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Fabrication des tiges de culbuteur (mise à jour le 23 Mars 2014)

La fabrication des tiges de culbuteur

Après avoir raccourci de 2 mm mes poussoirs et avec l’utilisation d’un arbre à cames retaillé, il me fallait évidemment utiliser des tiges de culbuteur un poil plus longues que celles d’origine. La vis de réglage sur le culbuteur peut en théorie rattraper cette différence mais quand elle est dévissée de plus de deux tours, cette partie du culbuteur est alors malheureusement fragilisée pour une utilisation à hauts régimes. C’était donc une nécessité de refaire des tiges sur mesure. De plus, celles d’origine qui ressemblaient à des gros clous en acier n’avaient pas une très bonne réputation quant à leurs aptitudes à supporter les contraintes des hauts régimes: elles plient quand elles sont fatiguées! Ces tiges étaient d’ailleurs fabriquées selon la même technologie innovée pour les fameuses 4CV! C’est dire si les études de conception étaient amorties! Une simple tige en acier plein de 6mm de diamètre estampée à chaque extrémité pour obtenir les rotules avec une trempe à induction pour durcir les surfaces. Là encore, les impératifs de prix de revient et de grande série avaient dictés leur loi. Je me proposais donc de refaire des tiges plus légères – et plus résistantes – en reconduisant le principe du tube avec embouts rapportés selon une technologie déjà très utilisée dans les années cinquante. Outre le gain de poids que permet cette technologie (environ 50% par rapport à une conception vétuste) on peut couper le tube exactement à la longueur voulue et faire des tiges « sur mesure » à la longueur parfaitement adaptée aux nouvelles conditions de mise en oeuvre. Là encore j’ai du faire pas mal d’essais avant d’obtenir un résultat satisfaisant. Mes premières tentatives ont été réalisées avec des tubes étirés de 8×6 en zicral (7025). Puis ayant eu l’opportunité d’acheter des chutes de tube en titane chez un sous-traitant américain de l’industrie aéronautique, j’ai revu ma copie pour finalement obtenir un résultat qui dépassait mes espérances tant en solidité qu’en légèreté. Voici comment j’ai procédé:

Comme dans une recette de cuisine, commençons tout d’abord par les ingrédients nécessaires:
-  800 mm de tube titane grade 5 (nuance Ti 6Al-4V) diamètre externe 3/8″ (environ 9,60mm) et épaisseur 0.042″ (environ 1 mm). Ce tube sera utilisé pour faire le corps de chaque tige.

- 200mm de rond en zicral  7075 d’un diamètre 10mm pour faire les embouts rotules mâles (coté poussoir).

-  200 mm de rond en acier stub (100C6) diamètre 10 mm pour faire les embouts femelles (coté culbuteur)

On peut rappeler ici qu’à section égale, un tube est environ trois fois plus résistant au flambage qu’un rond plein. Dans notre cas, la section du tube de titane est équivalente à celle du rond d’acier d’origine, mais les caractéristiques mécaniques du tube 6AL-4V sont encore supérieures à celle d’un acier dur. On estime donc que nos tiges sont quatre fois plus résistantes à la flexion que celles d’origine 

 

 La première opération consiste à tronçonner à la disqueuse le tube de titane à la longueur requise pour chaque tige (oubliez la scie à métaux: c’est impossible) majorée d’environ 4mm  (la découpe à la disqueuse ne laisse pas une surface propre car la matière fusionne). Comme j’utilise des chutes de tube de longueur variable (entre 200 et 330mm) et comme les tiges d’admission sont plus courtes que celles d’échappement, il ne faut pas hésiter à combiner ces deux longueurs pour minimiser « les chutes de chutes! »

Usiner ensuite au tour chaque extrémité des tubes tronçonnés pour obtenir une coupe propre avec des arêtes nettes et mettre les tiges à la longueur voulue. Même pour l’industrie aéronautique, les tubes de titane ont de légères variations de diamètre interne qui font parties de leurs tolérances de fabrication. Pour s’affranchir de cet inconvénient, il faut réaléser le diamètre interne à chaque extrémité à une valeur légèrement supérieure de la cote maxi pour garantir un ajustement constant avec les embouts

Tourner le rond de zicral (alliage léger 7075) pour faire les embouts mâles qui seront installés coté poussoir (voir plans et photos de la réalisation). Le faible angle d’oscillation coté poussoir ne sollicite pas la rotule outre mesure et le zicral convient parfaitement. Par contre coté culbuteur, l’oscillation de la tête de la tige dans la rotule du culbuteur est beaucoup plus importante et le zicral ne convient plus.  Il faut un métal plus dur  pour réaliser l’embout femelle. Après bien des essais infructueux avec différents titanes, nous avons fini par adopter un acier 100C6 (genre stub)  auquel on a fait subir après usinage une trempe à l’huile suivi d’un revenu. 

