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Le Vilebrequin du spécial Drink Team – Notre variante finale élue « La meilleure de l’année » (mise à jour le 18 Juin 2017)

Encouragé par les résultats prometteurs du vilebrequin de notre variante 2, Dreyfus a finalement décidé d’adopter (et d’adapter) un vilebrequin « racing » neuf initialement prévu pour un moteur 1800 cc Japonais. Cette « greffe d’organe » délicate, issue d’un « donneur asiatique », pourrait pour certains sembler illégitime et blasphématoire. Cependant, avec le recul du temps et après avoir passé le cap difficile des incertitudes de l’adaptation, on ne trouve que des intérêts à avoir choisi cette solution marginale. Voici dans le détail, les principales étapes que nous avons du franchir pour pouvoir mener à bien cette greffe.

Le premier avantage que nous procure ce nouveau vilebrequin est son rapport qualité prix particulièrement intéressant, du à sa grande diffusion sur le marché US. D’un coté plus technique, la cote d’entraxe longitudinale des manetons correspond exactement à la nouvelle cote d’entraxe des cylindres que nous avons du légèrement majorer pour accepter un plus gros alésage. Les tourillons et les manetons usinés selon des standards modernes permettent d’utiliser de nouveaux coussinets « racing » de technologie récente à surfaces de friction réduites. Ils sont développés selon les dernières avancées métallurgiques associées aux huiles de synthèse et remplacent avantageusement les vieux coussinets en aluminium datant de l’époque de la R16. Enfin, la course de ce vilebrequin a pu être encore légèrement majorée, grâce à l’utilisation de nouveaux pistons à hauteur de compression un peu plus réduite.

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Comparatif entre les nouveaux coussinets (les foncés en bas) avec ceux d’origine de couleur claire à base d’aluminium. En dimensions, les nouveaux coussinets de tourillons (à gauche) sont très proches des anciens, mais les coussinets de manetons à droite sont plus étroits et d’un diamètre plus réduit. On a donc une vitesse périphérique plus faible et une surface de friction moindre.

Dans les avantages secondaires de ce nouveau vilebrequin, on notera un nez suffisamment long pour recevoir un damper. Ce dispositif permet de filtrer plus efficacement les harmoniques  … et on n’allait pas s’en priver.  Coté volant moteur, là aussi le marché US nous propose des volants en alliage léger dont l’adaptation sur notre bloc moteur a fait l’objet d’une page particulière à ce sujet.

La première étape est assez simple, elle consiste à adapter le bloc moteur aux nouveaux coussinets de palier que requiert ce vilebrequin. Notre ligne d’arbre avait un alésage nominal de 58,75 mm qu’il fallait réaléser à 59. Cette opération d’usinage délicate nécessite une machine particulière et ce travail de spécialiste a été confié à Moteurs Vienne à Nanterre.

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Mesure du diamètre de la ligne d’arbre actuel. On voit l’incidence du volant moteur sur l’usure (ou plutôt le tassement) du palier N°1 par rapport au palier N°5 qui est toujours pile dans sa cote d’origine

Tolerances ACL paliers 1800

La nouvelle dimension de l’alésage de la ligne d’arbre est donnée par le fournisseur des coussinets (document source ACL). Les demies coquilles des paliers principaux étant asymétriques, on notera l’ergotage intelligemment décalé qui interdit la mise en place d’une demie coquille borgne là où il faut un demie coquille percée en partie supérieure.

Parallèlement, avec la reprise du diamètre de la ligne d’arbre, il nous fallait refaire les encoches de coussinets dans les chapeaux de palier et dans le bloc pour pouvoir y insérer nos nouveaux coussinets racing.

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Avec une petite lime de section carré, il faut refaire des embrèvements dans les paliers pour recevoir les ergots des nouveaux coussinets. Pour éviter un conflit avec celui existant, les nouveaux embrèvements sont réalisés sur le coté opposé. On fera ensuite la même chose sur les chapeaux de palier en prenant comme modèle la demie coquille inférieure. On voit ici le coussinet du palier central (un peu plus étroit que celui d’origine) centré dans son emplacement. Par contre, les coussinets des paliers avants (4 et 5) et arrières (1 et 2) sont légèrement décalés pour être parfaitement centrés sur les tourillons respectifs du vilebrequin.

Chapeaux palier

Détail du décalage des coussinets (ici sur les chapeaux des paliers N° 2 et 4) selon le N° du palier pour que la porté reste bien centrée sur le tourillon du vilebrequin

La modification coté bloc moteur étant terminé, passons maintenant aux étapes suivantes avec les différents usinages à faire sur le vilebrequin. La deuxième étape sera d’élargir le palier central (N°3) de 0,55 mm de chaque coté pour passer la cote de 26 à 27,10 mm.

Etape 2

L’acier forgé particulièrement dur associé, à un traitement thermique en profondeur obligent à utiliser des outils de coupe à plaquettes de bonne qualité avec des arêtes à grand rayon de raccordement. La finition du congé de raccordement du tourillon doit être très soignée pour éviter toute amorce de rupture.

Ensuite c’est au tour des paliers 2 et 4 qu’il faut reprendre en largeur de 1,60 mm vers le centre. On terminera cette étape avec la reprise des paliers 1 et 5 de 2,60 mm. toujours vers le centre.

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Ici, j’en profite pour dégrossir légèrement les masselottes d’équilibrage. On voit sur le chariot du tour des copeaux bleuis qui indiquent qu’ils ont atteint environ 300°C, signe révélateur d’un acier dur 

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Ici c’est au tour du palier N°5 de se faire réduire et ça termine notre deuxième étape.

Cette opération terminée, on peut maintenant installer le vilebrequin sur ses coussinets dans le bloc moteur pour vérifier le jeu longitudinal. On rappellera à ce sujet que les demies rondelles du moteur Renault destinées au calage longitudinal sont disponibles en plusieurs épaisseurs.

L’opération suivante consiste à reprendre le nez du vilebrequin pour y adapter le pignon de distribution. A cet endroit, l’arbre fait 38 mm et il faut le réduire à 32 pour pouvoir y engager le pignon de distribution d’origine.

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Reprise du diamètre en extrémité du vilebrequin à 32 mm pour le montage du pignon de distribution.

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Le pignon est maintenant en place, mais il reste à faire usiner une petite rainure de clavetage.

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Un damper a été monté en bout de vilebrequin avec un ajustage pressé comme pour une cage fixe de roulement. Il a ensuite été repris au tour pour être allégé tout en restant parfaitement concentrique.

Image de prévisualisation YouTube

Ensuite, direction Nanterre chez Vienne Moteurs pour faire usiner une rainure de clavette pour le nouvel emplacement du pignon de distribution (je n’ai pas de fraiseuse) et pour augmenter la profondeur du lamage dans la bride destiné à recevoir le roulement pilote.

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Accueil souriant chez Vienne Moteurs de Jean-Sébastien (c’est le maître des lieux à gauche) et de Philippe Loutrel (un client habitué plus connu sous son pseudo-trigramme PhL). On notera la décoration originale de couvre-culbuteurs qui ornent le mur derrière nos deux compères. 

Parallèlement, le bloc moteur est récupéré chez Rectification2000 où nous l’avions déposé pour réaléser la ligne d’arbre aux cotes de nos nouveaux coussinets. Comme d’habitude le travail a été fort bien réalisé! Rares sont les ateliers de mécanique automobile capables de faire un alésage au 1/100 ème près. La cote requise de l’alésage devait être entre 58,99 et 59 mm. 

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Ce palmer d’intérieur à 3 touches nous donne une précision de 5 microns par division. La mesure est ici de 58,997 et la température ambiante est de 16°C: pas mal non!

La mise en place des coussinets ne pose aucune difficulté et permet de vérifier que la cote d’entraxe des paliers est maintenant de 90 mm (au lieu des 89 d’origine)

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Nos nouveaux coussinets plus étroits que ceux d’origine nous permettent de décaler la cote d’entraxe des paliers qui passe de 89 à 90 mm pour s’aligner sur les tourillons de notre vilebrequin « spécial Drink Team ».

L’étape suivante est la mise en place du vilebrequin dans le bloc pour le contrôle des jeux de fonctionnement.  Si la rotation est parfaitement onctueuse, le jeu longitudinal est par contre un peu trop juste (il nous manque 6 à 8 /100èmes). Le jeu longitudinal est ajusté par deux cales semi circulaires disposées de chaque coté du palier central. Ces cales sont disponibles chez GPS en plusieurs épaisseurs par échelon de 5/100èmes. Il suffira donc de commander celles qui vont bien.

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Notre vilebrequin est installé dans le bloc avec son volant et on va serrer les paliers au couple nominal pour vérifier l’absence de point dur à la rotation et le jeu longitudinal

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On continue le contrôle en installant les bielles et en vérifiant l’absence de conflit avec la plaque de renfort des paliers. Compte tenu des gros rayons de raccordement des manetons sur les manivelles, les coussinets de tête de bielle ont du être chanfreinés (chanfrein de 1 mm à 45°)

Les pistons sont ici montés provisoirement sans les segments et le jeu longitudinal est maintenant de 15/100èmes (nouvelles cales latérales installées). La rotation du vilebrequin à la main permet de détecter le moindre point dur mais ici, elle est onctueuse et tout va bien. La prochaine étape sera de vérifier à la pâte à modeler le jeu entre les pistons et les soupapes. Cette dernière étape vient enfin terminer nos diverses tentatives pour adapter un vilebrequin à la hauteur de nos ambitions.

 

 

Dans :
Par nanard289
Le 22 décembre, 2016
A 20:04
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Le choix des pistons (mis à jour le 8 Janvier 2015)

Après avoir déculassé les deux bancs de cylindres, nous avons constaté que deux pistons étaient endommagés.  Une partie de la gorge du segment supérieur était arrachée et des morceaux du segment en avaient profité pour proclamer leur indépendance. L’inconvénient des gros moteurs V8 ou V12 puissants c’est qu’on ne se rend pas facilement compte quand un des cylindres perd 50% de ses moyens. Il aura fallu qu’un second tombe également en défaut pour que finalement, je me décide à vérifier les compressions … et à intervenir.  Cette négligence – ou ce manque de sensibilité - qui avait retardé la révision se traduisait par un cylindre assez profondément rayé.  Comme toujours, dans ces cas là, il faut apporter le bloc chez le rectifieur et voir avec lui la meilleure solution à mettre en oeuvre. J’avais deux alternatives: soit remplacer la chemise rayée et réaléser les huit cylindres à une cote légèrement majorée (les piston racing sont fabriqués sur mesures ce qui permet de choisir son diamètre au 1/100 ème près); soit de faire un gros réalésage sur tous les cylindres (l’épaisseur des chemises le permettait) pour rattraper les rayures du cylindre malade.  C’est vers cette seconde solution que Patrick (le maitre des lieux de Rectification 2000) m’a conseillé de m’orienter. La profondeur des rayures ayant été estimées entre 2 et 3 dixièmes, j’avais décidé de commander des pistons dont le diamètre serait majoré de 0,8 mm par rapport à ceux existants, ce qui nous amenait à 106 mm, soit tout près de la côte maxi acceptable (4.180″ soit 106.17 mm) définie par le motoriste.

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Ici on aperçoit la gorge du premier segment détruite en partie.  C’est sur, ça marchait moins bien.

Le monde des fabricants de pistons pour les moteurs américains est vaste, mais les plus réputés dans le domaine de la qualité et des performances sont bien connus des préparateurs locaux. N’ayant aucune obligation de retenir telle ou telle marque, j’allais donc pouvoir prospecter à ma guise. Comme pour la plupart des consommateurs, je souhaitais obtenir naturellement le meilleur rapport qualité/prix mais avec des critères de qualité au top. Sur la dizaine de marques disponibles, trois obtenaient les éloges unanimes des différents spécialistes des moteurs de compétition. Il s’agissait de JE (le plus populaire et le plus classique), CP (plus récent et plus avangardiste) et Mahle bien connu également en Europe et qu’on ne présente pas. C’est donc sur l’une d’entre elles que j’allais faire mon choix.

Quand on doit sélectionner un piston, une question fondamentale peut légitimement se poser: faut il choisir des pistons moulés ou forgés? Come dans les calculs de prime d’assurance, ce choix est un calcul économique qui est à pondérer selon les risques encourus. Dans les casses sérieuses des moteurs atmosphériques, il y a deux cas majeurs particulièrement redoutés des mécaniciens: la rupture des vis de tête de bielle arrive en tête suivie de près par la rupture d’une (ou plusieurs) soupape(s). Dans le premier cas, la conséquence est dramatique car la tête de bielle libérée va très souvent provoquer la casse du carter moteur … et plus si affinité!

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Quand une bielle passe sa tête par une fenêtre qu’elle vient de faire dans le carter moteur, c’est jamais bon signe. On voit que sous la violence du choc le piston moulé qui bien qu’éloigné de la zone de combat a déjà subit une sévère destruction au niveau du bossage de son axe, mettant en évidence sa fragilité de cristal. 

Dans le cas d’une rupture de soupape, les dommages peuvent être circonscrits à la culasse et au cylindre si le piston est en alliage forgé. Dans le cas contraire, un piston moulé va se désagréger sous le choc et le pied de bielle libéré, n’étant plus guidé par le piston, va se comporter comme un bélier fou en défonçant méthodiquement tout ce qui se présentera devant lui jusqu’à l’arrêt du moteur avec on s’en doute des dégâts beaucoup plus conséquents.

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Tête de piston martyrisée par une rupture de soupape. Sa structure en alliage forgé lui a permis de se déformer sans pour autant voler en éclats comme l’aurais fait un piston moulé en alliage hypersilicié.

