D`apres l`excellent http://membres.lycos.fr/hornetmania/preparation

D’apres l’excellent
http://membres.lycos.fr/hornetmania/preparation.htm#Introduction
les points pouvant interesser les gy6 et qmb139 ont ete soulignés par mes soins
www.scooterchinois.fr
Pour tirer une puissance supérieure d'un moteur déterminé, il faut donc augmenter le couple
en maintenant le régime de rotation ou, augmenter ce dernier en conservant le couple moteur.
Il faut en conséquence travailler de manière à ce que le produit couple x vitesse de rotation
soit plus élevée que celui d'origine. On sait également que le couple moteur est lui-même
proportionnel au produit entre la PME (pression moyenne effective) et la cylindrée. Il est donc
clair que si les valeurs d'alésage et de course ne sont pas modifiées, ce sont sur la PME et le
régime de rotation qu'il faudra intervenir.
Le rendement de la combustion indique la part de carburant effectivement brûlée. A ce sujet,
on sait que la combustion n'est jamais complète, même si l'on utilise un mélange correct du
point de vue chimique, c'est-à-dire stochiométrique.
Le rendement du cycle est fondamentalement lié à la pression maximale qui est atteinte à
l'intérieur du cylindre et, dans une certaine mesure, à la durée de la combustion (conditionnée
par la phase d'allumage et exprimée en degré de rotation du vilebrequin) en tant que
générateur d'énergie thermique.
D'après les données expérimentales, il semble que la durée de 40° environ soit considérée
comme optimale. Un développement très rapide de la chaleur dans un arc étroit (peu de
degrés) peut sembler avantageux, au moins en théorie. Dans la pratique, une combustion
ultra-rapide conduit à des augmentations de pression trop élevées, lesquelles se traduisent par
un fonctionnement heurter et des bruits anormaux. Un rapport de l'ordre de 1,5 à 3 bars/degré
est en moyenne celui que l'on retrouve dans la majeure partie des moteurs quatre temps
actuels.
Enfin, on doit aussi tenir compte de la surface de la chambre : le rendement interne est en
panie lié à la différence de température entre les gaz et les parois métalliques, ainsi qu'au
coefficient de transmission de la chaleur (qui est influencé par la masse volumétrique et la
vitesse des gaz). Sachant que la superficie en contact avec les gaz est logiquement minimale
au PMH, le meilleur rendement est obtenu lorsque la température maximale est atteinte 15 à
20o après le PMH.
A la lumière de ces considérations, la mise au point concrète d'une mécanique quatre temps
passe donc par les opérations suivantes :
Adopter le rapport volumétrique le plus élevé possible, sans pour autant mettre en péril la
fiabilité mécanique.
Mettre au point l'allumage avec un maximum de soin de manière à obtenir la phase la plus
avantageuse.
Tenter d'obtenir la combustion la plus complète possible (sans exagérer avec la turbulence).
Alimenter le moteur avec un mélange air/essence adéquate, soit dans un rapport 13 à 13,5/1.
Conduit d'admission
Dans un certain sens, on peut faire une analogie avec l'aérodynamique. La résistance
aérodynamique à l'avancement (qui va s'additionner à celle due au roulement) s'obtient en
multipliant la surface frontale par le coefficient depénétration (Cx), qui indique la capacité du
véhicule à se mouvoir dans l'air.De la même manière, la qualité complexe d'un conduit en ce
qui concernele passage des gaz dépend de sa section transversale et du coefficient
d'écoulement. Étant donné que le conduit arrive avec une certaine inclinaison respectivement
à l'axe de la tige de soupape (l'angle en question est réduit au maximum afin de réduire le
changement du flux dans la partie finale de cemême conduit) il est inévitable que les gaz
tendent à passer pour la plus grande part par un côté de la soupape et pour la plus faible part
du côté opposé.En d'autres termes toute la section de passage entre la soupape et le siège (qui
a une forme pratiquement tronconique), ne travaille pas de la même manière. Un des objectifs
à attei ndre lorsque l'on élabore un moteur consiste précisément à modifier cette situation,
pour rendre plus efficace la partie de la soupape qui est sous flux dit faible. Dans le travail des
conduits, il faut supprimer les irrégularités de sur face, les ondulations (génératrices de
turbulences) et faire en sorte que le conduit ne présente jamais de brusques changements de
section. Pour estimer la capacité respiratoire, d'un conduit, on a recours à l'utilisation d'un
fluxmètre, qui indique pour différentes levées de la soupape et pour une perte de charge
déterminée (entre le cylindre et la partie initiale du conduit), la section d'air utile et valable
pour les préparateurs. Expérimentalement, on a constaté que la puissance d'un moteur atteint
des valeurs plus élevées avec une vitesse du mélange carburé dans la section rétrécie du
conduit d'aspiration de l'ordre de 90 à 100 m/s cette valeur n'est pas optimale à tous les
régimes, mais convient dans la grande majorité des cas). I1 est clair, qu'une fois connu le
régime de rotation auquel on veut atteindre la puissance maximale, on peut calculer le
diamètre de la soupape d'admission [et donc du conduit). De toute façon, dans les moteurs
modernes à prestations élevées, il est pratiquement toujours préférable d'utiliser des soupapes
de dimensions maximales.
