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Modification des culbuteurs (mise à jour le 17 Janvier 2015)

La modification des culbuteurs

L’idée de monter les culbuteurs de ce moteur sur cages à aiguilles me taraudait l’esprit depuis pas mal de temps. Il faut dire que le montage d’origine sur palier lisse (acier sur acier) avec un ressort latéral pour les maintenir en place n’était pas vraiment élégant. La finition « brut d’estampage » des culbuteurs ajoutait à la « misère » du décor et là encore des impératifs de prix de revient avaient condamné des solutions plus nobles; ces pièces de grande série étaient prélevées sur les moteurs de R16TS. J’avais déjà fait cette modification avec bonheur en 1970 sur le moteur de 250cc de ma moto de compétition. C’était un mono-cylindre culbuté, à l’époque où les moteurs 4 temps luttaient désespérément contre les moteurs 2 temps alors en pleine évolution. L’idée de cette modification était bien sur de minimiser les frottements pour diminuer les pertes et améliorer ainsi le rendement du moteur, mais aussi de minimiser la consommation d’huile « du haut » (les roulements à billes tout comme les cages à aiguilles se contentent d’un très faible débit d’huile pour assurer leur lubrification) pour le plus grand bonheur des consommateurs « du bas » (embiellage). Le gain de cette seule modif (quelques centaines de watts)  peut paraître dérisoire, mais additionné aux autres, ça fini par faire la petite différence qui te permet en bout de ligne droite de prendre 200tr/mn de plus que les autres concurrents.  Avec un pont tirant 30km/h aux 1000tr/mn, ça se traduit par une vitesse de pointe de +6km/h par rapport aux copains. De quoi faire des jaloux! L’idée était une chose, mais la réalisation en était une autre. Sans l’aide de mon pote Dreyfus qui s’est occupé de faire réaliser l’usinage, les traitements thermiques et la rectification des axes spéciaux  qu’il me fallait mettre en oeuvre (les aiguilles génèrent des pressions de contact considérables qui nécessitent une grande dureté des surfaces porteuses), je n’aurais pas pu y arriver seul, n’ayant pas les moyens financiers de confier cette tâche à un sous traitant. Les photos ci-dessous montrent les détails de cette modification avec les pièces mises en oeuvre.

Culbuteurs 1

On commence par alléger les culbuteurs, ceux d’origine (à gauche) étant brut d’estampage. Les angles rentrants vifs sont éliminés pour supprimer les amorces de rupture. Les culbuteurs d’échappement (que l’on voit sur la photo) pèsent d’origine entre 104 et 110 grammes. Ils passent tous à 92 grammes (sans les cages à aiguilles qui seront ensuite installées à l’intérieur de l’alésage).   

Culbuteurs 2

Ensuite, il faut légèrement réaléser le corps du culbuteur (de 16,06 mm on passe à 16,98) pour pouvoir y monter deux douilles à aiguilles spéciales (HK 17 x 12) qui doivent être légèrement pressées dans l’alésage. Elles sont séparées au centre par une entretoise dont le diamètre interne présente un jeu de 5/10èmes pour laisser passer l’huile sous pression venant de l’axe (voir croquis plus bas). Le trou d’arrivé d’huile comme pour l’axe d’origine reste au centre du culbuteur. 

Composants culbuteurs

Détail des éléments constitutifs d’un culbuteur modifié: on distingue l’axe individuel (il s’emboite avec le suivant), les deux douilles à aiguilles avec leur petite entretoise centrale et la grosse entretoise de positionnement qui remplace le ressort (les rondelles de calage latérale sont définies et ajoutées après). Le bouchon d’extrémité (à gauche) est réservé pour le dernier culbuteur; il obture la canalisation d’huile sous pression. Les trous latéraux sur la tête des axes correspondent aux passages de communication d’huile entre la rampe d’admission et la rampe d’échappement. Le centre de l’axe est percé pour assurer l’arrivée d’huile sous pression qui se fait par le petit trou situé entre les deux cages (au droit de la petite entretoise).

J’ouvre ici une parenthèse pour préciser que par la suite, nous avons légèrement modifié la conception de ces axes spéciaux. Pour réduire les coûts de fabrication sur la culasse du 1800, j’ai simplifié la structure de cette pièce en la décomposant en deux parties: un axe cylindrique en acier 100C6 traité (trempe à l’huile suivie d’un revenu pour obtenir une dureté HRC comprise entre 60 et 62) rectifié au diamètre de 12 mm et un manchon de 12 x 16 pour combler le vide de l’alésage du piédestal.

IMG_8897

Détails des éléments constitutifs de nos nouveaux axes

IMG_8906

 Les manchons des piédestaux N° 2, 3 et 4 du centre sont communs à deux axes.