La réponse à cette question basique du choix du mode de fabrication des pistons est donc un peu normande: ça dépend! Soit le moteur est destiné à une utilisation touristique et le piston moulé à fait, fait et fera très bien l’affaire car les probabilités de grosses casses sont faibles; soit le moteur est à vocation sportive et par raison économique en cas de casse, il faut accorder sa préférence aux pistons forgés. Indépendamment des deux grandes lignes principales décrites ci-dessus, il y a comme toujours des exceptions. Le piston moulé est fragile au choc mais sa très bonne stabilité thermique due à son faible coefficient de dilatation peut le faire préférer sur les moteurs à forte charge thermique. C’est le cas notamment des moteurs deux temps où le piston forgé n’est que très rarement utilisé, même en compétition. 

Indépendamment de la forme de sa calotte, un piston est caractérisé par trois côtes fondamentales: le diamètre de jupe, le diamètre de l’axe et la hauteur de compression. Viennent ensuite les dimensions de chaque segment (et leur nombre) et le mode de blocage des axes de piston (joncs, circlips, wirelocks ou boutons). Enfin, les pistons modernes ont la possibilité d’avoir différents traitements de surface, soit pour limiter l’usure des parties frottantes, soit pour faire un écran thermique sur la calotte. Celle-ci, avec ses découpes complexes pour le passage des têtes de soupape et son volume positif ou négatif, ne sera pas abordée ici. 

Calcul HC piston

Détermination de la hauteur de compression du piston selon la hauteur du bloc, la longueur de la bielle et la 1/2 course du vilebrequin.

A propos de la hauteur de compression déterminée dans l’exemple ci-dessus, les spécialistes auront noté la cote inhabituelle de la hauteur de notre bloc qui aurait du être de 8.2″. C’est le moment d’ouvrir une parenthèse pour rappeler que la qualité des usinages et des contrôles d’il y a quarante ans n’avaient pas toujours la précisions que permettent d’obtenir les machines à commande numériques d’aujourd’hui. A ce titre, sur les blocs moteurs des anciens V8 il est recommandé de vérifier le parallélisme, l’équerrage et la distance des deux plans de joint de culasse avec l’axe du vilebrequin. Notre bloc contrôlé par Dreyfus sur une machine à trois axes dans un local climatisé, n’avait pas échappé aux imprécisions de l’époque. Nous avons donc du « socialiser »  les plans de joint de chaque banc pour rattraper des écarts de plus de 0,3 mm de hauteur entre les cylindres de 1 à 8 et de 0,4° d’angle en alignant l’ensemble sur le plus bas; fin de la parenthèse.   

Le diamètre de la jupe d’un piston dépend bien sur de l’alésage de la chemise auquel il faut soustraire les jeux de fonctionnement et de dilatation. La somme de ces jeux dépend de l’alliage utilisé - qui est tributaire de la méthode de fabrication du piston (moulé ou forgé) –  et de l’utilisation envisagée du moteur qui conditionne la température de fonctionnement (admission atmosphérique, suralimentée ou nitrous). Il existe des tables qui déterminent assez précisément ces jeux en fonction des critères énoncés. A retenir que les pistons forgés ont un plus grand coefficient de dilatation que les pistons moulés en alliages hypersiliciés et que de ce fait, il doivent avoir un jeu plus important. Pour terminer sur le diamètre de la jupe, précisons qu’il se mesure à la hauteur de l’axe du piston.

Le diamètre d’un axe de piston  est beaucoup plus facile à sélectionner dans la mesure où il n’y a que deux grands standards américains:

- le standard Ford qui mesure .912″ (soit environ 23,16 mm)

- le standard Chevrolet qui lui fait .927″ (soit environ 23,55 mm)

Le standard Chevrolet propose en plus des axes en côte réparation en .928″, .929″ et .930″. Ce standard (qui conditionne également le diamètre du pied de bielle) étant le plus populaire, c’est ce dernier que j’ai retenu

Notons que depuis plusieurs années, la chasse au poids a introduit dans les moteurs de compétitions américains de dernière génération, des axes aux standards japonais de dimensions plus modestes (22 mm). Toujours dans la chasse au poids, les pistons modernes dits en X ont les bossages d’axe très rapprochés et moins larges permettant ainsi de réduire sensiblement la longueur des axes. Pour des pistons de 4″ d’alésage, les longueurs d’axe ont pu être réduites de 2.9″ à 2″. Les axes plus courts sont un peu plus épais mais le gain de poids est très significatif (- 25%).

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Comparatif entre un piston moderne dit en X  fabriqué par Mahle (à gauche) et un piston de forme traditionnelle fabriqué par JE. La différence de longueur de l’axe se remarque au premier coup d’œil.

Tout comme les pistons, les axes peuvent également recevoir un traitement de surface anti-friction (revêtement dit cassidiam … ou cassidium selon l’accent) qui permet de supprimer la bague bronze du pied de bielle et donc d’avoir une bielle un poil plus fine et plus légère.

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A gauche, un axe traditionnel ancienne version de 2.9″ de long. Les larges bossages des pistons permettaient d’usiner des extrémités en forme coniques. Cet axe pèse environ 150 g . A droite, disposé verticalement, un axe de piston d’une conception un peu plus récente. Il est un peu plus court (2.5″), ses extrémités ne sont pas coniques et il pèse environ 125 g. Au centre deux axes modernes ayant subit un traitement cassidiam qui leur confère un aspect « canon de fusil ». Ils mesurent 2.25″ et pèsent un peu moins de 105 g.

Un dernier mot sur l’extrémité des axes qui selon leur mode de fixation sont chanfreinés ou non.

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A gauche un axe de piston dopé au nitrous (l’épaisseur est majorée) à bout droit destiné à être bloqué latéralement par circlips ou spirolocks. A droite, un axe à bout chanfreiné pour être verrouillé par un jonc d’arêt (un effort latéral de l’axe tend à bloquer le jonc dans sa gorge).

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L’extraction (toujours difficile) d’un spirolocks se fait en tirant et en tournant … quand on a réussi à dégager l’extrémité de la gorge! La gorge dans le piston qui reçoit un spirolocks ou un circlips est de section rectangulaire et ne convient donc pas pour un jonc d’arrêt. La réciproque pour la gorge semi-circulaire d’un jonc est également vraie et ne convient pas aux circlips et autre spirolocks. A noter qu’il y a au moins deux standards dans le diamètre du fil des joncs … et donc différents profils de gorge semi-circulaire. Toutes ces remarques font qu’il est préférable d’acheter un ensemble piston, axe, clips et segments plutôt que séparément … même si c’est ce que j’ai fait.

Le choix de mes nouveaux pistons a été lié à un concours de circonstances. Un revendeur US auprès duquel je venais demander un devis m’a proposé en solde un jeu de pistons Mahle neufs dont l’alésage correspondait à mes besoins, mais pas la hauteur de compression qui était prévue pour un vilebrequin de course plus grande. Un rapide calcul m’a finalement décidé: le montant de la remise proposée était presque l’équivalent du prix d’un vilebrequin « spécial » qu’en bon vendeur il s’était empressé de me proposer également. Bref, avec ses gros pistons et une course majorée, mon moteur de 5,2 litres allait prochainement déplacer 5,8 litres …  de quoi faire une différence à l’accélération si les roues de derrière consentent bien à rester derrière.

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La face interne et l’intérieur de la jupe sont usinées ce qui nous permet d’avoir 8 pistons pesant entre 416 et 417 g. Nous verrons ultérieurement comment déterminer la valeur du « bobweight » qui permettra d’équilibrer le vilebrequin.

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L’espace restreint entre les deux bossages de l’axe du piston m’a obligé à réduire la largeur des pieds de bielle de 1,6  millimètre … de chaque coté

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Une fois la bielle en place, on contrôle l’angle d’oscillation du piston sur le pied de bielle pour s’assurer que dans les deux positions horizontales du maneton, le pied de bielle ne forcera pas sur la nervure interne qui relie des deux bossages. L’espace minimal requis correspond à la somme de la course (3″1/4) et du diamètre du maneton (2″) soit environ 133,4 mm.  C’est bon, le réglet nous indique un débattement possible de 145 mm  

A suivre …

Dans :
Par nanard289
Le 6 janvier, 2015
A 17:47
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Courroie Sedis de 504 à injection: la controverse (complété le 10 Septembre 2016)

Un collègue de notre club de voitures anciennes, possesseur d’un superbe coupé 504 Peugeot à moteur 2L, m’a récemment contacté pour tenter de résoudre un problème qui semblait le préoccuper grandement. La courroie qui entraine la pompe à injection de son moteur s’était détruite après de longues années de bons et loyaux services. Pour le rassurer, j’ai essayé de lui expliquer que contrairement à une courroie de distribution, la rupture d’une courroie entrainant une pompe à injection ne peut pas provoquer de dégâts moteur et se traduit par une simple panne facile à réparer. Tu changes la courroie lui dis-je et te voila reparti pour au moins 10 ans!  Mais bien sur, il savait déjà tout ça et il m’apprend que malheureusement cette pièce d’usure n’est plus disponible depuis fort longtemps et que la re-fabrication de cette courroie Sédis entreprise par l’Aventure Peugeot dans une contrée lointaine était très chère (plus de 200 euros) et de mauvaise réputation quant à sa fiabilité. Alors quoi faire? C’était son dilemme. Comme pour mon vieux moteur américain, quand les pièces d’origine deviennent introuvables, si l’on veut qu’il puisse continuer à tourner, il faut lui trouver des solutions de remplacement et qui si possible soient équivalentes ou supérieures au concept initial. Ce défit me paraissait techniquement intéressant à relevé. L’idée première qui avait été de trouver une nouvelle courroie crantée avec une denture aux normes actuelles et pouvant travailler à 100°C dans les vapeurs d’huile a été vite oubliée: aucune longueur commerciale ne s’adaptait à la cote d’entraxe des nouveaux pignons et ce, quel que soit le nombre de dents de ceux-ci (compris entre 15 et 21). La place disponible dans le carter de distribution assez restreinte ne permettait pas d’ajouter un tendeur, il fallait s’orienter vers une autre solution. La seconde voie d’investigation fut la bonne: nous allions remplacer la courroie d’origine par une simple chaine. à l’instar de certaines pompes à huile qui chez quelques motoristes (BMW, Peugeot …) sont entrainées de cette façon. Restait à définir le pas de la chaine et la taille des pignons pour tomber sur une longueur compatible avec notre entraxe et bien sur éviter un brin mou trop flottant. Le couple résistant et la vitesse linéaire de la chaine étaient largement en dessous des caractéristiques des standards courants et n’étaient pas des données dimensionnantes dans notre sélection; c’était un souci en moins.. Finalement, après avoir calculé plusieurs combinaisons  possibles, il fallait aller à l’atelier pour vérifier si la pratique rejoignait la théorie. Pour pouvoir réaliser un prototype, notre ami nous avait confié un vieux moteur de 504 TI dont il n’espérait plus rien; il était grippé, la pompe d’injection était morte mais toujours en place. Après avoir soigneusement mesuré la cote d’entraxe entre l’AàC et la pompe, pour déterminer aussi précisément que possible le pas et le nombre de maillons de notre nouvelle chaine, mon premier travail a été d’adapter un pignon de 18 dents sur la poulie en bout de l’arbre de la pompe à injection. Toujours à propos de la longueur de la chaine, il faut s’arranger pour que le nombre de maillons soit un chiffre pair, ça évite de mettre une double attache rapide avec un maillon asymétrique.

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Dans l’exemple de cette mini chaine, l’attache rapide traditionnelle fait le quatrième maillon (nombre pair) en se raccordant sur deux maillons femelles. Si l’on veut un cinquième maillon (nombre impair)  il faut alors interposer un maillon asymétrique (mâle d’un coté et femelle de l’autre appelé aussi maillon coudé) et ce n’est pas très élégant car la tension engendre des déformations.

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Pour me simplifier la vie et éviter d’usiner un cône avec une rainure de clavette, j’ai directement adapté pour notre premier montage prototype  un pignon de 18 dents sur la poulie crantée d’origine. Malheureusement, cette modification est irréversible et la poulie ainsi transformée ne pourra plus servir dans sa fonction initiale. Toutefois, après avoir constaté que ce montage était satisfaisant, un nouveau pignon définitif a ensuite été taillé dans la masse comme indiqué un peu plus bas pour ne pas compromettre un retour à la courroie d’origine.

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Pour pouvoir reprendre la poulie d’origine au tour, il faut commencer par usiner un mandrin dont l’extrémité conique (copié sur l’arbre de la pompe Kugelfischer) permettra d’y fixer la poulie pour obtenir un usinage parfaitement concentrique.

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La reprise au tour de la poulie se limite à un petit épaulement de 5,3 mm de large pour recevoir le pignon et d’un dégagement pour le passage du flanc des maillons. Après un premier montage à blanc, il nous faudra reprendre légèrement la profondeur de l’épaulement pour avoir nos deux pignons parfaitement alignés

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Il faut ensuite faire des trous dans le pignon pour pouvoir le fixer sur le moyeu de la poulie. Les deux trous M8 destinés à recevoir les vis permettant son extraction ne peuvent pas servir car leur entraxe est trop grand. J’ai donc pris le gabarit de la poulie de l’arbre à cames pour localiser les nouveaux trous. La position angulaire des trois trous doit être telle qu’elle permette le calage convenable de la clavette en fonction du pas de la chaine. Les vis à tête fraisée évite un conflit possible avec le couvercle du carter de distribution.

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Plus tard, j’ai du repercer deux trous dans le nouveau pignon correspondant aux anciens taraudages M8 pour pouvoir faciliter l’extraction de l’ensemble.