Passage des Gazs dans le conduit
Conduits
Une règle d'or, devenue aujourd'hui obsolète, considérait, il y a quelques années encore,
comme essentiel de donner une finition polie aux parois des conduits.
Aujourd'hui, il ne viendrait à l'esprit d'aucun bon préparateur de polir un conduit (ceci vaut
également pour les moteurs de formules 1 et ceux des Superbikes officielles). En effet,les
études menées en aérodynamidue des conduits ont démontré,contre toute attente, que le
polissage du conduit n'apporte pas de gain signifcatif par rapport à l'état de surface des
conduits actuels (les techniques de fonderie ont beaucoup évohié à ce niveau). On considère
même, actuellement, que l'état de surface qui provoque le moins de perturbations
aérodynamiques potentielles est le grenaillé fin, et non pas le poli brillant, qui favorise les
phénomènes critiques d'ondulation du flux gazeux (rebond contre les parois). Mais la
technique du polissage se vend bien auprès du public, alors on perpétue ce qui doit désormais
être considéré comme une tradition...
Géométrie des conduits
Si, comme cela se produit quasiment sur toutes les sportives actuelles, le conduit a déjà une
géométrie d'ensemble intéressante et un état de surface interne favorable, il reste cependant
parfois des irrégularités géométriques (bossages inutiles notamment) qui peuvent causer des
obstacles au flux gazeux à certains régimes et être encore optimisés. Exemple : sur le bloc de
la XJR 1200, les observateurs remarqueront un bossage curieux juste à l'entrée du conduit
d'admission, près de la soupape. Ce bossage sert à amener du couple à bas régime, en
favorisant le brassage du flux d'air qui pénètre dans la chambre en tourbillonnant (c'est l'effet
twirl ). Avec ce bossage, le comportement du moteur est plus convivial, mais moins
performant. En effet, ce bossage s'avère être un véritable obstacle à haut régime, qui pénalise
le remplissage maximal. Si l'objectif recherché est la puissance maxi, alors l'opération
consistera à fraiser purement et simplement ce bossage. Aut re technique souvent usitée par
les préparateurs : la suppression de la panie du guide de soupape qui dépasse dans le conduit.
Cette pratique n'est presque plus utilisée aujourd'hui (excepté en compétition) car, dans la
majeure partie des cas, elle n'apporte en fait qu'un bénéfice symbolique. Quelque fois même,
en enlevant l'extrémité du guide de soupape qui dépasse dans le condiût, on crée une zone
dans laquelle la section transversale du conduit est agrandie par rappon à l'origine, ce qui
entraîne alors une diminution sensible de la vitesse des gaz avec des, effets défavorables au
niveau du remplissage du cylindre. De plus, sur les motos actuelles, la portée de guide est
généralement soigneusement raccordée au conduit, en lui donnant une forme aérodynaxnique
adaptée (congé), ce qui minimise la perturbation potentielle causée au flux gazeux. Enfin, il
est préférable que la dernière partie du guide adopte une forme conique à son extrémité,
toujours pour réduire sa résistance aérodynamique dans le co nduit.
Certains guides sont, à l'origine, déjà légèrement coniques et en correspondance progressive
avec leur extrémité inférieure mais, en général, il faut les remplacer et polir des guides neufs
(en faisant attention à travailler seulement la partie qui n'est pas emmanchée dans la culasse et
en évi tant absolument que l'extrémité inférieure ait des tolérances trop larges.
Chambre de combustion
Il est intéressant d'observer que quelques préparateurs interviennent sur les conduits
d'admission de certains moteurs directement avec une fraise cylindriquere liée au mandrin
d'une fraiseuse. Naturellement, la culasse doit alors être disposée sous la machine outil avec
une grande précision (centrage) et solidementfixée. De cette façon, il est possible d'otrtenir
des conduits parfaitement rectilines et calibrés jusqu'à une distance trés proche du siège.
La dernière partie où le conduit doit, par la force des choses, réaliser une courbe, est ensuite
façonnée,avec le flexible à mains.Après avoir utilisé les fraises rotatives, la finition est
effectuée sur les parois du conduit au moyen d'une toile abrasive (en général de grains
moyens 200) fixée sur un flexible : la toile est utilisée sous la forme d'une feuille roulée en
spirale, autour d'une barre ronde fixée au mandrin du flexible et dotée d'une entaille(dans
laquelle est insérée la feuille). De cette façon, on enlève les petites irrégidarités superfcielles
et il est possible, avec un peu d'habileté, d'obtenir des parois parfaitement lisses sans
ondulations ni vagues visibles sur la surface.
Mais, comme nous l'avons dit précédemment en ce qui concerne la forme des conduits, dans
la plupart des moteurs modernes sportifs à forte puissance spécifique, il n'y a presque rien à
faire de tout cela car toutes ces voies ont déjà été explorée en détail par les constructeurs euxmêmes.
