LA PREPARATION MOTEUR 1 sur 2: VASTE SUJET .
Tout d'abord trois grand principes : A- en toute chose il ne faut pas dépasser la dose / B- la performance d'un ensemble est limité par le maillon le plus faible / C- les premiers chevaux gagnés sont nombreux et ne coutent pas trop cher mais les derniers sont hors de prix et moins nombreux.
A-Ne pas dépasser la dose : il ne sert à rien de concevoir une préparation qui monte à 7 000 tours dans une voiture de 2 tonnes juste pour faire de la route à 80 km/h . Pas efficace et tout à un coût .

B-Le maillon le plus faible : déjà il ne sert à rien de mettre un arbre à cames de compétition en gardant le reste du moteur en configuration d'origine (ça ne fonctionne pas et pire le moteur devient chaotique). Ensuite il ne sert à rien d'avoir un moteur de compétition si la boite, le pont, la suspension ou le freinage ne suivent pas (il va y avoir de la casse). Vous l'avez compris il faut penser large et homogéne pour avoir un bon résultat .

C-Les derniers chevaux gagnés : au début on parle en centaines d'euros, puis en milliers enfin en dizaines de milliers d'euros ( culasses perfos, pistons forgés haute compression, boite et pont renforcés, kit frein et suspension, chasse au poids et à la consommation de puissance parasite / etc... ).

Une préparation route raisonnable correspond environ à 20% de gain de puissance sans trop dépenser ( par exemple 20 % sur un small bloc de 250cv donne du 300 cv ) .

Une préparation forte correspond à du 30 à 40 % de gain mais là on attaque le changement de culasse à 1 500 euros la paire (small bloc de 250 cv donne du 350 cv ) .

Une préparation compétition est sans limite de puissance mais aussi de coût, là on part même d'un nouveau bloc moteur renforcé, c'est en dizaine de milliers d'euros .

Ce dossier ne se veut pas éxhaustif , il donne les grands principes car chaque cas est particulier .

1- PREPARATION OU AMELIORATION :

Certaines choses qui font parties d'une préparation peuvent simplement faire partie d'une amélioration sans pour autant augmenter les performances : c'est la fiabilisation.

Cela concerne notamment l'ALLUMAGE . Si vous êtes encore en allumage à contact (vis platinées / rupteur), avec une bobine à bain d'huile et son ballast , voir même avec les fils d'origine de 1960 il est bon de faire une amélioration . Vous ne gagnerez pas 50 chevaux mais l'ensemble sera plus fiable et plus efficace sans remettre en cause la cohérence du moteur d'origine . On peut fiabiliser avec un allumeur (distributor) électronique type HEI tout en 1 ou simplement un capteur électronique en lieu et place du contact ( plus d'usure ou de déréglement et commande plus précise et fiable), en changeant la bobine (ignition coil) à bain d'huile qui plafonne à 25 000 volts par une bobine séche qui monte à 40 000 volts (meilleur combustion ) , en changeant les fils d'origine (ignition lead) petits et usés (fuite de haute tension par le blindage fatigué, perte par résistance suite dégradation du conducteur dans le temps).

Si vous en êtes encore au filtre à air à bain d'huile vous pouvez améliorer par passage aux filtres cotons huilés ou mousse plus performant (meilleur remplissage moteur).

Aprés on attaque des choses plus proche de la préparation sauf si on reste dans des caractéristiques proches de l'origine : par exemple la PIPE OU COLLECTEUR D'ADMISSION (intake). Une pipe d'admission d'origine en fonte pése une tonne, on peut donc passer en pipe d'admission aluminiun (gain de poids: 10 kg facile et gain d'éfficacité : débit du mélange, réactivité et température , tout en gardant son carburateur d'origine dans la majorité des cas, tant qu'on reste proche de l'origine ( divided low intake : square ou spread bore).

1- PREPARATION MOTEUR PROPREMENT DITE (aprés amélioration ci dessus) : AVEC QUOI et POUR QUOI FAIRE .

Comme dit plus haut ce n'est pas tel ou tel composant mais un ensemble dont il va falloir faire des choix et adaptations en fonction de la configuration du véhicule.