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La solution la plus élégante consiste à remplacer la poulie crantée d’origine par un nouveau pignon avec un alésage conique. Ici, après usinage,  je contrôle la bonne porté de la conicité en utilisant de la gouache et en pressant l’arbre à cames dans le pignon. Quand la couche de peinture est fine et bien répartie, c’est que la conicité femelle de l’alésage correspond bien à celle de l’arbre.

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L’usinage du cône sur le pignon définitif est terminé. Reste à percer et à tarauder deux trous M8 pour faciliter l’extraction du pignon car une fois en place avec la chaine, les crochets d’un arrache moyeux ne peuvent plus passer. Pour éviter l’usinage d’une rainure de clavetage, j’ai utilisé un autre moyen moins contraignant à réaliser pour indexer le pignon sur l’arbre.    

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La clavette a été remplacée par une vis sans tête M6 dont l’extrémité a été tournée à 2,98 mm pour former un téton qui s’ajuste exactement dans la rainure de l’arbre de la pompe. Le pignon a ensuite été percé et taraudé au droit de cette rainure pour recevoir la vis à téton qui garantira une position fixe du pignon sur l’arbre. Le serrage sur la porté conique interdira tout risque de cisaillement.

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Avant d’engager le pignon sur l’arbre, il faut s’assurer que le téton déborde légèrement à l’intérieur de l’alésage conique.  Il suffit ensuite de pousser le pignon en le tournant pour engager le téton dans la rainure de clavetage. Après avoir serré l’écrou M10 qui bloque le pignon sur la porté conique, on peut bloquer la vis téton pour que sa tête porte dans le fond de la rainure.     

Le pignon en bout d’arbre à cames est plus simple dans sa conception et a pu être usiné de toute pièce pour remplacer celui d’origine.

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Voici notre nouveau pignon qui sera installé en bout d’arbre à cames

La première difficulté a été d’aligner parfaitement les deux pignons. Le montage sur un cône ne donne jamais une position latérale rigoureuse et oblige a avoir un peu de marge de chaque coté. La poulie d’origine coté AàC fait 12 mm de large tandis que celle coté pompe fait 15 mm. Il m’a fallu intercaler la joue interne (qui ne sert pourtant maintenant plus à rien) coté pignon d’arbre à cames et rogner un petit millimètre sur la face du pignon de la pompe à injection pour parfaire l’alignement.

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Contrôle de l’alignement des pignons avec la règle d’un pied à coulisse.  Comme il est  difficile d’ajuster un emmanchement conique en profondeur, l’alignement est obtenu ici en calant le pignon en bout d’arbre à cames qui était un poil trop bas

Enfin, arrive le moment de vérité où l’on va pouvoir vérifier si le calcul du nombre de maillons est juste ou bien si la chaine va pendouiller lamentablement! Mais non, finalement la chaine est bien en place avec un flottement réduit au strict minimum tout en respectant le calage d’origine. Précisons à ce sujet que les picots sur le dos de la courroie Sédis sont certes utiles mais loin d’être indispensables et que l’on peut très bien s’en passer si l’on indexe correctement les positions respectives de l’arbre à cames et de la pompe. Ils ne servent qu’à confirmer - après installation – que les positions requises de l’AàC et de la pompe ont été respectées. La pose de la chaine est dans notre montage l’opération la plus délicate: le pignon de la pompe étant démonté, il faut glisser la chaine fermée par son attache rapide sur le pignon de l’AàC (après l’avoir calé selon les instructions du manuel d’atelier) puis placer le pignon de la pompe dans la chaine … en faisant plusieurs tentatives pour que la position de la rainure de clavetage soit correcte quand on le présente en face de l’arbre. En pratique, le décalage d’une dent du pignon représente 20° (soit 40° de vilebrequin). La phase d’ouverture de la soupape d’admission (celle qui conditionne l’arrivée de l’air de combustion) dure sur plus de 200°. L’injection se fait sur une durée qui va de 20° (faible charge) à 60° (pleine charge) pendant la phase d’ouverture de la soupape. On voit donc que la précision du calage de la pompe d’injection est beaucoup moins rigoureuse que celle d’un AàC ou d’un allumeur.

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La rainure de clavetage de l’arbre de pompe correspond à la fin du cycle d’injection du cylindre N°4 (la rotation de la came vue de ce coté est dans le sens horaire) 

Cycle d'injection KF5

Détail du cycle d’admission dont la durée totale  (en bleu) se fait sur un peu plus de 200°. La durée de l’injection qui détermine la quantité d’essence pulvérisée dépend de la charge. Le début est plus ou moins anticipé (selon la position du balancier de la Kugelfischer) dans la phase d’ouverture de la soupape  mais se termine toujours au moment ou la soupape est en position d’ouverture maxi.

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Cette photo nous montre les cames d’une pompe KF5 sévèrement endommagées à leurs sommets (le poussoir même si ici on ne le voit pas très bien est également ruiné). Cette pompe a probablement du tourner longtemps sans huile. L’usure de la rampe des cames a sérieusement retardé la fin de la durée de l’injection (certainement plus de 20° sur le vilebrequin en décalant d’autant le cycle), mais on en conclu que le moteur a malgré tout pu continuer à fonctionner. Compte tenu de l’usure très prononcée, il aura fallu quand même pas mal de temps avant que le conducteur ne perçoive un problème!

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Pour installer cette nouvelle chaine, il faut d’abord indexer correctement l’arbre à cames en le tournant de telle sorte que le doigt de l’allumeur pointe vers l’avant en direction du centre du pignon de l’AàC (position correspondante à l’ouverture maximale de la soupape d’admission du cylindre N°4) …  

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… et orienter la rainure de clavetage de l’arbre de la pompe à injection en position horizontale sur le coté droit quand on lui fait face (ce qui correspond à la fin d’injection du cylindre N°4). Un œil averti remarquera que sur notre moteur prototype, nous avons du démonter la chaine de distribution pour cause de pistons grippés (c’est l’hiver). Bien évidemment, pour pouvoir tourner librement l’AàC et le positionner à notre convenance, nous avons du démonter également  les tiges de culbuteurs.

Image de prévisualisation YouTube

Sur cette mini vidéo, on voit la nouvelle chaine en place et avec des pignons neufs, le flottement du brin mou est limité à + ou – 2 mm, ce qui correspond à une tension maximale acceptable (la mise en place du pignon en bout d’arbre de pompe se fait en forçant un peu). A terme cependant, avec l’usure des rouleaux et des dents, la flèche devrait prendre un peu plus d’ampleur (3 ou 4 mm?) Le temps nous dira s’il est judicieux de prévoir un tendeur de chaine ou du moins, un patin pour limiter son débattement. Compte tenu des efforts relativement faibles et de sa petite longueur, nous n’en avons pas jugé la nécessité d’en prévoir un à priori. A 12 euros la chaine, on n’allait pas non plus se compliquer la vie!

Déjà, le montage de ce simple kit de conversion provisoire permet de pouvoir se dépanner soi même et de rouler quelques milliers de km en attendant de trouver une courroie Sédis solide à un prix raisonnable sans se précipiter sur la première trouvée. Ce kit de conversion comprenant la chaine, l’attache rapide et les pignons nous revient à moins de 50 euros, mais nous en avons du en faire fabriquer une petite série de 10 pour réduire le prix de revient unitaire. Il nous en reste donc 9 de disponible. Il est arbitrairement baptisé provisoire car en absence de tests d’endurance, on ne peut pas garantir le comportement de la chaine (et des pignons) dans le temps sans l’assistance d’une lubrification forcée. Ceux qui ont fait de la moto ou du karting connaissent bien le problème des chaines mal  graissées. Pour allonger significativement la durée de vie de la chaine et des pignons qui dans le montage provisoire ne sont lubrifiés que par les vapeurs d’huile internes du moteur, nous avons prévu en option d’ajouter un système de graissage sous pression que nous avons baptisé « kit permanent » et qui devrait sensiblement améliorer la durée de vie.  C’est selon notre langage populaire, la fameuse goutte d’huile qui débloque les engrenages !

Sur ce moteur, il nous a été facile de trouver un piquage pour prélever de l’huile sous pression. Derrière le support du filtre à huile, il y a un banjo qui alimente la pompe Kugelfischer pour assurer le graissage de ses pistons. Il nous a suffit d’ajouter un second banjo en cascade derrière le premier avec une vis creuse plus longue pour pouvoir assurer l’alimentation en huile sous pression de notre nouvelle chaine.

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Aperçu du nouveau piquage d’huile sous pression qui va assurer le graissage de la chaine.

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Détail de la nouvelle vis qui prend les deux banjos en sandwich

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Notre petite durite d’huile additionnelle a été ici réalisée avec des banjos de récupération (j’ai coupé en deux l’alimentation en huile de la culasse du vieux moteur). Si l’on veut améliorer le look (et la fiabilité) il est facile de remplacer ce montage type « jardiland » par de la durite aviation utilisée en compétition sur les étriers de frein.

La chaine étant installée, il nous fallait maintenant s’occuper de son graissage si l’on souhaitait qu’elle bénéficie d’une bonne longévité. A l’image de ces hauts fonctionnaires « grassement » rémunérés, une chaine bien huilée n’est pas pressée de partir à la retraite et s’accroche avec conviction pour remplir sa fonction le plus longtemps possible! J’ajoute un petit lien pour étayer mes propos critiqués par un lecteur « coincé »en recommandant le livre d’Yvan Stefanovitch: Image de prévisualisation YouTube

Le croquis ci-dessous nous montre le principe de graissage retenu: une pissette d’huile fixée sur le couvercle du carter de distribution est installée à l’intérieur de la boucle de la chaine. La lubrification d’une chaine par l’intérieur est toujours préférable car l’huile centrifugée dans les virages constitués par les pignons, traverse alors complètement les maillons et il y en a pour tout le monde.

Gicleur d'huile

Détail de l’option gicleur d’huile en charge de lubrifier la chaine. La fixation est prise en sandwich sur le couvercle en tôle. L’étanchéité entre la contre plaque et le couvercle est faite par un joint silicone. Si des suintements d’huile éventuels apparaissent, on pourra toujours ajouter des joints toriques autour des passages de vis.

La réalisation de cet ensemble n’était pas une grande entreprise et après avoir scier, limer, percer et tarauder tôle et plaque de dural, voici en photos le résultat obtenu.

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Fabrication d’une plaque support (en premier plan) et d’un gicleur d’huile selon notre croquis.

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On peut ensuite contre-percer le couvercle en tôle du carter de distribution pour pouvoir y fixer notre gicleur d’huile. Le contre-perçage est encore la méthode la plus sure pour que les trous correspondent!

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Bien qu’ayant réduit au maximum la hauteur de la pissette d’huile, il m’a fallu couper environ  3 mm sur le haut de la nervure centrale interne au carter de distribution pour éviter un conflit.

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Le gicleur est installé sur le couvercle et on peut maintenant présenter « l’enfant à sa mère » comme dirait notre ami La Mite que je salue au passage. Bon, on a de la chance, tout se passe bien.

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Voila, ce que donnera extérieurement l’option  »kit permanent » une fois l’installation terminée.

Notre montage du prototype incluant l’option graissage terminé, avec une seringue j’ai mis un peu d’huile dans la durite (coté source) puis j’ai ensuite soufflé dans le tuyau (j’avais bien essuyé les bords avant) pour vérifier si l’huile tombait bien au bon endroit. Avec de l’huile froide c’est très dur de souffler mais elle tombe parfaitement au milieu de la chaine. Reste à savoir maintenant quand notre ami sera décidé à installer ce kit sur son bon moteur. Le temps exécrable que nous avons en ce moment et la distance qui nous sépare ne le motive pas trop pour faire de la mécanique. Attendons les beaux jours, nous sauront s’il est finalement satisfait de notre « solution alternative » de la courroie Sédis.

Un peu hors sujet mais certainement utile pour le possesseurs de 404 ou 504 Peugeot à injection, voici un lien qui décrit comment contrôler soi-même le tarage de ses injecteurs: http://nanard289.unblog.fr/presentation/preparation-dun-moteur-1800cc/le-banc-de-tests-du-1800-drink-team/comment-tester-le-tarage-des-injecteurs-mecaniques/

Plus de 15 mois se sont écoulés depuis que le montage de ce kit a été effectué sur le coupé 504 de notre ami et il a parcouru depuis un peu plus de 5000km. Aujourd’hui, le problème de la courroie Sedis qui immobilisait sa voiture est devenu une histoire ancienne dont on ne souvient plus! Je lui avais demandé de vérifier l’état de la chaine après 2000km pour avoir une idée de son usure dans le temps (c’est à dire de son allongement éventuel) mais il trouve compliqué de démonter la grosse poulie en bout du vilebrequin pour pouvoir sortir le petit carter en tôle qui abrite la distribution. La chaine dit-il est toujours aussi silencieuse et ne claque pas donc tout va bien! Après tout, si c’est bon  pour lui, c’est excellent pour moi.

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Par nanard289
Le 19 décembre, 2014
A 0:47
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Partie 3: Révision d’un ancien V8 Ford de compétition – Présentation (mis à jour le 21 Février 2015)

Habituellement, la révision complète d’un moteur – même de hautes performances - ne présente pas de difficultés majeures dans la mesure où l’on dispose de l’outillage spécifique et des pièces nécessaires à sa remise en forme. Pour un moteur européen de grande série de plus de quarante ans, les pièces d’usure d’origine commencent à se faire rares et la prospection des « mines connues » devient de plus en plus difficile. Pour un moteur de fabrication américaine et de surcroit de diffusion confidentielle, les rares pièces qui restent disponibles sont devenues introuvables en Europe et se négocient au poids de l’or quand on réussi à en trouver aux Etats Unis. N’étant pas un « intégriste du boulon d’origine », j’allais m’orienter vers des pièces de fabrication moderne qu’il me suffirait d’adapter à mes besoins particuliers. Avant d’énumérer et de détailler les différentes étapes de cette « grande révision »*, je vais en préambule faire une présentation succincte de ce moteur et rappeler l’histoire de ses origines.