Avec certains moteurs de trails routiers, le problème est différent car, pour privilégier la
distribution à moyen et bas régime, on adopte parfois des solutions totalement antinomiques
avec celles nécessaires à l'obtention de performances plus élevées. L'exemple du
monocylindre Rotax à 5 soupapes qui équipe l'Aprilia Pegaso est significatif à cet égard. Dans
ce moteur, deux conduits d'admission refiés à deux carburateurs se divisent en deux de
manière plutôt brusque à l'intérieur de la culasse, de façon à alimententer la troisième soupape
d'admission, placée au centre, entre les deux latérales. Il en va de même sur la Yamaha XTZ
600. Mais, dans ce cas, les deux conduits d'admission reliés aux carburateurs ont des
diamètres différents et pendant que l'un alimente une seule soupape, l'autre arrive à en
alimenter deux ! Pour obtenir une puissance élevée pour leur Supermono à partir de la culasse
du XTZ 660, les techniciens ont d'ailleurs été obligés de modifer le dessin de la soupape dans
la zon e des conduits d'admission.
Dans le moteur de course (qui a obtenu à l'époque d'excellents résultats), ces derniers
présentent ainsi un cheminement plus rectiligne et sont désormais de diamètre égal, chacun
alimentant une seule soupape (la centrale est donc reliée aux deux conduits simultanément).
En fait, le conduit d'admission idéal à l'entrée de la chambre de combustion d'un moteur est
celui qui possède la forme la plus rectiligne possible, c'est-à-dire qui forme l'angle le plus
faible possible avec la queue de la soupape. Ia partie qui présente une courbure, c'est-à dire
celle qui joint la portion rectiligne avec le siège dela soupape est capitale et doit avoir le
même rayon de courbure pour toutes les soupapes d'admission et posséder, si possible, le
même centre de courbure (extérieur et intérieur).
Géométrie des conduits
Avant tout développement technique, il est important de définir avec précision le conduit
d'admission : Il commence au niveau du siège de soupape, et se termeine à la prise d'aire des
carburateurs (cornets ou trompettes) qui, dans la plupart des motos actuelles, débouchent à
l'intérieur d'une boite à air de grande capacité. La longueure du conduit est un paramètre
fondamental qui à une influance direct sur les performances, agissant non seulement sur la
puissance maximale, mais égalemen sur le régime auquelle elle sera obtenue, ainsi que sur le
profile de la courbe de puissance.
La Boite à aire
La boite à air (ou airbox), en plus de jouer le role de silencieux d'admission, doit etre en
mesure d'assurer au moteur une admisson en air frais à flux homogène (c'est à dire sans
mouvement turbulent ou chaotique).
Sur les modèles récents, il apparait (Dynojet a, notemment, fait un grand nombre de test à ce
sujet), qu'il n'est pas avantageux de supprimer totalement l'airbox pour mettre des cornets de
carburateur en admission directe.
On obtient souvent de meilleurs résultats en supprimant simplement certaines chicanes
internes, ou en augmentant le nombre ou le diamettre des trous pratiqués dans la boite à air.
D'un manière générale on a constaté qu'il valait mieux que les trompettes ne soient pas située
trop prés des ouvertures par lesquelle l'aire entre dans la boite. De plus, les extrémitées des
trompettes doivent être arrondies (jamais à angle vif) et ne doivent pas, dans la mesure du
possible, se trouver trop près des paroies arrières de la boite à aire.
Le conduit d'admission idéal
En fait, un conduit d'admission idéal doit présenter non seulement une résistance minimum au
flux gazeux à régime élevé, mais également permettre une exploitation maximale des
phénomènes pulsatoires et d'inertie des gaz.
Enfin, il doit également diriger le flux gazeux de façon à utiliser au mieux la section de
passage entre soupape et siège. Il ne doit, dans la mesure du possible, pas y avoir de
séparation de la veine fluide par le dessin des parois, notamment au niveau du guide de
soupape, et ceux-ci doivent engendrer le moins de turbu lences possible.
Dans la théorie, le conduit idéal doit être de section strictement circulaire dans toute sa
longueur. En ce qui concerne le diamètre optimal, toujours déterminé par voie expérimentale,
les essais montrent qu'il est généralement compris entre 78% et 85% de celui de la soupape
(on parle ici du diamètre des conduits à l'intérieur de la culasse). Selon le technicien anglais
David Vizard (concepteur, spécialiste en dynamique des fluides), un conduit d'admission
optimisé doit présenter le profil suivant :
- une première partie, côté chambre de combustion, de diamètre légèrement supérieur (1214%) à celui du tronçon suivant. Cette partie se prolonge environ 25 mm derrière
l'emplacement du guide de soupape, et se loge entièrement dans la culasse. Vizard suggère
pour cette portion un diamètre égal à environ 0,97 fois le diamètre de la soupape.
- une partie de raccordement, de type conique, souvent entièrement logée dans le collecteur.
