage de finition …

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… et à repasser un petit coup d’alésoir pour nettoyer l’entrée du guide.

Pour terminer cette campagne de lutte contre la porosité de la culasse, nous avons également revêtu les parois internes du circuit de refroidissement avec une peinture époxy spéciale. Pas commode de peindre les circuits internes d’une culasse direz vous! Effectivement, les zones d’accès sont très restreintes et il n’est pas envisageable de pouvoir introduire un pinceau. Après un nettoyage à l’eau acidulée et un dégraissage à l’acétone du circuit d’eau de la culasse, nous avons retiré la pastille de désablage centrale et aménagé un puits pour pouvoir faire une coulée de peinture interne. Après avoir bouché tous les trous de communication du circuit d’eau, la répartition de la peinture en interne se fait gravitairement par différentes orientations successives de la culasse avec une petite pose entre chaque manipulation.

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Le démontage d’une pastille de désablage est destructif et elle doit être remplacée. Ce n’est pas du luxe car sa surface interne était fortement corrodée.  Il faut la percer au centre pour pouvoir  ensuite la sortir avec un tournevis comme un vieux joint spi.

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La peinture spéciale vient d’être coulée au centre. Il n’y a plus qu’à mettre un bouchon en liège et à secouer l’ensemble pour répartir la peinture à l’intérieur!

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Voilà, la troisième couche est à peu près sèche …

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… et on tourne un nouveau bouchon en dural qu’on peut maintenant presser  pour remplacer la vieille pastille et fermer ce fâcheux chapitre. Après ce long moment de diversion, la phase remontage va enfin pouvoir commencer.

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Voilà, la culasse vient d’être remise en place avec son nouveau joint en cuivre. J’en ai profité pour remplacer les tubes en acier des canalisations des injecteurs par de la durite aviation qui accepte des hautes pression sans effets capacitifs (pas d’augmentation de volume  sous la pression).  La tension de la courroie de la pompe à injection étant obtenue en déplaçant la pompe, les liaisons souples évitent toute contrainte mécanique. Les raccords spéciaux pour se connecter sur les injecteurs et sur la pompe (M12 x 150) ont été fournis par Michel Camus.

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Par nanard289
Le 25 décembre, 2012
A 13:55
Commentaires : 24
 

24 Commentaires

1 2 3
  1.  
    Maurel
    Maurel écrit:

    Bonjour Bernard,
    Concernant les tailles de soupape, je te donnais simplement une info pour avoir passer des culasses en banc de soufflerie. Il n’y a pas d’idées préconcues dans cette démarche, simplement un retour d’experience d’un préparateur passionné.
    Le fonctionnement d’une culasse tient compte de paramètres aerodynamique, qui par définition sont difficilement calculables, l’ouvrage que tu mentionnes est une bonne approche, mais les calculs tiennent compte de trop d’approximation pour coller à la réalité.
    Mes commentaires sur ton blog étaient uniquement dans le but de partager des informations concernant ce moteur 807 que j’affectionne.
    Cordialement
    N. Maurel

    •  
      nanard289
      nanard289 écrit:

      Bonjour Nicolas,
      Ne prends pas mal mes propos à l’égard des traditions de préparateurs en général et sur la taille optimale des soupapes en particulier. Flow bench ou pas, il faut admettre que l’évolution des performances des moteurs quatre temps sur ces quarante dernières années est passé par l’augmentation de la section de passage des gaz en multipliant les soupapes, à défaut de pouvoir augmenter leur diamètre qui à partir d’une certaine valeur crée des soucis de mise en oeuvre. Sans vouloir le moins du monde remettre tes constats en cause, si tu obtiens en soufflerie un débit identique en utilisant des soupapes d’admission de 44mm par rapport à des soupapes de 43 (à ouverture équivalente évidemment), tu dois forcément avoir une restriction ailleurs qui est à l’origine de cette limitation. Pour l’échappement, c’est sur, des soupapes de 37mm suffisent largement compte tenu du goulot d’étranglement que constitue le conduit dans la culasse que l’on ne peut aménager convenablement que par l’artifice d’un « tubage » (opération lourde et délicate). C’est là je crois que se situe l’un des maillons faibles de notre moteur préféré. Pour le reste, on est bien d’accord: les calculs donnent une bonne approche mais seules les mesures comparatives permettent de valider telle ou telle solution.
      Cordialement
      Bernard