* « Grande révision »: expression employé chez Ferrari pour désigner la grosse opération de maintenance qui a lieu tous les 25000 km … et qui coute un bras!

Dans les années soixante, suite à son échec de négociation pour racheter la Scuderia Ferrari, Ford s’était investi dans la compétition automobile pour effacer l’humiliation que lui avait fait subir Le Commendatore. On rappellera à ce sujet qu’Enzo Ferrari avait « manipulé » Ford dans le simple but de faire monter les enchères; la vente de son usine étant de toute façon dans son esprit acquise à la FIAT.

Ford Racing (c’était le nom du service compétition) qui jusqu’alors limitait ses activités sportives en Amérique du nord avait entamé le programme GT40 pour disputer le championnat du monde (qui en fait se déroulait essentiellement en Europe) et défier Ferrari sur ses terres. En 1963, les moteurs qui équipaient les premières GT40 étaient de véritables mécaniques de compétition. C’étaient les fameux 255 ci Indy (4 litres) à double arbres à cames en tête qui prenaient plus de 8000 tr/mn, dont le bloc déjà en alu avait été étudié sur la base du populaire bloc 289 ci Windsor (qui lui était en fonte). Malheureusement, si ce moteur était très performant pour les courses de sprint, il manquait de fiabilité pour les courses d’endurances et lorsque Carroll Shelby pris la responsabilité du projet GT40, ce moteur de 4 litres fut abandonné au profit du 289 Windsor (4,7 litres) beaucoup plus rustique, moins prestigieux mais aussi moins fragile. Ce n’est que quelques années plus tard que le big block 427 (7litres) fut retenu pour équiper les GT40 avec le succès que l’on sait.

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Voici une des premières GT40 équipée du fameux 255 ci Ford baptisé « Indy » en référence à ses origines qui le destinait à l’ovale d’Indianapolis.

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Détail du 255 Indy de 1963  que je ne résiste pas à présenter tellement je le trouve superbe. On distingue les culasses double arbres avec des conduits d’admission retournés permettant d’avoir les collecteurs d’échappement au centre du Vé (solutions techniques très innovantes pour l’époque). Il était équipé d’un système d’injection mécanique à papillon (probablement Hilborne) et d’un carter sec.  

 Parallèlement, Ford Racing avait aussi développé un moteur destiné à être installé dans une Mustang pour le populaire championnat de la Trans Am  series qui avait lieu aux Etats Unis. Curieusement, ce moteur très performant de 5 litres de cylindrée né en 1969 avait pour origine un montage hybride. Ford Racing avait eu au départ l’heureuse idée de greffer des culasses de moteur Cleveland sur un « small block » 302 Windsor et le résultat avait été spectaculaire. Le Cleveland était une version intermédiaire entre le small block (5litres) et le big block (7 litres) mais plus prêt de ce dernier. Comme disent les américains, c’est un small big block. Le principal avantage des culasses du moteur Cleveland c’était d’être équipé de soupapes généreusement dimensionnées et de conduits d’admission (dits high port) mieux dessinés. Comparativement, le moteur Windsor qui initialement avait été conçu dans les années cinquante en 221 c.i. (soit environ 3,6 litres), puis modifié une première fois en 260 c.i. (environ 4,2 litres), puis une deuxième fois en 289 c.i. (environ 4,7 litres), puis enfin en 302 c.i (environ 5 litres) avait génétiquement des culasses trop plates pour permettre d’avoir des gros conduits. Ils étaient en plus limités en largeur par les tunnels des tiges de culbuteur qui encadraient l’admission. Enfin, ses soupapes étaient notoirement trop petites pour les hauts régimes et les culasses greffées du Cleveland permettaient de corriger tout ça. Ce nouveau moteur baptisé « 302Boss » avait finalement bénéficié de culasses spécifiques (toujours sur la base du Cleveland) avec des entrées d’eau revues pour être adaptées au bloc Windsor et dès sa sortie, il avait focalisé l’attention des « team managers ». L’embiellage (vilebrequin et bielles) était en acier forgé et la ligne des paliers du bloc Windsor avait été sérieusement renforcé. Ce moteur commercialisé sur des voitures de série (la fameuse Mustang 302Boss) délivrait environ 270hp (valeur certainement minimisée à l’époque pour rester dans le politiquement correcte). Les versions compétitions développées par Ford Racing auraient atteintes (je parle au conditionnel car ici à l’inverse du politiquement correcte il y avait beaucoup d’intox) plus de 450hp à 9000 tr/mn !!! Le succès en course de ce moteur a été très flatteur, à l’avenant du succès commercial de la Mustang 302Boss. Début 1970, le service Research & Development Inc.(RDI) Ford avait mis en chantier un nouveau moteur 302Boss en remplaçant la fonte du bloc et des culasses par de l’alliage léger, histoire de gagner près d’une centaine de kilos et accessoirement d’améliorer quelques points de détail. Ce nouveau moteur version weight watcher du 302Boss - dont le bloc alu était directement inspiré du 255 Indy – était à cause d’un prix de revient assez élevé, exclusivement destiné à la compétition. Malheureusement, la conjoncture économique allait le condamner à rester à l’état de prototype. Le premier choc pétrolier de 1973 a mis fin au programme compétition de Ford  et à ce moteur marginal dont on n’entendra plus parlé. Plus tard, d’autres équipementiers spécialisés dans les pièces racing  comme Fontana ou Dart proposeront également aux préparateurs de dragsters des small blocks en aluminium, largement inspirés du prototype Ford RDI de la fin des années soixante. C’est de l’un de ces moteurs Ford Racing du début des années soixante dix que nous allons décrire les différentes étapes de son reconditionnement.

Install moteur 10 02 07

Voici le 302Boss version aluminium lors de sa dernière révision dans notre atelier: c’était  en février 2007. Dans les détails extérieurs qui  indiquent que nous sommes en présence d’un moteur de compétition, on distingue au premier plan la pompe à huile multi étages qui caractérise les moteurs à carter sec.

Crankshaft installation 2R

Détail des chapeaux de palier du vilebrequin d’un bloc alu racing. Chaque chapeau est fixé par deux goujons verticaux d’1/2″ et par deux vis obliques de 7/16″ qui en plus des pions de centrage interdisent tout risque de déplacement transversal. Ce montage était garanti par Ford pour supporter 1500hp (pour moteur alimenté par double turbo ou dopé au Nitrous). On s’aperçoit également en bas sur le flanc du bloc que les classiques  pastilles de dé-sablage ont ici été remplacées par des bouchons à filetage conique permettant ainsi au circuit de refroidissement d’encaisser des pressions internes plus conséquentes.

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Sur le bloc 302Boss en fonte de série, les paliers d’extrémité 1 et 5 ne comportaient que deux vis (photo source Mustang360°); les paliers intermédiaires (2, 3 et 4) étaient quant à eux  fixés par quatre vis parallèles. La version « alu » a donc bénéficié d’un nouveau « design » encore plus renforcé  

Comme la plupart des moteurs américains des années soixante, c’est un V8 à 90° culbuté avec un arbre à cames central commun aux deux bancs de cylindres. Dans les caractéristiques principales de ce moteur qui reprenait les cotes d’alésage (4″) et de course (3″) du moteur 302Boss de série (soit 101,6 mm x 76,2 mm, ce qui nous donne 302 pouces cubes soit presque 5 litres), il faut préciser qu’il est en alu et chemisé avec des cylindres siamoisés en acier, c’est à dire sans passage d’eau transversal. Cette particularité permet d’ajouter de la matière sur la paroi des chemises et de pouvoir les réaléser bien au delà de ce que permettent les blocs traditionnels en fonte (donc sans chemise). Toujours pour gagner des cm3, les embases des cylindres sont échancrées pour laisser le passage aux vis de têtes de bielle, permettant ainsi d’avoir la possibilité d’augmenter la course du vilebrequin. Nous allons voir que ces particularités ont été utilisées afin d’augmenter significativement la cylindrée du moteur. Enfin, le dernier point (mais non le moindre comme disent les anglo-saxons), ce bloc est conçu d’origine en carter sec. A ce titre, le retour d’huile des culasses se fait par un circuit indépendant comprenant un piège à particules pour collecter les petits bouts de ressort ou des aiguilles de culbuteurs éprises de liberté. Ce dispositif est destiné à protéger efficacement les dents des pignons de la pompes à huile de retour.

Bloc RDI notch.

Détail des embrèvements à la base des futs de chemise qui permettent d’augmenter sensiblement la course du vilebrequin. Ici on contrôle le jeu entre la vis d’une tête de bielle et le fut du cylindre opposé avec un vilebrequin ayant une course de 3″1/4 (soit environ 82,55mm).  Selon la forme des pistons utilisés, on contrôlera également au PMB l’espace résiduel entre la jupe du piston et la masselotte du vilebrequin (c’est pas commode d’accès mais il doit y avoir au minimum 0,8 mm).  

Les culasses également en alliage léger fortement inspirées du moteur Cleveland n’ont que deux soupapes par cylindre (on est à la fin des années soixante), mais contrairement au Windsor, elles sont généreusement dimensionnées et la somme de leur diamètre est à quelques millimètres près égale à la valeur de l’alésage (ce qui est remarquable pour un moteur à soupapes parallèles). Ces culasses sont aussi plus hautes, ce qui permet d’élargir les rayons de courbure des conduits d’admission et d’échappement pour aider la respiration à hauts régimes (d’où l’appellation HP pour Hight Port) . Toujours dans le but d’améliorer les échanges de flux gazeux, les soupapes ne sont plus disposées en ligne mais sont légèrement « twistées », ce qui oblige d’avoir un axe de culbuteur individuel pour chacune d’elle. Détail original, la sortie d’eau qui retourne vers le radiateur n’est pas usinée d’origine et est à réaliser selon l’emplacement choisi par le mécanicien (frontal ou latéral).

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Sur ces culasses produites par le service compétition de Ford, les soupapes ne sont plus en ligne mais  »twistées » pour améliorer les échanges gazeux. Cette disposition oblige d’avoir un axe individuel pour chaque culbuteur.

Passons maintenant aux choses sérieuses et entrons dans le vif du sujet. Le moteur déshabillé de ses périphériques vient d’être désaccouplé au niveau de la cloche d’embrayage et le circuit de refroidissement a été vidangé. Un petit banc en bois a été placé sous la cloche en prévision pour supporter la transmission une fois  le moteur sorti. L’ensemble du groupe propulseur repose seulement sur trois gros silentblocs: deux sont situés latéralement de part et d’autre du bloc et un troisième est placé sous la boite. On voit que si on retire le bloc moteur, cet équilibre est rompu! Le damper en bout de vilebrequin a été démonté pour gagner un peu de place et nous permettre de dégager plus confortablement l’arbre primaire de boite de l’embrayage en tirant le moteur vers l’avant. Le bloc a beau être en alliage léger, il ne pèse pas le poids d’une jeune fille et pour les gros moteurs, le palan est indispensable.

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Le damper en bout de vilebrequin a été démonté pour gagner un peu de place …

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Voila,  le moteur à peine désaccouplé de la cloche d’embrayage réclame déjà son indépendance!

Ce constat termine la page « Présentation » de ce moteur. Tournons là pour lire la suivante: celle du « Choix des pistons » qui est ici : http://nanard289.unblog.fr/presentation/partie-3-revision-dun-ancien-v8-ford-de-competition-presentation-mis-en-ligne-le-21-octobre-2014/le-choix-des-pistons/  ou bien  pour attaquer directement le remontage du bas moteur ici: http://nanard289.unblog.fr/presentation/partie-3-revision-dun-ancien-v8-ford-de-competition-presentation-mis-en-ligne-le-21-octobre-2014/v8-ford-rdi-remontage-du-bas-moteur-mis-en-ligne-le-12-mars-2015/

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Par nanard289
Le 21 octobre, 2014
A 19:06
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Les pistons du 1800 Drink Team (édité le 29 juin 2017)

Dans un moteur 1600S de Berlinette traditionnel, il n’y a pas grand chose à dire sur les pistons: ce sont des pistons des années soixante avec leurs spécificités qui n’ont plus de secret pour personne. C’était des pistons moulés principalement caractérisés par un axe situé dans le milieu de la jupe (parfois légèrement désaxé de l’axe du cylindre) imposant des bielles courtes et équipés de segments très épais générant des surfaces de friction importantes. Pour notre nouveau moteur, nous avions décidé avec Dreyfus d’abandonner les conceptions anciennes pour adopter des pistons forgés type « hautes performances » résolument plus modernes. La principale difficulté était de trouver un modèle de piston de grande diffusion (c’est forcément moins cher et plus facile à trouver) dont la tête serait compatible (ou adaptable) avec la forme de la chambre de combustion spécifique du moteur Renault qui comporte une chasse latérale et deux soupapes en vé. Dans un premier temps, après bien des hésitations, nous avions sélectionné des pistons Supertech de 83mm d’alésage pour moteur 2L Honda.Cela a constitué notre variante 1.