D'abord de quoi part t'on : voiture légére ou pas (1 200 kg ou 2 tonnes) , transmission mécanique / automatique / d'origine ou pas / nombre de rapport ( powerglide 2 rapports, 3 rapports small ou big bloc, moderne 4 rapports ou plus) , Rapport de pont de transmission court ou long (3.08 ou 4.55 ) et surtout pour quel usage (route / accélération / circuit / ...)

Le poids : si lourde implique de garder du couple pour arriver à monter dans les tours, légere permet de monter plus dans les tours rapidement (moins besoin de couple).

Transmission: mécanique ou automatique , si TRANSMISSION d'origine elle sera donnée pour tenir un certain couple (en lbs), si on va au delà il faudra la refaire et la renforcer ( kit disques perfos, support intermédiaire renforcé). Sans oublier le convertisseur et sa vitesse de vérouillage : origine 1 000 tours / plus haut (stall) 1 800 tours / encore plus .. ) .

Pont : PONT d'origine ou pas, rapport court ou long, autobloquant ou pas, ... sans oublier l'arbre de transmission et les croisillons .

Usage :

Sur route inutile de vouloir aller titiller les 7 000 tours sur un V8 américain, déjà il n'est pas conçu pour ça et il ne contient que 5 litres d'huile. A ce régime toute l'huile sera en haut et plus rien en bas (casse possible) , les poussoirs vont flotter sur l'arbre à cames, les vibrations seront là ( équilibrage d'origine perfectible) , les accessoires auront du mal à suivre : les pompes direction , eau , ... Bref pour monter aussi haut en V8 il y a du boulot et un coût . On partira plutôt sur une ouverture du haut (carburateur / pipe) une amélioration du remplissage (arbre à cames modérés) et une ouverture du bas (collecteurs d'échappement 4 en 1 : headers) . Eventuellement pour tracter on pourra partir sur une préparation orientée plus couple que puissance dans les tours (en jouant pipe d'admission et arbre à cames).

Pour de la route et de la piste occasionnelle : on rajoutera une amélioration du train de soupape (ressort, poussoirs,culbuteurs,tige culbuteurs renforcées, arbre à cames plus agressif, chaine de distribution) un carter d'huile plus gros avec pompe à huile haute pression, changement du convertisseur de boite auto ou embrayage renforcé sur boite méca, meilleur refroidissement (ventilateur electrique / radiateur d'eau ) , pompe à essence strip avec régulateur de pression , ....

Pour de la piste et de la compétition : comme dit plus haut tout est possible mais coût en rapport .

2- PREPARATION CARBURATEUR : NOMBRE DE CORPS / TAILLES / TYPE DE POMPE DE REPRISE / TYPE DE STARTER SI PRESENT / EVOLUTIONS DES REGLAGES .

Bon ils y a les partisants de HOLLEY (DEMON idem) et les partisants d'EDELBROCK (CARTER idem), tout dépend des expériences et des niveaux de préparations . Mais les critéres de bases restent les mêmes: le nombre de corps (généralement 4 corps ) , la taille en CFM , le type de pompe de reprise (mécanique ou à dépression ), type de starter (sans, manuel, électrique ) et l'évolution possible DES REGLAGES ( kit, gicleurs, pompe de reprise, power-valve,... ) . Pour la taille (en cfm ) il s'agit de voir en fonction de la cylindrée du moteur en Ci ( cubic inch ) et des tours moteurs max quelle taille de carbu est juste supérieure (un route c'est 4 500 à 5 000 tr/mn max), voici une table parmis d'autres et la formule générique :

La formule générique: (cylindrée en Ci x Tr/mn max ) / 3456 = CFM requis

exemple: un 400 ci à 5 500 tours : (400x5500)/3456 = 636.5 cfm pour 635 dans la table .

Pour un small bloc 350ci et pour touner à 5 000 tr/mn max un 505 cfm suffirait .
3- PREPARATION TRAIN DE SOUPAPES : VALVE JOB / RESSORTS ET DEMI-LUNE DE SOUPAPE / CULBUTEURS / TIGES / POUSSOIRS .