L'inclinaison des parois doit, ici, être comprise entre 4 et 8 degrés environ (avec des valeurs +
élevées, on constate en général des pertes de puissance). Le choix de l'angle en question est,
de toute façon, lié à la longueur totale du conduit (on utilise des angles importants pour des
conduits plus courts et vice-versa). Ce tronçon conique doit correspondre à un volume
représentant environ 5/8 de celui du cylindre.
- la partie principale, qui débouche jusque dans la boîte à air, de diamètre égal à 0,84 fois le
diamètre de soupape, à condition que le guide de soupape ne traverse pas le condttit de part en
part. Si la soupape est totalement guidée dans le conduit, cette valeur augmente alors
sensiblement.
La modification du taux de compresion
En fait, lorsque l'on parle de préparer un moteur de façon à en extraire tout ce qui et possible,
en terme de puissance maxi, il faut savoir que tout est affaire de compromis. En effet, s'il est
avantageux d'enlever de la matière à certains endroits (par exemple pour faciliter le passage
des gaz qui sortent des conduits d'addmission ou pour réduire certaines parties de la zone de
squish), on constate que ce choix entraîne alors une perte au niveau du taux de compression
qu'il faudra compenser , notemment en travaillant sur le piston, voire en rabotant un peu de la
culasse, si cela est possible.
Ainsi, certaines chambres de combustion de série, présentent parfois une zone de squish, qui
s'avère trop importante lorsque l'on cherche à obtenir le plus de puissance possible, sans
compromis, et pénalise le taux de compression. C'est le cas, sur certaines culasses, des sièges
de soupapes un peu encaisé (ou alors des parois de sièges reculées par rapport à celles de la
chambre de combustion). Dans ce cas, il est nécessaire d'enlever de la matière pour assainir la
géométrie de la chambre, et pouvoir installer un piston plus pointu, qui montera sensiblement
plus haut, collera aux soupapes, et permettra d'augmenter, de façon intéressante, le taux de
compression. I1 est important, dans ce cas, de procéder avec prudence de manière très
progressive, et de protéger les sièges avant de commencer tout travail, en utilisant de vieilles
soupapes (dans lesquelles l'épaisseur du bord de la tête peut être réduite pratiquement à zéro,
vu qu'elles ne seront plus réutilisées).
Naturellement, dans les moteurs multi-cylindres, toutes les chambres de combustion devront,
au terme de ce travail, présenter la même géométrie et le même volume. Si le travail est
effectué de façon exemplaire, il devient alors envisageable d'atteindre des taux de
compression très élevés. Attention toutefois à étudier, auparavant et avec précision, les
épaisseurs disponibles pour ne pas trop fragiliser la culasse, notamment du point de vue de la
conductibilité thermique.
Une chambre avec un volume accidenté (c'est-à-dire avec une géométrie compliquée,
composée d'échancrures dues à de profonds larnages dans le ciel de piston, pratiqués pour les
soupapes, et des ergots, comme les appendices des zones latérales de squish), on se retrouve
souvent avec un rapport superficie-volume pénalisant, qui amène une aggravation du
rendement à travers des pertes de chaleur, et rend le parcours du front de flamme plus
difficile. On essaie sur les chambres de combustion à la géométrie chaotique, de palier
partiellement à ce problème par l'adoption du double allumage.
Importance du rapport de compression
Le rapport de compression a une influence directe sur la puissance du moteur car son
augmentation améliore le rendement thermique. Cependant, pour chaque moteur, il existe une
valeur limite que l'on ne peut pas dépasser, sous peine d'atteindre l'auto-allumage. Pour
mesurer le volume de la chambre de combustion, (qui doit impérativement étre le méme pour
tous les cylindres du moteur) et pouvoir déterminer le rapport de com pression, on utilise une
burette gra duée contenant de l'huile très fluide (ou un mélange huile-essence de viscosité
équivalente).
Cette valeur limite dépend de facteurs comme le remplissage, la température des parois de la
chambre, la disposition de la bougie, la géométrie de la chambre, le parcours du front de
flamme et, également, dans une certaine mesure, la valeur du mélange air/carburant.
En fait, le taux de compression théorique, défini par le rapport entre la cylindrée unitaire
(volume généré par le piston dans son mouvement d'un point mort à l'autre), et le volume de
la chambre de combustion n'est, pour ainsi dire, jamais atteint dans les conditions normales de
fonctionnement. En effet, le rapport de compression réel est, en fait, lié au volume de la
charge introduite dans le cylindre au départ de la phase de compression. Par ailleurs, il faut
tenir compte du fait que la course de compression ne commen ce pas exactement au PMB,
puisque la soupape d'admission se referme avec un retard sensible par rapport à ce même
PMB.
La capacité de la chambre de combustion peut être mesurée avec précision au moyen d'une
burette graduée contenant un mélange d'huile et essence, ou bien de l'huile extrêmement
fluide. Avec le piston exactement au PMH, le liquide doit être introduit dans la chambre de
combustion à travers le trou de la bougie. Le moteur doit être positionné avec le trou de
bougie vertical, de façon à supprimer l'éventualité de formation d'une poche d'air lorsque le
niveau de liquide remplit la chambre.