J’ouvre ici une parenthèse sur la question légitime de savoir s’il faut choisir des pistons moulés ou forgés? Comme pour un calcul de prime d’assurance, il faut se demander quels sont les risques de casse encourus. Si c’est pour une utilisation touristique (les risques de casse sont très faibles), les moulés vont très bien: ils ont une excellente stabilité thermique (et donc un meilleur contrôle de la consommation d’huile) et sont généralement meilleur marché. Si c’est pour une utilisation résolument sportive, les risques de casse sont infiniment supérieurs et il faut préférer des pistons forgés. En effet, en cas de conflit entre piston et soupapes, le pistons forgé se déforme mais ne se casse pas  en mille morceaux comme un piston moulé qui – c’est là son moindre défaut – est fragile comme du verre. Cette conséquence est d’importance puisque dans un cas la bielle même avec un piston ayant la tête défoncée restera guidée au milieu du cylindre par le corps intact du piston en limitant la casse à la seule chambre de combustion, mais dans l’autre, le pied de bielle n’étant plus attaché au piston qui s’est brisé, celui ci entrainé par l’inertie du vilebrequin va tout casser sur son passage et gravement endommager le cylindre et le bloc moteur. Une dernière remarque: les pistons moulés utilisent un alliage d’aluminium hypersilicié qui leur confère un faible coefficient de dilatation à l’inverse des pistons forgés qui eux se dilatent davantage. Il faut donc en tenir compte quand on va déterminer le jeu chemise/piston. Fin de la parenthèse.

Dans les points positifs, ces nouveaux pistons avaient une hauteur de compression (c’est la distance entre l’axe et le bord de la couronne) réduite qui – malgré une course majorée – nous permettait donc de monter des bielles plus longues. Ils étaient en outre équipés de segments minces et les pistons complets pesaient environ 100grammes de moins que ceux d’origine (pourtant de plus petit diamètre). En contre partie, comme ils étaient prévus pour des culasses à quatre soupapes, il nous faudrait donc refaire le lamage pour le passage des têtes de soupape et adapter le rapport de compression en réduisant légèrement le volume du dôme. Par ailleurs, la forme en toit de la calotte allait nous obliger à revoir le système de la chasse d’origine de la culasse.

 Les pistons du 1800 Drink Team (édité le 29 juin 2017) img_7521-300x225

Voici les pistons Supertech pour moteurs 1800 Honda multi-soupapes que nous allons adapter à nos besoins

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Ici, je refais le lamage pour la soupape d’échappement avec une fraise de 40mm

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Le lamage pour le passage des soupapes est terminé. On voit sur cette photo que l’angle d’inclinaison de la soupape d’admission a été légèrement réduit pour autoriser le montage d’une soupape de plus grand diamètre.

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Enfin, la dernière modification du piston consiste à retirer 1,4mm sur le haut du toit pour obtenir un rapport de compression autour de 11/1

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Vue « en coupe » de la modification de la chasse dans la chambre de combustion imposée par l’utilisation des pistons en toit.

Les axes de 21mm de diamètres sont – c’est maintenant une généralité pour les moteurs modernes – montés centrés au milieu du piston. Ils sont très courts et les extrémités sont souvent alésées coniques. Ils sont maintenus en place par deux joncs de faible section. Le segment coup de feu (ou coupe feu, selon que l’on soit policier ou pompier) en acier au chrome fait 1mm d’épaisseur. Le second segment de compression est un peu plus épais: 1,2mm. Le segment racleur est lui en trois parties: deux joncs très minces servant de joues placées en sandwich autour d’un anneau en métal ondulé. L’ensemble du racleur fait 2,8mm d’épaisseur. Bien évidemment, les épaisseurs réduites des segments et la jupe courte associées avec des bielles plus longues diminuent sensiblement les pertes par frictions sur la paroi du cylindre. Ce piston Supertec complet (diamètre 83mm) avec axe, clips et segments pèse 375 grammes soit exactement 100 grammes de moins qu’un piston d’origine!

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 Détail d’un segment racleur ici en costume 3 pièces 

Pistons variante 2:

Ayant décidé avec Dreyfus d’installer le vilebrequin « spécial variante 2″ dont la course est encore majorée par rapport à notre version initiale, il nous fallait installer soit des bielles un poil plus courtes (- 1 mm) soit des pistons à hauteur de compression encore plus réduite. J’ai finalement abandonné les pistons Honda qui nous obligeaient à avoir une chambre de combustion affaibli au centre de la chasse pour revenir à un modèle plus classique (mais plus cher) fabriqué par Cosworth. Il s’agit d’un modèle de piston qui équipaient  les moteurs Lotus Twin Cam mais qui a été modernisé par Cosworth pour avoir une plus faible hauteur de compression et être équipé de segments très fins (similaires aux Supertec). Avec sa large couronne plate, l’adaptation de la chasse était devenu beaucoup plus facile et seul le diamètre des pieds de bielles devait être modifié. Sur le moteur Lotus, les anglais n’ont en effet pas des axes de 21 mm mais de 13/16″ (soit environ 20,63 mm).

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Usinage de nouvelles bagues en bronze pour rendre nos pieds de bielle compatibles avec les axes de piston Cosworth. L’alésage de la bague est ici en cours d’ébauche. La finition sera faite après mise en place de la bague dans la bielle à la presse. L’alliage de bronze que nous avons choisi est un bronze d’aluminium (CW307G) contenant un peu de nickel qui lui confère une grande dureté tout en conservant un faible coefficient de friction.

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A l’aide d’un mandrin de guidage usiné aux nouvelles cotes, les anciennes bagues sont démontées et les nouvelles sont pressées dans les pieds de bielle.

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Dernière opération, la nouvelle bague une fois en place est alésée à sa cote de finition avec un alésoir extensible qui nous permet d’ajuster exactement le « gras » voulu de l’axe du piston.

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Détail de nos nouveaux pistons Cosworth. La diamètre de la jupe est de 83,38 mm et la hauteur de compression est de 28 mm. Comme pour les Supertec, les segments font 1, 1,2 et 2,8 mm d’épaisseur.

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 Avec ces nouveaux pistons, le rapport de compression devrait être autour de 11,8/1. 

 

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Détermination de la valeur théorique d’ouverture maximale des soupapes au PMH selon le calage de l’arbre à cames. Lorsque le pignon de distribution est ajustable, il faut que le jeu pistons / soupapes tienne compte des valeurs correspondantes aux variations maximales. Cers valeurs sont déterminées par lecture directe sur le relevé du profil de cames (document Techiprofil). Les ouvertures de soupape de ce graphique correspondent à la levée de la came, multipliée par le rapport de bras de levier du culbuteur (qui ici a été arbitrairement défini à 1,5). Il convient donc de faire une correction pour tenir compte du rapport de nos culbuteurs qui est de 1,6.  

 Le problème de l’interface avec le pied de bielle étant soldé, il fallait maintenant s’occuper de l’interface avec la culasse. La principale difficulté étant l’adaptation de la chasse dans la chambre de combustion avec la calotte du piston. Pour ne pas affaiblir le toit à cet endroit (le plafond n’est pas très  épais et l’eau n’est pas très loin), il m’a fallu modifier la conicité du dôme des pistons pour rendre la pente plus douce et minimiser ainsi le creux à faire dans la chasse.  Sur la tête de nos pistons Cosworth, il y a beaucoup de matière et cette modification n’est pas préjudiciable à leur tenue mécanique (à ce titre, ils sont 40 grammes plus lourds que les Supertec).

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Reprise de la conicité du dôme de nos pistons. Pour un serrage dans le mandrin, une bague a été préalablement usinée pour maintenir délicatement le piston en place. La quantité de matière retirée correspond à un gros cm3 (environ 3 g).

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Comparatif entre un piston modifié (à gauche) et un piston d’origine Cosworth. La conicité est maintenant plus faible ce qui permet de réduire le creux à usiner dans la chasse … et de gagner quelques grammes

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Une culasse « martyre » nous sert ici de cobaye pour faire une première approche de la conicité à adopter pour la châsse.

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Pas évident à voir, mais cette vue « en coupe » nous donne une assez bonne idée de la forme de la future chambre de combustion de notre variante 2. On distingue la zone circulaire du pincement des gaz tout autour de la couronne dont le jeu a été réduit à la valeur minimale généralement admise (soit 0,7 mm). Le propos est bien sur de chasser les gaz vers le centre pendant la mise à feu pour accélérer la combustion. Compte tenu de l’épaisseur du joint de culasse en cuivre (1,5 mm), pour obtenir cette valeur de pincement (jeu couronne / culasse), au PMH les pistons débordent des chemises de 8/10 èmes. 

Parallèlement, on en profite pour vérifier le jeu entre la tête des soupapes avec les lamages dans les pistons. On voit ici toute la difficulté à monter des grosses soupapes: il nous a fallu d’abord diminuer les angles des guides (gros travail sur la culasse fait par Michel Camus) pour éviter les risques d’accrochage dans la phase de croisement, et maintenant il nous faut aussi reprendre les lamages sur la tête des pistons.

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La reprise des lamages  pour le passage des têtes de soupape sur le piston se fait ici sur un tour transformé pour l’occasion en fraiseuse. Le piston est bridé sur une platine d’adaptation (c’est l’opération la plus fastidieuse car la mise en place à la bonne hauteur est délicate) sur le chariot à la place du porte outil et la fraise est montée dans le mandrin.

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Comparatif après reprise du lamage de la soupape d’admission avec le piston d’origine (à droite). Le diamètre du lamage est un peu plus grand (de 45 on passe à 47 mm) mais il est aussi décalé vers l’extérieur à cause de la nouvelle inclinaison des guides (+2mm).

 

 

 

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Par nanard289
Le 2 mars, 2013
A 1:23
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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.

Image de prévisualisation YouTube

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 finie 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 : 25
 
 
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L’usinage du bloc moteur du 1800 « spécial Drink-Team » (mise à jour le 22 Novembre 2016)

L’usinage du bloc moteur pour transformer un 1600 en 1800 est incontestablement la modification la plus délicate à réaliser. De la qualité, du soin et des choix technologiques apportés pour réaliser cette opération dépendra la fiabilité du moteur dans le temps. On ne peut pas ajouter d’étages à sa maison sans se soucier de savoir si les fondations existantes vont supporter sans broncher la charge supplémentaire. Le choix de la valeur de l’alésage (qui va contribuer à déterminer évidemment la cylindrée) va conditionner la première question essentielle: faut-il conserver ou non l’entraxe de 89mm des cylindres d’origine?  D’après nos estimations basées sur les quantités de matières  restantes après usinage des alvéoles du bloc, jusqu’à 82mm on peut raisonnablement conserver l’entraxe d’origine. A 82,5 d’alésage on devient en délicatesse avec la résistance des matériaux car le fut de guidage de la chemise devient trop mince au centre.  Pour un alésage de 83 et au delà, il faut augmenter la cote d’entraxe des cylindres pour ne pas trop affaiblir la structure … mais il faut se résigner à accepter la cascade des contraintes qui vont en découler (bielles, chambres de combustion et soupapes désaxées légèrement des cylindres). 

USINAGE BLOC 1800

 Faut-il conserver ou non l’entraxe de 89mm des cylindres d’origine?

Pour Dreyfus c’était clair: quitte à transformer le moteur, autant ne pas faire dans la demi-mesure et puisque le but était de rajouter des cm3, il fallait utiliser des pistons aussi gros que possible! Finalement, notre choix de l’alésage s’est porté sur une valeur de 83,50mm avec une cote d’entraxe des cylindres de 90mm*, ce qui nous laissera la possibilité pour les futures opérations de maintenance de pouvoir encore réaléser les chemises à 84.

* Nota: La cote d’entraxe des cylindres de 90mm correspond à celle d’un moteur Honda 1800 pour lequel il existe des chemises spéciales que l’on a pu adapter sur le bloc Renault

La première étape pour la modification du bloc a été de réaliser une plaque de rectification (honing plate) au nouvel entraxe de 90mm pour pouvoir l’adapter sur le plan de joint et permettre dans un premier temps le positionnement de l’outil pour agrandir les alvéoles  des futs de cylindres et ensuite de simuler les contraintes de serrage de la culasse pour pouvoir rectifier les nouvelles chemises en place dans le bloc. C’est l’ami Dreyfus qui s’est chargé de cette opération. De mon coté, j’ai récupéré un joint de culasse que j’ai redécoupé à la Dremel pour avoir la correspondance avec le nouvel entraxe et le nouveau diamètre des cylindres. Ce joint provisoire qui sera interposé entre la plaque de rectification et le bloc ne servira évidemment que pour les opérations d’usinage.

L'usinage du bloc moteur du 1800
Plaque de rectification

La plaque de rectification du bloc est prévue avec des raccords hydrauliques qui communiquant avec la boite à eau, permettent de faire une circulation d’eau chaude (80°C) dans le bloc pendant la rectification des cylindres. La plaque étant beaucoup moins épaisse que l’ensemble culasse / rampe de culbuteurs (mais d’une raideur équivalente), les vis de fixation d’origine (M11 x 150) ont été remplacées par des vis de culasse provenant d’un moteur Nissan.

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Bien que l’alésage de la plaque (et du joint) soit de 85mm, un oeil averti remarquera la faible largeur à certains endroits de la portée d’un joint standard sur les hauts de cylindre (cylindres 1 et 4 notamment). Il est vraisemblable que le joint définitif sera fait sur mesure (MLS de Cometic ou équivalent) pour corriger ce maillon faible.

Pour pouvoir réaléser les embases des chemises dans le bloc, le rectifieur va s’aligner sur les alésages de la plaque de rectification (qui eux sont naturellement déjà décentrés) qui a été soigneusement mise en place (contrôle de l’alignement de l’axe des cylindres avec l’axe du vilebrequin).  L’épaisseur de la plaque de rectification et sa matière ont calculée et choisie pour avoir une rigidité longitudinale équivalente à celle de la culasse (merci aux services techniques de Renault … et aux programmes de calcul) pour obtenir une déformation équivalente lors du serrage sur le bloc.

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Le bloc est ici prêt à partir chez Rectification 2000 pour y subir une opération de lifting pas comme les autres …

Après avoir connu quelques soucis sur « la table d’opération », le bloc est finalement presque terminé d’usiner. Il reste à réaliser  le petit lamage de l’embase des chemises, celui qui va conditionner la hauteur de débordement de celles-ci, qui – conformément aux prescriptions du fournisseur des chemises - doit être maintenant comprise entre 4 et 6/100èmes. On est loin des 15 à 20/100 èmes initialement préconisés par Renault dans les années soixante.