Plan embouts tige culbu

Dans le rond de zicral, on fait un épaulement sur 8 ou 9mm de long dont le diamètre correspond au diamètre interne du tube majoré de 3/100 èmes de mm pour obtenir un emmanchement pressé.  On fait aussi conformément au plan un trou au centre pour supprimer un peu de matière inutile. La tête sera usinée ultérieurement une fois l’embout emmanché dans le tube.

Procéder de la même manière avec le rond en acier pour faire les embouts femelles (voir plans et photos de la réalisation). L’extrémité de cet embout qui va être ensuite pressé dans le tube, doit être majoré de 2 à 3/100èmes par rapport au diamètre interne du tube.

 Dans les difficultés de la réalisation, l’usinage des rotules mâles constitue le problème principal. Pour la rotule femelle, (celle dans l’embout en acier) j’ai utilisé une fraise sphérique rectifiée au bon diamètre. Pour la rotule mâle (usinée dans le rond de zicral), j’ai fait l’usinage avec un outil spécial que je me suis fabriqué.

La rotule mâle est tournée avec un porte outil articulé sur un axe vertical pour réaliser la partie sphérique. Cet un outil archaïque mais le résultat obtenu est satisfaisant en y allant gentiment. 

L'outil a tourner les spheres

 Si avec une goutte d’huile la rotule mâle fait ventouse dans l’alvéole du poussoir on peut dire que l’ajustement est satisfaisant (c’est le vide qui maintient les pièces entre elles)

 Comparatif des tiges de culbuteur entre celles d’origine (les gros clous au centre) et celles refaites (2mm plus longues). Le tube de gros diamètre des nouvelles tiges renforce le moment de flexion 

Comparatif des tiges de culbu

Indépendamment du temps nécessaire à la réalisation (j’ai passé en fait plusieurs semaines à faire différents prototypes avant de trouver La solution qui nous convenait) le coût de ces pièces en regard de la qualité obtenue est très attractif. Le poids d’une tige acier d’échappement d’origine est de 25g (pour une longueur de 110mm). Mes nouvelles tiges en titane (dont la longueur a été passée à 112 mm sur le 1600) font seulement 14g et me semblent impossible à cintrer. Pour le problème du coefficient de dilatation de ces nouvelles tiges et du jeu aux soupapes qu‘il convient de prévoir, je n’ai pas encore fait de mesures comparatives (mon épouse ne veut plus que j’utilise son four pour faire mes tests depuis que j’y ai oublié des roulements à billes que j’avais mis à préchauffer)  mais pour l’instant je fais comme beaucoup d’entre vous, je fais les réglages de culbus à chaud en reprenant les valeurs de jeu d’origine.

Poids d'une tige de culbu

Les quelques amateurs qui désireraient recevoir un modèle de tige (ou un jeu complet) pour moteur 1600S (ou 1800)  peuvent nous contacter en message privé en précisant la longueur exacte requise.

IMG_1099

Les nouvelles tiges de longueur majorée sont parfaitement cylindriques. On contrôle facilement leur rectitude en les faisant simplement rouler sur un marbre

On a vu dans la page de « l’arbre à calmes du 1800″ que suivant le principe d’un arbre à cames retaillé, l’augmentation de l’ouverture de la soupape ne se fait pas avec un poussoir qui monte plus haut dans son guide, mais par un poussoir qui descend plus bas sur un pied de came réduit. A ce titre, les tiges de culbuteur deviennent très souvent trop courtes (surtout avec une came sévèrement retaillée) et  pour éviter de dévisser à outrance les vis de réglages des culbuteurs, il est préférable d’utiliser des tiges plus longues. Pour déterminer leur longueur idéale, on peut procéder ainsi: culasse installée, les vis de réglage de chaque culbuteur étant vissés sur la totalité de leur filetage (voir photo ci-dessous), il suffit de compter le nombre de tours à faire pour obtenir un jeu de culbuteur de 1,5 mm. Ces vis de réglage étant au pas de 100, chaque tour de rattrapage se traduira par une longueur supplémentaire de 1 mm. On s’alignera évidemment sur la correction la plus faible pour avoir des tiges d’une longueur identique.

IMG_1213

Les vis de réglage sont initialement vissées sur la totalité de leur filetage. On compte ensuite le nombre de tours de serrage à effectuer pour obtenir un jeu de 1,5 mm sur la queue de soupape. La vis de réglage étant du M8 au pas de 100, si on fait par exemple 3,5 tours pour avoir les cales serrées sur la queue de soupape, il convient de rallonger les tiges de 3,5 mm.

IMG_1211

Photo comparative de la longueur de nos tiges de culbuteur avec celles d’origine. Le diamètre de pied de notre came ayant été très sensiblement réduit, associé au décalage des nouveaux sièges de soupape, nos tiges de culbuteur ont du être rallongé de 4 mm pour avoir une vis de réglage de desserré seulement entre un et deux tours.