Diagnostique de la détonnation
La détonation n'est perceptible à l'oreille qu'à certains régimes bien déterminés (assez bas),
donnant lieu à un cognement très perceptible.
Lorsqu'elle se produit à des régimes élevés, la détonation n'est plus perceptible à l'oreille et,
seul, le contrôle de la culasse et du piston permettra del'identifier. Elle se caractérise ainsi par
de petites tâches, qui apparaissent sur le ciel de piston ou sur les parois de la chambre (en
général, dans les zones les plus éloignées de la bougie), qui signifient donc soit, que le rapport
de compression est trop élevé, et qu'il faudra alors le diminuer sensiblement, soit que
l'allumage est mal réglé.
Arbres à cames et levèes
Nous l'avons vu au chapitre précédent, la chambre de combustion conditionne, de façon
importante, le caractère du moteur. Cette fois, nous allons nous intéresser à une pièce non
moins importante, puisque que c'est elle qui détermine le diagramme de levées des soupapes :
l'arbre à cames.
L'arbre à cames peut être considéré comme l'un des éléments fondamentaux d'un moteur 4
temps, car c'est par son intermédiaire que s'exerce le contrôle de l'cniverture et de la fermetu
re des soupapes.C'est lui qui règle la durée effective des différentes phases du cycle de
fonctionnement. (C'est la raison pour laquelle tout préparateur qui se respecte considère que
c'est, avant tout, grâce à l'arbre à cames que l'on peut agir sur le rendement d'un moteur. Si
l'arbre à cames original est de type tranquille, et qu'on le remplace par un autre au protïl de
cames plus poussé, on obtiendra sans peine une puissance maximale plus élevée, car le
moteur respirera mieux à haut régime.
Parallèlement, et c'est souvent là que commencent les complications, la courbe de puissance
se modifiera ellc aussi profondément, quel que soit le régime.
La plage d'utilisation tendra, en effet,à se rétrécir singulièrement car le régime de couple
maximum s'approche de celui où l'on obtient la puissance maxi, et la disponibilité à bas
régime (et, dans bien des cas, à moyen régime également) deviendra alors insuffisante. En
d'autres termes, avec un arbre à cames plus pointu que celui d'origine, le moteur devient
généralement plus plein en haut mais, parallèlement, il apparaît creux en bas. Ce changement
provient des modifications apportées par le nouvel arbre à cames au niveau des phases de la
distribution : dans l'optique d'un arbre à cames plus pointu, l'avance à l'ouvenure et le retard à
la fermeture des soupapes deviennent plus imponants et favorisent donc, essentiellement, la
respirition aux régimes élevés.
En général, les arbres à cames poussés, on une lois de levée plus importantes que d'origine.
En effet, même si l'on sait par définition, qu'une levée supérieure à 25 - 26%, du diamètre
interne du siëge des soupapes n'amène aucune amélioration sur le plan gazeux (à ce niveau
d'ouverture en effet, la section réduite n'est plus constituée par le passage entre la soupape et
le siège, mais par la partie terminale du conduit elle même) il est possible, par ce biais,
d'obtenir de meilleures sections de passage aux levées partielles.
La phase de croisement
Par ailleurs, une autre caractéristique des arbres à cames préparés tient à une phase de
croisement rallongée par rapport à celle ctéfinie avec le diagramme de levée original.
Première conséquence : l'adoption d'un retard important à la fermeture, conjugué à une avance
à l'ouverntre, peut amener des sollicitattions thermiques plus importantes au niveau de la
soupape d'échappement. En effet, restant soulevée plus longtemps durant chaque cycle, elle
dispose de moins de temps pour se refroidir.
Un retard à la fermeture de la soupape d'admission permet de mieux exploiter à haut régime
l'inertie des gaz frais provenants du condttit d'admission (effet de piston fluide) et donc,
d'obtenir un meilleur remplissage dtt cylindre. LIn diagrtmme de distribution très poussé, qui
permet d'avoir des soupapes bien ouvertes stu moment opportun et donc de fàciliter les
échanges gazeux (sortie des gaz brullés et entrée ùe la charge fraîche) à des régimes de
rottttion élevés, comporte logiquement une durée importante de la phase de croisement.
Rappel rtpide : la phase de croisement est celle qui est à cheval sur le PMH en fm de cycle
d'échappement et durant laquelle les soupapes d'admission et d'échappementsont ouvertes en
même temps (du moins partiellement).
Analysons ce qui se passe durant la phase de croisement : la soupape d'échappement est en
train de se refermer tandis que celle d'admission débute son ouveture. Dans ces conditions, et
aussi en raison du fait que les accélérations des soupapes d'admission et d'échappement sont
différentes, lorsque l'on monte un arbre à cames plus poussé que celui d'origine, il est
indispensable, après avoir mis correctement en phase la distribution et après avoir réglé le jeu
aux soupapes, de faire les deux contrôles de mesures suivants (il est même conseillé d'utiliser
un joint de culasse usé et donc déjà écràsé).