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Cette photo nous montre le détail de l’usinage de la partie haute du bloc, là où va s’emboiter la collerette du haut de la chemise améliorant ainsi la rigidité de l’ensemble. La hauteur de la collerette  est de 1/2″ (environ 12,7mm)  mais le lamage est plus profond pour augmenter la section de passage du liquide de refroidissement sous le haut de la chemise.

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L’usinage du bloc est terminé et l’heure est au montage. Les chemises sont équipées de leurs joints toriques, leur base est graissée et une pate d’étanchéité est appliquée sur la portée du fond. A gauche, Patrick (Rectif 2000) met sa dernière touche pour casser quelques arrêtes vives et Dreyfus fini d’installer les joints toriques sur les futs de chemises.

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La première chemise vient d’être emboitée (il a fallu utiliser un maillet pour les derniers millimètres) et la cote de débordement est parfaitement respectée au 1/100ème près.

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Voilà, toutes les chemises sont en place et je suis stupéfait par la précision de l’usinage qui a été réalisé. Un barreau en acier rectifié posée sur les collerettes  des quatre chemises installées révèle un écart d’un petit centième entre la plus haute et la plus basse. Bravo Patrick!

Les chemises étant installées, on peut remettre la plaque de rectification en place et la serrer au couple pour simuler les contraintes de la culasse. Nous voilà maintenant prêt pour partir en direction de l’aléseuse pour dégrossir l’usinage des cylindres  puis de la rectifieuse pour la finition. Pour éprouver  la bonne  étanchéité du circuit de refroidissement autour des chemises, il suffit d’installer un raccord pneumatique sur la plaque qui simule la culasse, de gonfler le moteur, puis de mettre de l’eau savonneuse autour des points critiques (embases des chemises notamment)!

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Le bloc est ici gonflé à environ 3 bars et la seule fuite trouvée était … sur le raccord pneumatique de la plaque!

Les blocs moteurs Renault de 1600cc ne sont pas tous identiques et ont subit diverses évolutions. En comparant des pièces critiques sur deux types qui extérieurement semblaient être jumeaux, j’ai remarqué que les chapeaux de palier du vilebrequin étaient plus hauts et plus massifs sur l’un que sur l’autre et avec des vis de fixation sensiblement plus longues (+10mm).

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Comparaison de deux chapeaux de palier issus de deux blocs différents. Le premier à droite est un peu moins haut (-5mm) et les vis sont 2cm plus courtes que celui de derrière dont le taraudage démarre environ 1 cm sous le plan de joint du palier ce qui minimise d’autant les risques de fissures en reportant les efforts vers le centre du bloc.

Il est habituel sur un moteur ayant subit une préparation plus ou moins conséquente en vue d’améliorer ses performances, de remplacer les vis soumises à des efforts importants par des vis (ou goujons) de qualité supérieure. N’oublions pas que ce bloc était au départ initialement conçu pour un modeste moteur de 1470cm3 développant 60CV … et qu’on envisage aujourd’hui d’en sortir environ 3 fois plus. C’est le cas bien sur pour les vis de tête de bielle qui sont de loin les vis les plus sollicités et les plus critiques dans un moteur, mais il y a aussi les vis de chapeau de paliers et les vis de culasse qui sont concernées (non monsieur, les vis platinées ne comptent pas). On trouve chez les fabricants spécialistes de la visserie de haute qualité réalisée dans des aciers nobles, des vis ou des goujons dont les caractéristiques mécaniques peuvent être plus de deux fois supérieures à de la visserie ordinaire de série. Pour nos paliers de vilebrequin, nous avons donc également remplacé les vis d’origine par des goujons ARP en aciers traité avec en plus, une forte tôle en acier dur (XC60) additionnelle  pour entretoiser tous les chapeaux de palier entre eux, ce qui renforce très sensiblement le coeur de ce bloc en aluminium. Cet artifice, communément utilisé aux USA sous le nom de « main girdle », permet de sortir des puissances inavouables sur des petits moteurs ayant des blocs modernes de plus en plus fins. Notre plaque de renfort est en cours d’usinage ainsi que le dessus des chapeaux de palier qui doivent être surfacés pour garantir une bonne portée et faire bloc avec la plaque additionnelle. Je mettrais la photo de ce montage qui permet de renforcer considérablement les « fondations de la maison » dès que l’ami Dreyfus aura terminé les usinages.

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Un chapeau de palier modifié (en premier plan) pour assurer un bon plan d’appui à la plaque de renfort qui viendra en sandwich sur ses épaules. Derrière lui, un autre chapeau attend son tour pour se faire raboter l’échine.

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 Opération de maquettage avec le vilebrequin et une bielle pour déterminer la forme des découpes et les dimensions de notre plaque de renfort des paliers. On voit que pour les paliers 1 et 5, j’ai du casser les angles interne du bloc pour ne pas trop étrangler la largeur de la plaque aux endroits critiques et lui conserver une très bonne rigidité.

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Comme l’aluminium en tôle fine est beaucoup plus facile à usiner que l’acier dur en tôle épaisse, j’ai fait un gabarit pour vérifier les jeux de fonctionnement entre l’embiellage et la future plaque. 

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D’abord je vérifie le passage des masses d’équilibrage du vilebrequin qui est monté ici sans les cales latérales ce qui permet de vérifier les jeux longitudinaux mini et maxi. Là c’est le jeu mini coté poulie …

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et ici c’est le jeu maxi.

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Une découpe supplémentaire a du être ajoutée symétriquement sur le gabarit pour le passage des têtes de vis de la tête de bielle … comme quoi c’était pas inutile de faire un gabarit. 

C’est une évidence, mais il faut le rappeler de temps en temps: quand on installe de nouvelles vis (ou de nouveaux goujons) de classe supérieure, les couples de serrages sont bien sur à majorer pour augmenter les forces de précontraintes, repoussant d’autant les possibilités de déplacement des pièces assemblées (les vis s’allongent quand elles supportent des efforts supérieurs à leur précontrainte). Ainsi, pour nos nouveaux goujons de palier (dont le filetage coté bloc reste en M10 x 150) le couple de serrage qui était initialement préconisé à 65mN pour les vis d’origine (filets huilés) va passer à 81mN selon les recommandations du fournisseur avec la graisse spéciale ARP-qui-va-bien (soit l’équivalent de100mN avec des filets simplement huilés). Ce couple de serrage majoré d’environ 50% par rapport au couple d’origine permet d’augmenter considérablement la charge de la précontrainte. Autre évidence, une chaine ne valant que par son maillon le plus faible, il faut naturellement que le filetage dans le bloc soit suffisamment profond et en bon état pour encaisser cet effort supplémentaire. Ici, la profondeur taraudée dans le bloc est de 32mm et les vis n’avaient jamais été démontées, ce qui – sur ce point là – nous met à l’abri du malheur. Si on rencontre des soucis (et on ne doute pas d’en avoir), ils viendront probablement d’ailleurs.

 

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Sur un bloc ancien, il ne faut pas hésiter à passer un peu de temps pour nettoyer les fonds de taraudage des vis de palier (comme ici) ou des vis de culasse pour éviter des mauvaises surprises au remontage.  Pour cela, j’utilise un taraud de finition suffisamment long (surtout pour les vis de culasse). Il y a toujours des saletés d’accumulées dans le fond, même quand le taraudage est débouchant (c’est curieusement le cas de 3 taraudages de palier sur les 10).

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On aperçoit au fond du couloir dans les recoins du bloc,  la tête du taraud nettoyeur qui dépasse du taraudage débouchant. Après quarante ans de servitude, faire le ménage « en grand » n’est pas une tâche superflue.

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Les taraudages une fois nettoyés peuvent recevoir les nouveaux goujons ARP qui associés à la plaque de renfort vont contribués à renforcer considérablement le bas moteur.

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Main Girdle special Drink Team

La plaque d’acier découpée au laser par les soins de Michel Camus  pour renforcer les fondations du bloc moteur vient d’arriver. Rien à dire sur la précision de la découpe (+ou – 0,1mm); tout est  conforme à notre attente. Cette association plaque de renfort/goujons ARP  permet de multiplier au moins par 2 la rigidité torsionnelle du bloc, minimisant ainsi les risques de problèmes d’étanchéité des futs de chemise. Le montage est ici fait avec un palier provisoire. Les paliers définitifs sont en cours de surfaçage chez Michel Camus et ne devraient pas tarder à regagner leur domicile.

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Main girdle moteur 1800 Alpine

Il a fallu faire quelques petits ajustements pour le passage des vis de tête de bielle … en tenant compte qu’un coussinet puisse se détériorer! 

La page de l’usinage du bloc se termine ici et je pense en toute modestie que nous devons être les premiers « bidouilleurs » à avoir retenu la technologie MID* développé par le fabricant US de chemises Darton  pour la mettre en oeuvre sur un bloc Renault 1600 Cléon. L’avenir nous confirmera si nous nous sommes engagé dans une large avenue … ou dans une impasse. A ce propos, comme me le faisait justement remarquer l’ami Philippe Loutrel: il n’y a qu’en livrant des batailles que l’on peut espérer remporter des victoires!

*Modular Integrated Desck

 

Image de prévisualisation YouTube

Une petite vidéo qui nous montre l’embiellage assemblé dans le bas moteur. Le vilebrequin de retour du traitement thermique n’a pas pris 1/100ème de désalignement! On le contrôle simplement en montant les pistons sans segment et en ne mettant pas les joints Spi: à la main il tourne tout seul (la sensation tactile est grande et permet de bien « sentir » le comportement des pièces en rotation).  On ne peut malheureusement pas en dire autant pour l’arbre à cames qui a très mal supporté le traitement thermique.

Usinage du bloc : suite et fin

Ayant finalement retenu le montage d’un vilebrequin en acier forgé (inspiré de notre variante 2), la question des coussinets était revenue à l’ordre du jour: Fallait-il conserver les coussinets standards d’origine Renault, ou bien faire un réalésage en ligne pour se mettre au standard de notre vilebrequin exotique?

C’est le moment d’ouvrir ici une parenthèse sur les coussinets en général. Quand on compare les qualités d’une huile moteur des années soixante dix et une huile de synthèse d’aujourd’hui, on peut dire qu’il y a eu beaucoup de progrès de réalisé. Pour les coussinets, c’est la même chose. La comparaison des coquilles d’aspect aluminium issue de la grande série qui étaient installées sur le moteur de la Berlinette fait aujourd’hui triste figure par rapport à des coussinets de compétition modernes. Nous avions déjà réalisé cette modification avec bonheur sur les têtes de bielle de notre première variante en adoptant le standard Honda (et les coussinets modernes qui vont avec), nous devions faire la même chose avec les paliers des tourillons de notre nouveau vilebrequin. Fin de la parenthèse.

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Différence d’aspect extérieur entre un traditionnel coussinet d’origine Renault des années soixante dix (à gauche) et un coussinet moderne de compétition avec un revêtement multicouches

Pour se convaincre de la nécessité d’un réalésage de la ligne de palier (c’est forcément une opération couteuse), il nous a suffit de faire quelques mesures sur notre vieux bloc pour nous conforter dans cette décision. La cote nominale du tourillon d’un vilebrequin de moteur 1600 Renault standard est de 54,80 mm et l’épaisseur d’un coussinet est de 1,95 mm. On devrait donc avoir une ligne d’arbre d’un diamètre théorique de 54,80 + (2 x 1,95) = 58,70 mm. Il faut rajouter à cette valeur 4 à 5 /100ème de jeu pour le film d’huile, ce qui nous donne un diamètre de ligne d’arbre qui doit être compris entre 58,74 et 58,75 mm

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Les mesures nous indiquent une usure quasiment nulle pour le palier N°5  qui augment ensuite progressivement sur les autre paliers pour atteindre 3,5 /100èmes sur le palier N°1 (coté volant moteur).

Notre décision devient finalement relativement facile à prendre: nous allons refaire aléser la ligne d’arbre du vilebrequin à une cote supérieure pour recevoir des coussinets modernes. Ceci nous permettra d’effacer l’ovalisation (ou plutôt de compenser le tassement du métal) que ces paliers ont subie dans une vie antérieure.

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Par nanard289
Le 2 novembre, 2012
A 18:21
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L’arbre à cames retaillé pour le 1800 (mise à jour le 4 Avril 2014)

Tout comme dans un violon, je crois qu’un moteur possède aussi une âme qui est matérialisée par son arbre à cames. En effet, ce sont essentiellement les caractéristiques de cette pièce qui vont déterminer son comportement … et le timbre de sa voix! Paradoxalement, plus les cames sont pointues et plus le moteur est souple et docile. A l’inverse, plus elles sont rondes et ventrues et plus le moteur est pointu et brutal (c’est à dire qu’il est creux en bas et ne dispose que d’une faible plage d’utilisation intéressante à hauts régimes, rendant son exploitation souvent délicate). Entre ces deux extrêmes, il existe une toute une infinité de profils allant du plus tranquille au plus turbulent. Si le choix d’une « bonne came » est souvent un casse tête, c’est toujours une affaire de compromis. Dans le cas de la Berlinette, le casse tête n’est pas chinois car finalement le choix est plutôt restreint: on est loin des centaines de modèles  proposés aux US pour chaque type de moteur! En effet, le marché français qui s’est adapté aux besoins de la clientèle ne nous propose que 5 ou 6 profils de came crées depuis plus de trente ans. Ici, la demande est marginale et le développement n’intéresse que quelques passionnés à l’image de Gérard Augereau qui a crée l’entreprise Techniprofil, spécialisée dans le retaillage et la restauration des arbres à cames. Dans notre cas, n’ayant ni les compétences pour créer un profil spécifique à notre nouveau moteur, ni les moyens pour le fabriquer, on a fait comme tout le monde: on s’est adressé à un spécialiste du retaillage de cames. Economiquement, il est en effet plus simple de retailler un arbre à cames de récupération,  plutôt que d’en fabriquer un nouveau à partir d’un rond d’acier. Il faut cependant que la came « donneuse »  soit suffisamment étoffée pour qu’une fois retaillée, le traitement thermique n’est pas totalement disparu. A ce sujet, les cames des moteurs diesel ne conviennent pas.