Dans :
Par nanard289
Le 29 août, 2011
A 0:49
Commentaires : 12
 

12 Commentaires

1 2
  1.  
    MAUBR
    MAUBR écrit:

    Bonjour Monsieur,
    je me suis penché sur votre travail concernant le moteur 1800 Alpine, je trouve vos réalisations très intéressantes et notamment le travail sur la rampe de culbuteurs, des tiges de culbuteurs ainsi que des poussoirs. j’aimerais savoir si vous pouvez me faire des poussoirs que je pourrais vous fournir (état neuf) ainsi que les tiges de culbuteurs qui vont avec. J’ai bien le tour mais celui ci manque de précision pour faire le beau travail que vous effectuez. Si cela est possible pouvez vous m’indiquer le prix.
    Je me penche actuellement sur votre rampe de culbuteurs que je trouve ingénieuse et que j’ai présenté aux élèves de notre lycée
    J’utilise cette alpine A110 en 1860 en championnat de France de la montagne VHC et j’aimerais améliorer les performances de ce moteur.
    Merci de ce très beau travail et présentation
    Cordialement.

  2.  
    Dom
    Dom écrit:

    Bonjour, je cherche des tiges de culbu pour un 5 alpine ,
    auriez-vous cela ou pouvez-vous les faire…?
    Cordialement.
    Dom

    •  
      nanard289
      nanard289 écrit:

      Bonjour Dom,
      De mémoire, le moteur du R5 Alpine a une culasse prévue pour des passages de tiges qui sont longues et fines. Le tube titane que j’utilise pour les moteurs 1600S a un diamètre externe de 9,65mm ce qui doit être un peu trop gros pour ta culasse. De plus, les embouts coté poussoirs et culbuteurs ont des rayons de sphère un peu plus petits que celles du 1600S (j’ai du en faire faire une petite série car mon tour n’avait pas la précision requise pour pouvoir les réaliser convenablement moi même). Je ne peux donc pas répondre à ta demande mais surement que Michel Camus (préparateur de moteurs de compétition que tu peux joindre au 0614248414) pourra subvenir à tes besoins ou à défaut, t’orienter vers le fournisseur compétent … si il existe!
      Cordialement.
      Bernard

  3.  
    gralan
    gralan écrit:

    Bonjour ,deux points m intéresse particulièrement ,ce sont l allégement des poussoirs ,et celui des tiges de ,culbuteurs ,car je m occupe de moteur Ford 1000 F 3 classic dont la base est le moteur Ford Kent bien connu ,et qui en course prennent des régimes pouvant aller jusqu à 10500 tm ,donc problème de poussoirs fréquents ,amenant la destruction du bloc ! Je n ai pas très bien compris la technique que vous utiliser ,et qui paraît fort intéressante .En tout cas bravo pour le très beau boulot effectue .Alain

    •  
      nanard289
      nanard289 écrit:

      Bonjour Alain
      Avec un bloc Ford F3 on est dans des mécaniques pointues qui s’apparentent à des mécaniques de moteur de moto. Le poussoir travaille principalement en compression, mais aussi – selon la rampe plus ou moins brutale de la came – un peu en flexion. La modification que j’ai faite est simplement de rendre creux des poussoirs massifs, ce qui m’a permis de gagner environ 40% de poids. Dans ton cas (10500 tr/mn), je crains que tes modifications doivent également passer par une augmentation du diamètre des poussoirs pour améliorer leur guidage rendu plus difficile par des cames agressives. Pour les tiges de culbuteur, c’est beaucoup plus facile à réaliser. Les tiges sont en trois pièces: un tube en titane (rigide et léger) et deux embouts

  4.  
    bourgeade claude
    bourgeade claude écrit:

    Bonjour
    pour un forum moto ancienne je recherche à savoir comment vous avez pris en compte la dilatation des tiges de culbuteurs pour le réglage du jeu

    Merci, Clade belle réalisation

    •  
      nanard289
      nanard289 écrit:

      Bonsoir Claude
      Comme expliqué dans la description de ces tiges de culbuteur, le réglage est effectué à chaud (c’est à dire qu’après avoir fait monter le moteur à sa température de fonctionnement on démonte le couvre culbuteur et on fait les réglages des jeux tels que préconisés par le constructeur dans ces conditions). Il faut rappeler le jeu sert à compenser essentiellement la dilatation des queues de soupapes et s’il est à majorer coté échappement, c’est bien évidemment parce que la soupape d’échappement travaillant à une température plus élevée s’allonge davantage (la tige du culbuteur qu’elle soit d’admission ou d’échappement s’allonge sensiblement autant que la culasse).

  5.  
    Pascal
    Pascal écrit:

    Personnellement je préfère les tartes de zézé a tes roulements a billes cramés!!!
    A part ça, bravo pour les grammes grignotés et l’utilisation de matériaux « de l’espace »!

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