  2.  
    Maurel
    Maurel écrit:

    Bonjour Bernard,
    En réalité, j’ai passé des culasses au banc de soufflerie. Je me suis aperçu qu’une configuration Mignotet en 43/37 (pas necessaire de desaxer les sièges et guides), marchait nettement mieux qu’une configuration type carcreff ou autre en 44/39.
    Etonnant mais l’admission débite plus.
    Fais attention au rapport volumetrique, ces moteurs n’aiment pas des rapports élévés. Sur mon alpine en 1950 avec laquelle je courais j’avais un taux de 10,3.
    Pour info je confirme que l’on peut monter un vilo de clio en course longue, mais c’est du boulot dans le bloc.
    Parcontre bravo pour les chemises, c’est vraiment une bonne idée, tu vas peut-être avoir du mal à trouver un joint avec le bon entraxe. Cordialement N.Maurel

    •  
      nanard289
      nanard289 écrit:

      Bonjour Nicolas
      Indépendamment des expériences du passé de tel ou tel préparateur réputé qui peuvent effectivement encore servir de modèle pour certains, je suis parti pour la conception de notre moteur « spécial Drink Team » sans aucun à-priori ni idées reçues. Nos seules contraintes ont été d’utiliser un maximum de pièces d’origine pour réaliser notre projet afin de réduire les coûts de construction (les pièces Renault largement diffusées restent d’un prix tout à fait abordable) mais également de conserver les technologies de l’époque dans l’esprit des années soixante dix. Dans les concessions faites aux moyens modernes, nous avons utilisé les machines à commandes numériques pour les usinages délicats et les logiciels de calcul pour vérifier le dimensionnement de chaque pièce fondamentale. C’est ainsi par exemple que nous avons été amené à augmenter la longueur des bielles ou bien à diminuer les diamètres de leurs têtes. Pour le choix des soupapes, il faut admettre que le seul diamètre n’est pas à lui seul un facteur dimensionnant et que la section de passage des gaz est liée à la fois à la durée de son ouverture et à sa levée. Bien d’autres facteurs comme la valeur de l’alésage, la vitesse du piston, la forme du siège ou le type d’arbre à cames influencent l’écoulement des gaz. Il suffit pour s’en convaincre des visiter les différents sites Internet de Monsieur Bruno Geoffroy qui par ses approches mathématiques démontre fort bien les interactions de ces différents paramètres.
      http://formameca.free.fr/formation/national/moteurs/RES/Distribution%20Soupapes.pdf
      Partir sans idée préconçue est je crois la seule façon de pouvoir innover; pour le reste, le temps se chargera de nous indiquer nos erreurs.
      Cordialement
      Bernard

  3.  
    Maurel
    Maurel écrit:

    Bonjour, je travaille aussi sur un moteur d’alpine en cylindrée augmentée.
    Pour avoir passer des culasses en soufllerie, les soupapes 44/39, n’apporte rien par rapport à des soupapes 43/37.
    Je serais intéréssé par echanger des infos.
    Me contacter par mail.
    Cordialement. N. Maurel

    •  
      nanard289
      nanard289 écrit:

      Bonjour Nicolas,
      Tout d’abord merci de ton intérêt pour ce blog. A propos de la perméabilité de la culasse, il me parait audacieux d’affirmer que des soupapes de diamètre majoré n’améliorent pas les flux gazeux sans autres explications. Il convient de rappeler simplement qu’une chaine ne valant que par son maillon le plus faible, il ne sert effectivement à rien de monter des grosses soupapes si en amont ou en aval, le débit gazeux est « châtré » par une section étriquée d’un conduit. Il ne sert effectivement à rien par exemple de monter des soupapes d’échappement supérieures à 37mm de diamètre puisque les passages d’eau autour du conduit interdisent d’avoir une section de passage (et donc un flux gazeux) plus importante. Dans le cas de l’admission, ayant adopté non pas des carburateurs busés à 38 ou 40mm mais un système à injection d’un diamètre de 43mm avec des conduits dans la culasse largement agrandis, la perte de charge du conduit devient dans cas limité par la section de passage de la soupape (diamètre et levée) et la simple utilisation d’un diamètre de 44 ou 45mm améliore déjà sensiblement les flux gazeux à hauts régimes. Dans le même esprit, il est souvent admis qu’une levée de soupape d’admission supérieure au quart de son diamètre ne sert à rien. Il convient là encore dans ce cas de nuancer cette affirmation en vérifiant au préalable où se trouve le maillon faible du conduit!
      Cordialement
      Bernard

  4.  
    LE CARDINAL François
    LE CARDINAL François écrit:

    Bonjour Nanard.
    L’usineur à qui j’ai confier ma culasse pour la modif des diametres de soupapes,me demande quelle est la cote décartement en mm entre les soupapes au moment du croisement que vous avez retenu? C’est juste pour avoir une valeur,car cela depend de l’arbre à cames.Pour ma part j’ai fait rectifier un r16 tx en Savoy S11.
    Dans l’attente d’une reponse je vous remerci pour le super site que vous avez creer.
    Salutations François.

    •  
      nanard289
      nanard289 écrit:

      Bonjour François
      La question de ton usineur est pertinente et prouve que son approche professionnelle est sérieuse. Bien évidemment, la cote d’écartement dépend des caractéristiques de l’AàC mais également des diamètres de soupapes retenus. Je ne connais pas les caractéristiques d’un S11 de feu J-C Savoye mais en prévoyant avec une levée de croisement de 4mm un jeu minimum d’écartement de 1,5mm associé à un tarage de ressort sérieux (les valeurs de 40kg soupape fermée et 80kg soupape ouverte sont communément retenues) tu dois être tranquille. Pour le passage en grosses soupapes (44/37 et plus), cette contrainte oblige à revoir l’angle d’inclinaison des guides d’origine de -1,5° (c’est la solution que j’ai retenu) ou bien (mais je n’aime pas trop cette méthode) utiliser des guides dont l’axe de la queue de soupape est décentré (ce qui se traduit par un contact dégradé entre le doigt du culbuteur et la queue de soupape).
      Cordialement
      Bernard

  5.  
    LE CARDINAL François
    LE CARDINAL François écrit:

    Bonjour.Pouvez vous m’expliquer la metode pour demonter et remonter les tubes de puit de bougies sans tout abimer?
    Je vous enverai des photos du travail que j’ai realiser sur ma cullasse 1600cc vous me dirai ce que vous en penssé.
    Salutations et bon année 2013.

    •  
      nanard289
      nanard289 écrit:

      Bonjour, Effectivement, le démontage de ces puits n’est pas une opération facile. La partie du tube emboitée dans la culasse est légèrement conique et collée! Donc c’est bien coincé. Pour tenir correctement l’extrémité du tube sans l’écrasé, j’ai réalisé un manchon épaulé (Di: 28mm, De 31mm) au tour pour qu’il puisse s’emboiter sans jeu dans le tube sur 25 ou 30mm (comme c’est en tube type roulé-soudé-pas-cher, ne pas hésiter à limer la soudure interne pour améliorer la précision de l’ajustage). Ensuite, direction le tour ou j’ai utilisé le mandrin pour serrer fermement l’extrémité du premier tube après le petit épaulement qui maintien la cuvette porte joint (il faut commencer par un tube d’extrémité). La mise en contrainte est ensuite faite avec un cric et un choc (ou plusieurs) avec un maillet permet de décoller le puits. Pour le remontage c’est plus facile: mettre de la colle (genre loctite) sur le coté portée conique (l’extrémité où il y a un petit chanfrein) et toujours avec le manchon épaulé, un coup de maillet remet tout en place.
      Bon courage pour la suite de tes opérations.

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