 

L'arbre à cames retaillé pour le 1800 (mise à jour le 4 Avril 2014) RETAILLAGE-CAME-300x266

Principe du retaillage d’une came

Le croquis ci-dessus nous indique le principe du retaillage ou comment augmenter la levée et la durée d’ouverture en supprimant de la matière autour d’une came de série. Les choses se compliquent quand  on sait qu’il faut aussi modifier l’angle de séparation entre les lobes (voir croquis en fin d’article) qui n’est plus tout à fait le même entre un arbre à cames standard et un arbre à cames sportif.

Curieusement, j’ai découvert que sur le marché français il n’y avait pas de profils de cames spécifiques aux moteurs 1800cc et que les mêmes cames étaient proposées indifféremment pour les 1600 ou les 1800! Signe révélateur de la misère du marché local et de la demande. Finalement, notre choix s’est fait par élimination en privilégiant une grande ouverture et en supprimant les cames qui offraient moins de 7mm de levée (valeur qui  avec un ratio culbuteur de 1,6 correspond à une ouverture de la soupape de 11mm).  L’avenir nous dira si ce choix était judicieux. Pour faciliter les opérations de retaillage, j’ai légèrement réduit le diamètre de l’arbre pour dégager au maximum les pieds de cames et (pendant que j’y étais) supprimé la came de la pompe à essence qui ajoute un mini balourd dont on peut maintenant se dispenser puisque la pompe mécanique a été remplacée par une pompe électrique.

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La came de la pompe à essence est supprimée et le diamètre de l’arbre légèrement réduit

 

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Relevé du profil des cames

Détail du diagramme de notre nouvelle came. La courbe haute (levée de la soupape) correspond à la courbe basse (levée de la came) multipliée par le bras de levier du culbuteur (environ 1,6). Pour le calage angulaire précis d’un arbre à cames par rapport au vilebrequin, le relevé du diagramme met en évidence la dérision de la précision si l’on se base sur le début (ou la fin) de l’ouverture (grande variation angulaire pour un très faible déplacement communément appelée rampe de silence). Il faut caler l’arbre à cames en se référant à la position de l’ouverture maxi qui est indépendante du jeu aux culbuteurs et garantie une meilleure précision. Pour cette raison, il est important de connaitre le valeur dite « center line » (angle du lobe par rapport au PMH) pour chaque came.

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Voici le profil retenu qui donne une levée de soupape de 11mm

Le calage précis d’un arbre à came retaillé dont le pignon est traditionnellement indexé par une simple clavette ne tombe jamais parfaitement bien. Il y a toujours quelques degrés en plus ou en moins par rapport au calage théorique idéal, ne serait-ce que si l’on installe une chaine neuve ou usagée. L’allongement de celle-ci bien que compenser en partie par le tendeur influence évidemment le calage. Pour améliorer les choses et s’approcher le plus près possible du calage théorique, plusieurs solutions existent. On peut soit avoir recours à une clavette décalée (c’est long et fastidieux à mettre en oeuvre), soit utiliser un pignon de distribution à rainures de clavetage multiples (c’est pas toujours disponible et difficile à usiner), soit installer un pignon réglable (le top). La facilité des réglages multiples que donne cette solution permet surtout de faire des essais comparatifs en utilisant différentes valeurs légèrement décalées (en avant ou arrière) du calage théorique. Pour le calage de l’AàC de notre futur moteur 1800, c’est vers cette dernière solution que je me suis orienté.

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Principe de la clavette décalée. Il existe plusieurs valeurs de décalage qui permettent de couvrir plus ou moins un quart de dent

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Principe du pignon à rainures de clavetage multiples (ici nous en avons 7). Là aussi, les réglages possibles couvrent une demie dents en plus ou en moins.

Comme d’habitude, n’ayant rien trouvé d’intéressant sur le marché local en pièce prête à monter à un prix raisonnable, je me suis décidé à fabriquer un pignon réglable original. Certains pignons réglables trouvés dans le commerce sont serrés sur le moyeu par un système vis/écrou rendant impossible le réglage sans faire un démontage (les écrous au dos du pignon sont inaccessibles autrement). Par chance, les chaines de distribution sont presque toutes au même standard (rouleaux au pas d’un quart de pouce) et plusieurs constructeurs d’automobiles utilisent comme Renault des pignons de distribution de 36 dents. J’ai finalement choisi un pignon de BMW 3000CSI qui me convenait à la fois dans sa forme et son prix (10$ neuf).

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Voici ma base de départ: un pignon de distribution pour BMW 3000CSI

L’étape suivante a été la réalisation d’un moyeu intermédiaire en alliage léger pour s’interposer entre la couronne dentée et le centre du moyeu d’origine (qui est monté pressé sur l’arbre à cames). Pour des problèmes d’accessibilité mécanique, j’ai taraudé les 4 trous de fixation. Le voile du pignon est suffisamment épais pour permettre cet usinage (on verra par la suite que cette disposition permet de reprendre le réglage du calage très simplement par une trappe de visite découpée dans le carter de distribution). Dans la foulée, sur la face interne du pignon (coté bloc moteur) j’ai fait une petite rigole au tour à l’intérieur de l’épaulement de la denture pour collecter les projections d’huile venant du palier qui au passage lubrifient la plaque de maintien de l’AàC (voir photo ci-dessous). Trois trous à 120° (avec un pignon de 36 dents, c’est commode à positionner) sont également percés en biais pour faire communiquer l’intérieur de la rigole avec la rainure centrale du pignon, permettant ainsi de lubrifier la chaine de distribution au centre par l’intérieur.

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Modifications du pignon de distribution

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Détail du circuit de graissage de la platine de point fixe. On remarquera que comme pour les tourillons du vilebrequin le conduit d’huile tournant a été largement chanfreiné.

 Toujours à propos du graissage, mais maintenant pour les paliers centraux 2 et 3, il ne faut pas hésiter à ajouter des restricteurs de débit d’huile quand on a (c’est notre cas) des paliers d’AàC un peu usés. Pour cela, il suffit de tarauder les puits d’arrivés d’huile correspondants (M10), de percer une paire de vis sans tête et de les installer dans leur nouveau logement.

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Taraudage trous arrivée d’huile paliers AàC

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Vis sans tête (appelée également vis femelle) qui une fois percée servent de restricteurs de débit d’huile …

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… et mise en place

 

Le nouveau pignon BMW étant « moins creux » que le pignon d’origine, les vis de fixation de la platine de point fixe ont du être – dans un premier temps – remplacées par des vis à tête fraisée. On verra par la suite que cette plaque sera finalement abandonnée.

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Fraisurage de la petite platine de point fixe pour pouvoir installer des vis à tête fraisée

Après quelques heures de tournage, de perçage et d’ajustage mon pignon réglable est enfin terminé. Certains reconnaitront que ce qui reste du moyeu central provient d’une R5 turbo. 

Bon, c’est peut être pas le plus beau, mais c’est un modèle unique.

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Voici le pignon de distribution réglable. La plage de variation mini maxi couvre une dent et demie (soit 15° sur l’AàC et 30° sur le vilebrequin)

Maintenant, la prochaine étape sera de prévoir une trappe de visite sur le carter de distribution pour pouvoir caler l’AàC à la fois précisément et confortablement. A ce propos, pour rendre le réglage par la trappe de visite confortable, il faut s’arranger pour que deux des quatre vis de blocage du pignon se trouvent en position horizontale quand la came de référence est en pleine ouverture. Cette disposition permet de bloquer le pignon (au moins avec les deux vis horizontales) quand le réglage est satisfaisant. On peut ensuite faire un demi tour au vilebrequin pour bloquer les deux autres vis qui n’étaient initialement pas accessibles.

Comme disait ma grand mère pour me consoler quand j’avais un chagrin: « A quelque chose malheur est bon » et elle trouvait toujours une bonne explication à me donner pour trouver un coté positif à ma mésaventure du moment. C’était il y a soixante ans mais son propos est toujours d’actualité! En croyant bien faire, nous avions renvoyé notre arbre à cames retaillé avec notre vilebrequin pour leur faire subir un traitement de surface type « ténifer ». Le retaillage supprime évidemment une bonne partie du traitement d’origine et avec des gros ressorts, les pressions de contact came/poussoir sont considérables. Malheureusement, dans les aléas du transport de retour, l’arbre à cames, devenu très dur mais aussi très fragile est revenu cassé. Ce type de traitement est donc à éviter au profit d’une nitruration qui conserve davantage la souplesse du cœur de la matière.

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Arbre à cames « vue en coupe » de retour du traitement de surface! On voit à la couleur gris clair du métal qu’il a subit un traitement. La cassure nette et d’un grain régulier ne présentait pas de crique ni de fissure

Le coté positif de la chose, c’est qu’après avoir reconsulté les Ets Techniprofil pour en faire retailler un autre, ils nous ont proposé un nouveau profil plus spécifique à notre moteur qui devrait privilégier le couple à moyens et hauts régimes.

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Voici le petit dernier. Extérieurement la différence n’est pas évidente mais la couleur moins grise révèle un traitement de surface différent (ici, c’est une nitruration qui cette fois ci a été réalisée directement par les Ets Techniprofil)

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Là, c’est le diagramme de notre nouvel AàC. Curieusement, le tracé de la valeur d’ouverture des soupapes a cette fois ci été réalisé en prenant un rapport de bras de levier des culbuteurs de 1,5 (R.R. pour Rocker Ratio dans le diagram). Il convient donc de corriger les résultats en prenant la valeur de 1,6 pour avoir les valeurs exactes. On notera comparativement à la précédente version une levée un peu plus modeste de la came d’échappement. Par contre, l’admission dépasse maintenant allègrement les 11,7 mm.

L’arbre à cames dans son montage original entraine via un pignon central à renvoi d’angle la pompe à huile et l’allumeur. Le couple résistant induit principalement par la pompe à huile se traduit sous l’effort par une réaction axiale* de l’arbre à cames. A cette fin, une cale prise en sandwich entre le pignon de la chaine de distribution et le bloc moteur sert de point fixe en limitant le jeu axial – et donc le déplacement de l’AàC – à quelques centièmes de millimètres. La fixation de cette cale à son endroit d’origine (c’est à dire derrière le pignon de distribution) nous posait quelques problèmes avec notre pignon réglable: malgré différentes tentatives pour loger la cale de point fixe, il n’y avait pas assez de place derrière notre nouveau pignon. Comme notre pompe à huile est maintenant entrainée directement par le vilebrequin et non plus par le renvoi d’angle de l’AàC, les efforts axiaux sont devenus limités à la réaction de l’effort pour entrainer l’allumeur: c’est à dire « peanuts ». De ce fait, le maintient axial de l’AàC n’avait plus besoin d’être assuré par une grosse cale maintenue par deux vis, mais pouvait être plus simplement réalisée par un pion de guidage inséré dans une gorge. La gorge existant déjà sur l’AàC, il n’y avait que le pion de centrage à rajouter; voici donc en images comment nous avons procédé:

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Dans la gorge du palier N°1 (celle qui permet à l’huile sous pression venant de ce palier de remonter vers la culasse) il faut ajuster l’extrémité d’une vis M5 (tournée  à 2,70mm) pour qu’elle puisse pénétrer dans la gorge sans jeu excessif.

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Ensuite, il faut percer puis tarauder à M5 la paroi du palier N°1 de l’AàC juste au droit de la gorge (c’est à dire en face de la fente du circuit d’huile) pour pouvoir y visser notre pion de centrage fraichement réalisé. On aperçoit dans la cavité en bas à gauche du palier le trou qui permet la redescente des fuites d’huile du palier (il est graissé sous pression) vers le carter moteur.

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Un contre écrou vient bloquer le pion de centrage (M5 sans tête à empreinte hexagonale) pour garantir un réglage permanent. Le trou extérieur d’un diamètre de 12,5mm permet de passer une clé à pipe pour bloquer l’ensemble pion/contre écrou.

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La cavité externe du palier servant à collecter la sortie d’huile de graissage, un bouchon avec un filetage conique (1/4  NPT) vient fermer le trous d’accès externe.

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Quand l’AàC est en place, on visse le pion de guidage jusqu’à ce qu’il vienne en butée, puis on le desserre d’un demi tour avant de le bloquer avec le contre écrou. L’AàC doit ensuite pouvoir tourner librement sans aucun point dur.

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Ce nouveau point fixe de l’AàC à l’avant nous permet de couper les oreilles qui initialement servaient à fixer la cale sur le palier arrière, qui va nous libérer l’espace et nous permettre d’encastrer correctement notre nouveau pignon de distribution réglable.

* Le couple résistant de la pompe à huile qui d’origine est entrainée par le pignon de renvoi d’angle de l’AàC s’exerce d’abord sur ce couple de pignons qui en utilisation sévère est un peu sous-dimensionné et constitue un maillon faible de la chaine … de la distribution. L’entrainement de notre nouvelle pompe à huile, maintenant assurée directement par le vilebrequin, va grandement soulager la charge du renvoi d’angle et réduire à des cacahouètes les efforts axiaux de l’AàC.