Le premier concerne la distance minimum de sécurité entre les têtes des soupapes et le ciel de
piston, dui ne doit pas descendre en dessous de 2,5-3,0mm. Contrairement aux idées reçues,
cette distance n'est pas mesurée au PMH, mais 25° avant et 25° après. Les mesures sont
effectuées de 5° en 5°, l'une à la suite de l'autre, si l'on utilise le système du comparateur. Si,
en revatnche, on a reccours à de la pâte à modeler ou à un film d'étain, cette valeur
d'écrasement maximale peut alors être relevée et il faut, pour cela, fàire faire 4 tours au
vilebrequin en le tournant très lentement.
Cylindres, pistons et segments
Quand toutefois la préparation est vraiment très pointue, le remplacement de ces éléments se
révèle malgré tout indispensable. Pour avoir une idée de l'accroissement des sollicitations
thermiques du piston observées lorsqu'on augmente les prestations d'un moteur, il faut se
rappeler que la température de ces éléments augmente en moyenne de 3/4°C a chaque
augmentation de 100 tr/min aux régimes de rotation et de 10/11°C a chaque augmentation
d'un bar de la pression moyenne.
Sans compter en outre que la température du piston augmente avec la diminution du nombre
de segments et l'augmentation de l'alésage.
Les sollicitations mécaniques que les pistons doivent supporter sont fondamentalement liées à
leur accélération maximum (qu'on a au PMH et qui croît avec le carré du régime de rotation
du moteur !) et non à la vitesse linéaire moyenne, même si elle constitue toutefois un
important paramètre de référence.
La géométrie du piston comme le jeu diamétral dans le conduit ont également une importance
fondamentale car ils influencent grandement les pertes par frottement. En règle générale, un
piston de hauteur réduite muni d'une jupe très cintrée latéralement devrait comporter des
avantages sur ce point. Une jupe réduite, qui possède deux patins d'appui bien profilés
occasionne des pertes mécaniques mineures quand elle traverse une couche d'huile
(d'épaisseur importante), car son envergure est moindre. Autre avantage : le piston est plus
léger et, chose importante, l'axe du piston est plus court, et donc moins lourd tout en étant plus
rigide.
Coussinet Bronze
Les coussinets en bronze (mais en fait, il est plus correct de les appeler coussinets à coque
fine) employés sur les actuels moteurs de motos à performances élevées sont toujours à la
hauteur de leurs taches et, normalement il n'est pas nécessaire de les remplacer. Si l'on en
installe de nouveaux, il est de bonne norme de respecter le jeu de montage prescrit par l'usine,
en se rapprochant , si possible, de la valeur la plus grande de la fourchette de tolérance
indiquée.
Ainsi par exemple le constructeur sur le manuel d'atelier, prescrit d'employer un jeu diamétral
de montage de 0,020 + 0,045 mm, il est bien de sélectionner des coussinets en bronze
capables de fournir un jeu le plus proche possible de 0,045 mm (sans cependant le dépasser).
Dans les moteurs actuels, très souvent, les coussinets en bronze sont subdivisés en différentes
classes dimensionnelles (les épaisseurs différentes entre elles de seulement quelques microns),
indiquées habituellement par des points de couleur appliqués latéralement aux demi-coques :
Il est de la première importance d'utiliser toujours deux demi-coques ayant le même code de
couleur sur chaque palier de : vilebrequin (et ceci est également valable pour les têtes de
bielles !.)
Naturellement il devrai être superflu de rappeler que les actuels paliers à coque mince ne
doivent être "ajustés" en aucune façon ; leur surface de travail est àmanier avec un grand
soin également au moment de l'installation et ne doit, sousaucun prétexte, être retouchée avec
de la toile abrasive, des ébarboirs, etc.. Les vilebrequins assemblés, c'est-à-dire formés de
plusieurs parties unies par forçage à la presse (les autres systèmes d'union sont désormais à
considérer comme désuet travails habituellement sur des roulement; presque tous les moteur 4
temps actuels qui les utilise sont des monocylindre.
Ces organes peuvent être désassembles pour remplacer la bielle et l'axe d'accouplement en
même temps que la cage de roulement à aiguille (qui fréquemment constitue le véritable talon
d'Achille) en utilisant une presse. Il est mieux de confier aussi bien le démontage que
l'assemblage de ces arbres au spécialistes du domaine. Le centrage de l'arbre, opération à la
suite de laquelle les axes de vilebrequin doivent être parfaitement coaxiaux, est critique.
Température d'huile
Sur les moteurs modernes, aux prestations plus élevées, au cours d'un fonctionnement en
conditions assez intensives, on peut atteindre des températures d'huile dans le réservoir de
l'ordre de 150°C (valeur qu'il est cependant bon de ne pas dépasser!). Contrairement à ce qu'il
en était dans le passé, des valeurs comme 125°C sont aujourd'hui considérées comme
absolument normales. Dans les premières gorges du piston on peut atteindre des températures
de l'ordre de 275°C; au niveau des paliers de vilebrequin et des coussinets de bielles, il est
important d'éviter que soit dépasser les 170°C (au-delà de cette température la capacité de
charge du brouillard d'huile peut devenir insuffisante).