IMG_8939

Les manchons des piédestaux N° 1 et 5  sont borgnes … ça évite les fuites d’huile! Les manchons sont ensuite bloqués en position par des vis pointeaux. Bien évidemment, dans l’assemblage on veillera à orienter correctement les trous des manchons pour la circulation d’huile entre les deux rampes (piédestal N°1). La liaison au piédestal N°4 n’est nécessaire que si l’on conserve la pompe à essence mécanique (graissage du poussoir)

IMG_8895

Cette conception aurait permis d’avoir un axe commun pour les quatre culbuteurs, mais la difficulté était ensuite de percer le trou d’arrivée d’huile au centre sur environ 360 mm de long! Déjà, sur « seulement » 90mm pour chaque axe individuel, il m’a fallu faire le perçage en deux fois par retournement.  

axe culbu

Croquis montrant le principe du graissage sous pression des cages à aiguilles de culbuteur.  Le jeu latéral du culbuteur qui peut sembler excessif est comblé avec des rondelles de calage (0,1, 0,2 ou 0,5 mm) pour positionner l’extrémité du doigt du culbuteur exactement dans l’axe de la queue de soupape, tout en conservant un jeu latéral d’environ 15 à 20/100.

Cette nouvelle conception nous a permis de pouvoir réaliser nous même les axes et les manchons pour la culasse du 1800 à partir de rond d’acier stub en n’ayant que le traitement thermique à sous-traiter. Fin de la parenthèse.

Principe montage axe culbu

C’est un système modulaire qui est multiplié par huit (4 admissions et 4 échappements). En cas de casse éventuelle, on ne change que l’axe défectueux. Chaque axe est maintenu en position dans son piédestal par une vis pointeau qui supprime ainsi tout risque de rotation (ce qui provoquerait une obturation des conduits de graissage entre rampes).

doigt culbuteur

Le positionnement latéral des culbuteurs est obtenu par des rondelles de calage de manière à ce que le doigt du culbuteur (qui a été réduit en largeur pour gagner du poids) soit parfaitement centré sur la queue de la soupape. On voit ci-dessous que la largeur « utile » du doigt se limite à la zone brillante (zone de frictions).

Culbuteurs 4

Ici, je détermine avec un jeu de cales la valeur des rondelles de calage à installer en retranchant 2/10èmes de mm pour conserver un jeu de fonctionnement latéral suffisant.

Modification des culbuteurs (mise à jour le 17 Janvier 2015) img_0551-300x139  IMG_2585  IMG_2589

 Les vis de réglage on été également allégées en remplaçant l’excroissance de la tête par un trait de scie et l’écrou 6 pans de 13mm (à droite) par un 12 pans « aviation » (à gauche). L’écrou 12 pans (qui est en acier forgé) a aussi été réduit en hauteur et la vis a été percée au centre pour améliorer le graissage de la rotule. Le gain est de 2,7 à 3 grammes par vis (c’est selon le type d’écrou utilisé) sans aucunement nuire à la résistance … à la condition de ne pas avoir des tiges de culbuteur trop courtes qui obligent de dévisser les vis de réglage sur plus de deux tours ce qui est aussi nuisible à la résistance de l’articulation

IMG_1558

Pour rester calme et poli pendant la mise en place de la rampe de culbuteurs sur la culasse, j’utilise de petits aimants pour les maintenir à l’horizontale car bien qu’ayant 10 doigts, maitriser 8 culbuteurs fous ce n’est pas commode. Une fois la rampe en place, il faut compter les aimants récupérés pour être sur de ne pas en laisser trainer.

Je m’aperçois que j’ai oublié de parler ici du montage des cages à aiguilles, qui constitue certainement le maillon le plus délicat de cette modification. La difficulté est double: il faut d’abord trouver les cages à aiguilles hors standard HK 12 x 17 (nous avons du faire une commande spéciale) et d’autre part réaléser le diamètre des culbuteurs pour le passer de 16,06 (qui est la cote d’origine) à 17 (-0,-0,02) afin de pouvoir presser les cages à l’intérieur. Le choix d’une douille par rapport à une cage à aiguille simple dispense de faire un traitement thermique dans l’alésage du culbuteur pour obtenir une dureté HRC minimale de 60. Par ailleurs, dans le cas d’un éventuel dommage des aiguilles, il suffit de remplacer les douilles et l’axe (encore qu’il soit possible de le retourner en cas de dégradation de la surface de contact avec les aiguilles, si l’on arrive à percer un nouveau trou de graissage) mais pas le culbuteur. Chaque culbuteur est équipé de deux douilles HK qui sont séparées  par une entretoise centrale en aluminium. Cette entretoise à un diamètre externe de 17 mm et un diamètre interne de 12,5 mm laissant ainsi un faible espace de 0,25 mm (environ 4,7 mm²) entre l’axe (diamètre 12 mm) et les cages pour limiter le débit d’huile sous pression. L’huile qui s’échappe ensuite par les faces latérales des culbuteurs va former un brouillard pour graisser les queues de soupape et les doigts des culbuteurs. Le centre de l’entretoise se trouve en vis à vis (+ ou – 1 mm) de l’orifice de graissage percé dans l’axe du culbuteur.   

Dans :
Par nanard289
Le 28 août, 2011
A 23:04
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