Bien évidemment, comme il s’agissait d’un essai inédit et que cette modification est irréversible, nous avons dans un premier temps vérifié cette solution sur un bloc « martyre ». La tentative nous étant parue concluante, le bloc « spécial Drink Team » en a immédiatement bénéficié.

Lors de la mise en place de notre nouvel AàC, je me suis aperçu en contrôlant l’alignement des pignons de distribution que le pignon de l’AàC était environ 0,4 mm en retrait par rapport au pignon du vilebrequin. C’était vraisemblablement du à la position du nouveau téton de centrage que j’avais installé approximativement au centre du palier. Il me fallait donc corriger le tir pour réaligner précisément la chose. La solution a été obtenue en remplaçant la vis téton initialement mise en place par une nouvelle vis possédant un téton excentré. Ce système me permettait de caler précisément la position longitudinale de notre AàC pour garantir un bon alignement de la chaine avec le pignon du bas.

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Voici à gauche la nouvelle vis avec son téton excentré qui nous permet maintenant de caler précisément la position latérale de l’AàC.

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Ici, avec une règle improvisée on contrôle que les pignons sont bien alignés pour s’assurer que la chaine de distribution travaillera dans de bonnes conditions.

Et bien ça y est, notre moteur n’a pas encore poussé son premier cri mais – à défaut d’avoir une âme en paix -  il a son âme en place. Sans trop préjuger de son futur caractère, je crois néanmoins pouvoir affirmer que ce sera un teigneux.

L’installation d’un AàC entrainé par chaine est un peu contraignante car il faut pousser à la fois le pignon du vilebrequin dans son logement avec la chaine de distribution en prise sur les deux pignons et l’arbre à cames. Evidemment, sans trop réfléchir, j’avais indexé les deux pignons en me basant sur leurs repères d’origine. C’était oublier que l’AàC avait été retaillé et que les repères d’origine se retrouvaient du coup légèrement décalés! Après mon constat de carence, il m’a donc fallu ressortir l’ensemble pour recentrer l’affaire sur ses nouvelles bases. On a beau avoir un pignon réglable, ça ne permet pas de rattraper les grands écarts.

En attendant la bonne culasse, j’ai néanmoins pu vérifier le calage de notre AàC en se basant sur l’angle d’ouverture maxi de la soupape d’admission du cylindre N°1. Pour cela, nous avons provisoirement installé un bout de culasse avec un poussoir sur lequel on a ajouté un petit ressort de rappel pour s’assurer qu’il « colle » à la came.

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Petit ressort supplémentaire provisoirement ajouté sous le poussoir pour s’assurer que dans notre contrôle il va bien suivre  la came dans la phase fermeture.

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On distingue (pas très bien) le comparateur qui va mesurer le déplacement du poussoir en place. Un disque gradué en bout de vilebrequin permet de vérifier l’angle correspondant à l’ouverture maxi.

Image de prévisualisation YouTube

Lien vidéo montrant le détail de la procédure de réglage de l’AàC en se basant sur l’angle d’ouverture maxi de la soupape d’admission.

Pour la suite, il nous faut attendre le retour d’usinage de la culasse. Un premier maquettage nous permettra de déterminer précisément la longueur des tiges de culbuteurs qu’il nous faudra rallonger car après retaillage, le diamètre du pied de came est passé de 29 à 24 mm! Ensuite, on mettra de la pâte à modeler dans les chambres de combustion pour vérifier les jeux de fonctionnement entre pistons, soupapes et chasses. Comme nous l’avons vu, le pignon de l’arbre à cames est réglable, il nous faudra donc contrôler les jeux pistons/soupapes dans les deux positions extrêmes du pignon. C’est une des raisons qui dans la fabrication du pignon nous a limité à une variation angulaire possible de + ou – 7°. Au delà, les choses seraient devenues plus compliquées!

On a vu 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. 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. Notre culasse étant revenu des ateliers de Michel Camus, un rapide maquettage nous a permis de déterminer la longueur requise pour nos tiges de culbuteur. Pour cela, la culasse étant en place sur le bloc avec son joint et ses soupapes, on monte les tiges d’origine et les culbuteurs. 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 soupape 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.

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Les vis de réglage sont initialement vissées sur la totalité de leur filetage. On compte ensuite le nombre de tours de desserrage a effectuer pour obtenir un jeu de 1,5 mm sur la queue de soupape.

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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.

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Par nanard289
Le 1 août, 2012
A 18:11
Commentaires : 6
 
 
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L’allumeur

L’allumeur
Comme le moteur avait été en d’autres temps dépouillé de son allumeur (voir page « La découverte »), il me fallait naturellement lui trouver un remplaçant. L’idée de remettre un allumeur d’origine avec des vis platinées ne me séduisait pas trop. C’était certes la solution de la facilité mais certainement pas la plus originale. Le choix des pièces -d’origines ou non -  pour la restauration d’une voiture  ancienne est toujours un dilemme. Il faut évidemment éviter de dénaturer la voiture à restaurer en la modernisant à l’excès, mais d’un autre coté, si l’on veut que nos vieilles voitures continuent de rouler régulièrement, il faut accepter certaines concessions comme par exemple l’utilisation de l’essence sans plomb ou les garnitures de frein sans amiante. Compte tenu de la précarité de l’accessibilité mécanique, j’avais dans l’idée de mettre un système d’allumage électronique qui vous libère du fastidieux réglage périodique des vis platinées. Ouvrons ici une parenthèse en précisant que sur une Berlinette cette opération nécessite le démontage l’allumeur! De plus, un allumage électronique – indépendamment de son excellente fiabilité – permet d’intégrer facilement un limiteur de régime qui est au moteur ce que le filet est au trapéziste! Qui n’a jamais en effet en conduite sportive loupé ou mal verrouillé une vitesse? J’ai pour ma part déjà avalé des soupapes dans ce genre de maladresse! Pour revenir à notre allumeur, le déclic s’est produit dans une bourse de pièces anciennes comme on en voit de temps en temps en province. Un garagiste soldait des allumeurs Ducellier de FIAT du début des années quatre vingt. Leurs particularités – comparativement au modèle d’origine du 1600S – était d’avoir une embase plus large, un arbre plus long et un système de générateur d’impulsions sans vis platinées. Autre détail important: le prix demandé pour un allumeur était le quart du prix du modèle pour Alpine; du coup j’en ai pris 3!

Mon premier travail a été de reprendre au tour le pied d’un des allumeurs pour m’assurer qu’il y avait suffisamment de matière et que l’on pouvait de réduire sans problème

 Sur la photo ci-dessous, on distingue à gauche un allumeur modifié (diamètre d’embase diminué et longueur de l’arbre raccourcie) et à droite une version d’origine

Comparatif allumeurs

Pour améliorer le guidage de l’arbre et donc la précision du point d’allumage, j’ai dans la foulée remplacer les bagues en fonte par des cages à aiguilles. Dans le même esprit, j’ai supprimé l’empilage des rondelles de calage du jeu longitudinal par une paire de butée à aiguilles.

Ici on voit la butée à aiguille supérieure et dessous, on aperçoit la cage à aiguilles du palier intermédiaire (ces allumeurs ont trois paliers)

modif allumeur

Avant l’apparition des moteurs à injection électronique asservis par calculateur, le point d’avance à l’allumage était mécaniquement déterminé par l’allumeur selon le régime moteur.  Cette avance était de faible valeur au ralenti pour passer à sa valeur maximale au delà de 3000 tr/mn. La variation du point d’avance était obtenu par un système à masselottes et ressorts (genre régulateur de Watt) appelé également « avance centrifuge ». Sur les moteurs modernes, la boite noire calcule en permanence en fonction du régime et de la charge le point d’avance idéale: c’est la fameuse « cartographie » spécifique à chaque moteur. On s’aperçoit ainsi qu’a haut régime (> 5000tr/mn), le mélange air essence qui est plus riche s’enflamme plus facilement et paradoxalement nécessite un peu moins d’avance à l’allumage qu’à moyens régimes. Bien évidemment le calculateur d’un moteur moderne en tient compte mais pas les masselottes des vieux allumeurs qui elles restent bloquées à leur valeur maxi.

L’observateur averti notera que les allumeurs récupérés à la brocante étaient équipés d’une capsule à dépression dont le rôle est complémentaire aux masselottes. A bas régimes et à fortes charges (lorsque la dépression dans le collecteur d’admission est  élevée) la capsule permet d’ajouter un peu d’avance à l’allumage pour éviter les cliquetis du moteur. Cette fonction se justifie parfaitement pour un usage routier mais devient inutile pour un usage sportif où par définition, le moteur est toujours « dans les tours ».  D’ailleurs, les allumeurs de moteurs à caractéristiques sportives en sont dépourvus. Depuis longtemps, j’avais dans l’idée de transformer le système d’avance anticipée d’une capsule à dépression par un système de retard a « postériori » pour avoir les mêmes avantages que les systèmes gérés par cartographie mais tout en restant mécanique. Le principe que je me suis proposé de mettre en oeuvre est le suivant: il suffit de trouver une mesure de dépression à hauts régimes et d’inverser le sens de fonctionnement de la capsule à dépression (pour donner un poil de retard au lieu d’avoir un peu plus d’avance). La prise d’une dépression élevée à hauts régimes ne peut se faire qu’en utilisant une pompe à vide entrainée par le moteur … ou installer un éjecteur  sur l’échappement. C’est cette dernière solution qui a retenue mon attention car assez facile de mise en oeuvre.

Détail de l’éjecteur et de son support qui sera soudé sur un coude de la tuyauterie d’échappement. Le principe est simple: la canule (l’éjecteur) est monté dans le sens de circulation des gaz. En statique la pression interne est la même partout mais en dynamique, la vitesse des gaz crée un vide en aval de la bouche de l’éjecteur et met ce point en dépression. Cette dépression est proportionnelle à la vitesse de circulation des gaz.

ejecteur

Détail du piquage de la prise de dépression sur l’échappement

Piquage ejecteur

L’adaptation (ou la régulation) de la dépression venant de l’éjecteur est obtenue par une petite vanne trois voies montée sur la capsule de l’allumeur. Elle est équipée d’une vis pointeau réglable (voie 1 à gauche) qui permet d’ajuster précisément la dépression venant de l’éjecteur (voie 3 à droite) en laminant plus ou moins la mise à l’air libre (un petit trou est percée dans le cône de la vis pointeau) en fonction du régime moteur. La dépression régulée est directement connectée sur la capsule (voie 2 au centre). Pour des commodités de réglage, le contre-écrou de la vis pointeau a par la suite été remplacé par un ressort 

Vanne de regulation

L’inversion du sens d’action de la capsule (mettre du retard au lieu d’ajouter de l’avance) a été plus laborieuse dans sa mise en oeuvre. J’ai du ajouter un mini balancier intermédiaire avec un axe pivot  entre la biellette de la capsule et le plateau porte étoile articulé. Ici, quelques photos sont plus éloquentes qu’une page de commentaires!

Principe de fonctionnement initial de la correction par dépression: la capsule est relié par une biellette sur le plateau porte étoile articulé. Son oscillation autour de l’axe de rotation est environ de 5° se qui nous donne coté vilebrequin une correction maxi de 10° d’avance .

Biellette capsule plateau

La modification de la tête de l’allumeur commence par une petite ouverture latérale pour installer le balancier

Usinage de la tête de l'allumeur

Il faut ensuite usiner un axe de pivot (le taraud  M4 donne l’échelle)

 

Axe pivot

 L’axe du pivot est fixé par une petite vis M4

 

Axe pivot 2

Détail du balancier. Noter la différence d’entre-axe des deux points d’attache qui réduit la course du porte étoile (bras de levier diminué)

balancier allumeur

Ensuite il faut réduire la biellette de la capsule et lui riveter un nouvel ergot inversé qui va crocheter dans le grand coté du balancier

 

Capsule modifiee

 Présentation de la biellette de la capsule sur le balancier

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 Pour connecter le plateau porte étoile à l’autre bras du balancier, il faut fabriquer une petite biellette intermédiaire

biellette allumeur

Voici un lien vidéo qui donne un aperçu du système capsule à dépression modifié:

Image de prévisualisation YouTube

 Ci dessous le type de courbe d’avance escompté

Courbe d'avance

Je n’ai jamais vu auparavant ce genre de modification sur un allumeur et en toute modestie, je pense en être le créateur.

La question que l’on est en droit de se poser est de savoir si toute cette somme de travail (il m’a fallu quand même plusieurs jours pour installer ce système) se justifie par un gain substantiel?  Ma réponse est claire: je n’en sais absolument rien vu que n’ai pas encore eu l’occasion de le tester! Au pire, si ça ne marche pas, il me suffira de défaire la connexion de l’éjecteur coté tube d’échappement et …. de laisser la prise d’air ouverte! La dépression permanente devrait avaler de l’air frais qui servira au moins à diluer et minimiser d’autant le taux de CO2.

Dire qu’il y a eu une époque où l’avance à l’allumage était réglable par une petite manette sur le tableau de bord à l’initiative du conducteur … ou du mécanicien!

Pour mettre une touche supplémentaire de fiabilité, la tête de cet allumeur « maison » a été équipée de fils de bougie spéciaux isolés au silicone et habillés d’une tresse en tissu de verre. Vous l’avez en effet certainement remarqué,  les fils en silicone se salissent très vite mais grâce à leur  revêtement textile, ils restent propre et … élégants. Les connecteurs de bougie sont un modèle Porsche que l’on a adapté à notre moteur.

L'allumeur IMG_7908-300x225

Fils de bougie avec connecteur type Porsche

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Par nanard289
Le 8 octobre, 2011
A 19:12
Commentaires : 0
 
 
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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.

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Détails des éléments constitutifs de nos nouveaux axes

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

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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)

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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

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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.   

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Par nanard289
Le 28 août, 2011
A 23:04
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