Logiquement, lorsque l'on diminue la température, on augmente la capacité de l'huile à
prélever de la chaleur issue des organes mécaniques avec lesquelles elle entre en contact, lors
de son parcours à l'intérieur du moteur.
On doit cependant se rappeler que des températures trop basses ne sont pas avantageuses car
elles occasionnent une augmentation des pertes mécaniques dues à l'augmentation de la
viscosité de l'huile et ne permettent pas l'élimination de substances telles que l'eau et d'autres
résidus de l'essence qui échappent par les segments au cours de la phase de réchauffement du
moteur et vont contaminer le lubrifiant.
Dans de nombreux moteurs modernes, on emploi des échangeurs de chaleur eau-huile,
caractérisé par une formidable compacité.
L'adoption de ces dispositifs , à la place des radiateurs air-huile, s'explique en partie par
l'exigence de disposer d'espaces important pour le radiateur d'eau.
Cependant un autre motif important est constitué par le fait que ces échangeurs fonctionnent
dans les deux sens et permettent donc d'avoir un meilleur contrôle thermique du moteur (l'eau
se réchauffe avant l'huile et permet donc à cette dernière sa température de fonctionnement
après le démarrage à froid ; de plus, puisque l'eau se refroidit plus rapidement que l'huile,
quand on remet en fonction le véhicule après un arrêt d'une certaine durée, il se passe un
processus inverse avec le lubrifiant qui facilite une rapide mise en température du fluide
réfrigérant).
Sur certains moteurs les préparateurs préfèrent remplacer l'échangeur eau-huile par un
radiateur qui permet de refroidir plus promptement le lubrifiant. Sur les moteurs qui tournent
beaucoup à hauts régimes et dans lesquelles circulent une quantité importante de lubrifiant,
les pertes par barbotage peuvent être importantes. Pour minimiser ces actions freinante que
l'huile exerce vis-à-vis du vilebrequin et des bielles (qui ne doivent pas simplement traverser
une vraie pluie d'huile mais dans certains cas, sont vraiment enveloppés par une véritable
écharpe d'huile!)
De nombreux constructeurs modernes emploient des réservoirs d'huile franchement séparés de
la chambre de pré-compression et, dans de nombreux cas, des cloisons et des lumières à effet
raclant.
Ventilation interne et reniflard
Le système de reniflard (évent de pression) des carters de série peut, dans de nombreux cas,
ne plus être approprié si le moteur est préparé. Voyons pourquoi et quelles sont les mesures
prendre.
Sur les moteurs 4 temps, destinés à développer des puissances spécifiques élevées, la
ventilation du carter est d'une importance extrême. En effet, sur les monocylindres, à
l'intérieur du carter, on relève des variations de volume important, déterminées par le
mouvement même du piston. Les variations que l'on a sur les twins parallèles ou en V sont
tout aussi importantes.
Sur les boxers, ces variations sont bien supérieures à celles que l'on a sur les monos, ce qui
explique le grand soin apporté par BMW à la réalisation des systèmes d'évent avec
récupération d'huile, franchement sophistiqués. La situation apparaît par contre meilleur sur
les quatre cylindres où, d'une part, le mouvement vers le bas des deux pistons compensé par
celui vers le haut des deux autres pistons et, d'autre part, par le fait que le volume interne du
carter est assez important. Toutefois, on arrive à avoir des mouvements gazeux considérables
dans le bas-moteur là où tourne le vilebrequin
En plus des variations de volume déterminées par le mouvement des pistons la pression à
l'intérieur du carter peut augmenter, suite à l'étirement gazeux qui peut se vérifier entre les
segments et le fût des cylindres. En conditions standards l'importance de cet étirement, que
nous nommerons aussi blow-by, est assez limitée, restant de toutes façons inférieure à 1,5 %
environ. Avec l'augmentation du régime de rotation, du rapport de compression (et donc des
pressions en jeu à l'intérieur du cylindre) et de l'alésage (avec l'augmentation duquel
l'étanchéité des segments peut devenir peu à peu problématique), le blow-by peut prendre une
importance très grande.
Il est donc évident que le carter doit être soigneusement ventilé, de façon à éviter qu'il puisse
y avoir une pression importante à l'intérieur. Ce risque est majeur sur les moteurs préparés (à
cause de la plus grande vitesse de rotation et des pressions plus élevées dans le cylindre). Pour
ceux-ci, il sera donc opportun non seulement d augmenter le diamètre (quand c est possible du
reniflard déjà existant, mais de réaliser aussi d'autres reniflards additionnels (l'un peu par
exemple être facilement pratiqué dans le bouchon même de remplissage d'huile).
Evidemment les tubes provenant de ces reniflards ne doivent pas déboucher directement dans
l'atmosphère et ceci, non seulement parce que c'est interdit par les lois antipollution, mais
aussi pour des raisons de sécurité. En effet, dans les vapeurs qui sortent du carter nous
trouvons la présence d'une considérable quantité d'huile. C'est pour cette raison que, sur les
motos de compétition (qui évidemment méconnaissent tous des problèmes de pollution) les
tubes en question sont reliés à un réservoir de collecte.