Sur la vue d'ensemble du train de soupape ci-dessous on peut voir tous les composants et les différentes préparations possibles :

Sur une préparation poussée on peut faire du valve job c'est à dire travailler les angles autour du siége de soupape et sur la soupape pour améliorer le passage du mélange. On peut le faire en 3 angles (three angle valve job) ou en 5 (five angle valve job) et pas forcément avec les mêmes angles sur l'échappement et l'admission car le sens des gazs n'est pas le même . On pourra faire aussi du polissage de conduits (polishing) et de l'alignement de conduits (porting).
Ensuite les ressorts de soupapes (valve spring) : adaptés à la levé des cames : hauteur (height) correcte pour qu'il y est assez de jeu (gap / clearance) entre spires pour la compression et au Tr/mn max envisagés (force pour fermer les soupapes) :
Les demi-lunes qui retiennent la soupape (valve lock ) : si préparation poussée on passera du standard 7° au perfo 10 ° ( plus d'angle égal plus de matiére donc plus de résistance) On peut aussi passer au titane sur certaines applications performances:
Pour les culbuteurs : standard ( simple tôle emboutie ) / à rouleau économique (même forme mais le frottement est limité à la soupape par un rouleau) / à rouleaux performances . On regardera aussi le ratio : le bras de levier du culbuteur à un effet multiplicateur de la levé de came, on parle de ratio 1.5 , 1.6 etc... à prendre en compte dans le choix de l'arbre à cames. En passant en culbuteurs à rouleaux on peut gagner des chevaux car annulation des frottements .
Fixation des culbuteurs : ils pivotent sur un goujon (stud) qui peut-être simplement emboité à la presse mais résistance faible (press fit) , ou vissé (screw in ) déja beaucoup mieux mais il a des limites de flexibilité aussi . En compétition on rigidifie le dessus par une barre: le stud girdle :
Tige de culbuteurs (pushrod): on peut passer en plus gros diamétre avec la même tête que l'origine, en forgé pour la résistance (forged) , en réglable si test performance :
Les poussoirs (tappet) : soit mécanique (solide avec REGLAGE DE SOUPAPE vis-écrou) , les hydrauliques plat ou flat tappet (limite le profile des cames car il faut bien prendre les pentes sans détruire les composants) et les mécaniques à rouleaux ou roller tapet pour les arbres à cames trés agressifs en compétition (syndrome des cames carrées ):
On peut gagner en résistance et en performance en cumulant :
4- LE COEUR DU SYSTEME L'ARBRE A CAMES (CAMSHAFT) : advertised duration / duration @0.050 / lift / separation lobe / overlap / idle / vacuum.
Beaucoup de paramêtres par la conception et par les limites du véhicules à équiper sans compter sur les paramêtres des autres éléments du moteur, comme dit plus haut c'est un ensemble. Aperçu :
Aperçu des paramêtres d'un arbre à cames : en coupe puis courbe développée sur échelle de temps .
Commençons par les levées (lift) avec durée de levée totale (advertised duration) et pente avec la durée @ 0.050 , cette derniére est prise dés que le poussoir est levé de 0.050 inch. Plus les cames lévent haut et longtemps plus on rempli les cylindres . La levée est conditionnée par le ratio du culbuteur (multiplication) mais limitée par la levée totale à la soupape sans toucher le pistons (dimensionne aussi la hauteur de ressort de soupape). La levée n'est pas nécessairement la même à l'admission et à l'échappement, le milieu de la came (center lobe) est la levée max . La difference entre durée totale d'ouverture (advertised) et durée @ 0.050 va donner une idée de la pente .
En pente :

si même pente montée et descente on parlera de single patern mais si différentes on parlera de double patern.

On peut avoir des pentes différentes car effort à la levée important (contre les ressorts) mais moins à la descente (les ressorts aident ) donc on peut se permettre de descendre plus vite.

La durée de la levée va conditionner la plage d'utilisation moteur et le comportement du moteur:
Ecartement des lobes entre admission et échappement ( lobe separation) et superposition d'ouverture (overlap): l'écartement entre les lobes conditionnera la qualité du ralenti et la dépression du moteur. Il peut y avoir un croisement d'ouverture des soupapes en fin d'évacuation des gazs d'échappement: on ouvre la soupape d'admission avant que la soupape d'échappement ne soit fermée pour balayer le volume de la chambre de combustion (gain de remplissage , donc de puissance, mais perte de consommation ) .