Ce dernier est, en général, muni d'une série de parois internes qui permettent aux gouttelettes
d'huile de se condenser (on utilise le bien nommé effet parois) : le lubrifiant descend donc sur
le fond du récipient en question, à partir duquel une canalisation spéciale et flexible le renvoie
au réservoir d'huile.
Naturellement, dans la partie supérieure du réservoir, dans la partie opposée à l'entrée, est fixé
un tube de reniflard terminal, en liaison avec l'atmosphère (en général il finit à la hauteur du
dosseret de selle).
Dans les moteurs BMW, le système de reniflard est relié à un récipient de condensation des
vapeurs, usiné dans ma partie supérieure du carter d'huile. A partir de ce récipient une
canalisation terminale apporte les vapeurs (libérées en majorité de l'huile qu'elle transportait)
au système d'alimentation (en aval du filtre à aire) où ces vapeurs peuvent être aspirées dans
les cylindres pour être ainsi brûlées. Sur les motos japonaises, en général, le reniflard du
carter est relié à la boite du filtre à air, sur le fond de laquelle l'huile peut se rassembler.
Dans ce cas, le système prévoit aussi une ré-aspiration des vapeurs dans les cylindres et l'on
trouve alors un petit tube (à l'intérieur duquel peuvent se déposer des sédiments, de l'eau de
condensation, etc...) qui est fermé par un bouchon et qui doit être nettoyé périodiquement.
Sur les moteur préparés, en plus d'un ou plusieurs reniflards dans le carter, il est bon d'en
aménager un aussi dans la culasse (s'il n'existe pas déjà). Cette dernière est en liaison avec la
partie interne du carter moteur (au moyen du passage de la chaîne de distribution). Si dans la
partie supérieur de la culasse la pression est élevé, on peut avoir un passage important d'huile
au-delà des éléments d'étanchéité placé entre les guides et les queues de soupapes.
Une pression élevé dans le carter peut aussi provoquer un passage d'huile les chambres de
combustion également par le bas (c'est-à-dire au-delà des segments). Ceci est à éviter, non
seulement pour ne pas avoir une consommation élevée de lubrifiant, mais aussi pour ne pas
constater une rapide formation de dépôts carbones sur les parois des chambres de combustion
et sur le ciel des pistons et, de plus, il peut y avoir un risque d'encrassement des bougies.
L'huile, en effet, si elle se mêle, même en petit quantité, avec le mélange air-essence peut
facilité l'apparition de la détonation.
Les dépôts carbonés, d'autre part, peuvent donner lieu, de concert avec un augmentation du
rapport volumétrique, à une tendance prononcé à l'auto-allumage.
Une bonne ventilation du carter élimine le problème et peut permettre l'emploi de segment
racleur d'huile ayant une moindre tension, chose positive en ce qui concerne le rendement
mécanique (Parfois un pourcentage tés voisin de 50% des pertes par frottements aux régimes
très élevés peuvent être justement dus au segments, parmi lesquels les racleurs d'huile se
taillent la part du lion!).
Refroidissement
Le refroidissement du moteur est à suivre de près lorsque l'on augmente les performances d'un
moteur de série. L'énergie thermique à dissiper sera plus importante et, qu'il soit à
refroidissement par air, eau ou huile, un aménagement est nécessaire, car l'on a vu que la
température fonctionnement idéale d'un moteur 4 temps. se situe à 80-85°C Avec un bon
refroidissement on obtient un plus grande uniformité de distribution de températures. Il est
également possible d'extraire de la chaleur en faisant passer du fluide réfrigérant près des
points les plus critiques (comme la zone entre les sièges des soupapes d'échappement).
Evidemment une fois que le moteur aura été préparé, il faudra extraire, toujours dans cette
même unité de temps, une plus grande quantité de chaleur, puisqu'un plus grande quantité de
carburant est brûlée, et donc une plus grande quantité d'énergie thermique développée). Si
l'évacuation de la chaleur devait rester la même qu'en série, on aurait comme résultat une
température plus élevée des différents composants, chose acceptable, mais seulement dans
certaines limites. Les moteurs refroidis par air sont heureusement calculés et réalisés de
manière à offrir des marges plutôt larges de ce coté. En réalité, on ne doit pas oublier que
ceux ci doivent pouvoir fonctionner aussi en conditions non optimales du point de vu du
refroidissement, comme cela arrive par exemple en côte, dans le trafic ou en tout-terrain; c'est
à dire quand la vitesse de déplacement est faible et qu'une quantité d'aire limité passe entre les
ailettes dans l'inité de temps de référence. Habituellement, un bon travail de préparation peut
être effectué sans réel problème particulier, car l'ailette est, en général, dimensionné comme si
la moto fonctionnait toujours en conditions difficiles. S'il est nécessaire par la suite
d'améliorer le refroidissement (parce que la préparation a été importante), on pourra pratiquer
des trous (en général un diamètre de 12 mm convient parfaitement) dans les ailettes mêmes.