Pour un profil routier le lobe séparation est généralement de 110° , en dessous on parle de profil étroit et on gagne en couple, au dessus on parle de profil large (112 / 114°) on gagne en qualité de ralenti et de dépression (vacuum) car on perd moins de dépression d'admission vers l'échappement à cause de l'overlap.

Relation entre position de villebrequin, levée de soupape et position d'arbres à cames :
Exemple de recommandation pour des moteurs chevrolet avec tous les paramêtres :
Tant qu'à ouvrir et changer l'arbre à cames on va fiabiliser la distribution par chaine . La distribution se fait par chaine sur les moteurs américains, une chaine simple à maillon plat suffisant pour de l'origine mais qui va (ou qui est déjà) détendue. On la remplace le plus souvent par une chaine renforcée double (double roller chain) , rarement par des pignons sauf si vous en aimé le bruit caractéristique . La chaine peut avoir un pignon de vilebrequin décalable pour adapter les AAC : parfois à décaler de 4 ou 6 ° ;
5-ECHAPPEMENT (exhaust ) : COLLECTEUR / 4 EN 1 /SIMPLE OU DOUBLE LIGNE / DIAMETRE / EQUILIBRAGE .

L'échappement influence tout autant le fonctionnement du moteur . Car si on l'a déjà ouvert du haut (carbu et pipe admission) puis rempli (train de soupapes et arbre à cames) il faut l'ouvrir du bas pour éviter l'indigestion . On part du collecteur d'échappement ( exhaust manifold ): si d'origine il sera en fonte donc lourd, souvent restrictif et source de compromis (coût de production / fonctionnement ) . On le remplacera par des 4 en 1 tubulaires ( header ), avec des tubes de longueurs identiques, traité ou non anti-corrosion haute température (céramic coating), en acier (steel) ou inox (stainless steel ) . On parlera de diamêtre de tube (primary tube diameter ) , de longueur ( court: shorty header, long: full length).

En complément pour éviter l'accumulation de chaleur dans le compartiment moteur on peut envelloper les tubes (wrapping):
Les lignes d'échappement influencent aussi le comportement du moteur, simple avec un Y restrictif, double séparée, double avec équilibrage, diamétre des tubes,...

Pour le diamétre: trop petit difficile de monter dans les tours mais excellent couple, et inversement si trop gros. Sur un small bloc une double ligne en 2.25 ou 2.5 pouces est un bon compromis couple-puissance. Pour de la compétition occasionnelle un T ou un X d'équilibrage apporte une amélioration pour la montée dans les tours (permet d'utiliser les 2 lignes en même temps malgré des sorties de bancs de cylindres séparés ).

A CE STADE LE MOTEUR EST OUVERT DU HAUT, MIEUX REMPLIT ET OUVERT DU BAS AVEC UN ALLUMAGE PERFORMANT . CELA FONCTIONNE SI ON RESTE DANS LA FOURCHETTE DES 20% DE GAIN ( pas un trop gros arbre à cames / pas une pipe d'admission façon tunnel / ni un carburateur façon entonnoir ) .

ALORS POURSUIVONS DANS CE QU'IL EST POSSIBLE DE FAIRE SANS PARLER DE COUTS .

6-LES CULASSES ( CYLINDER HEAD )PERFORMANCE ALU :

On gagnera en poids car les origines sont en fonte jusqu'aux années 90, on gagnera en remplissage par des conduits plus gros et/ou soupapes plus grosses et forme des conduits, on peut gagner en TAUX DE COMPRESSION en adaptant le volume de la chambre de combustion . il faudra faire attention aux formes de conduits pour aller avec la PIPE D'ADMISSION (Port), regarder le volume de la chambre de combustion pour ne pas faire un taux de compression de malade, surtout si vous prévoyez de faire aussi les pistons : route simple 9:1 , mixte route-circuit jusqu'à 10.5:1 , ensuite dans la limite de ce que peuvent supporter les vis de culasse, le moteur en général et en fonction de l'ESSENCE (standard ou competition) . Rarement plus de 13:1 . On peut encore gagner en faisant du gasket porting (on ajuste les conduits à la dimension du joint), du polishing (en polissant les conduits ) .

7-LES PISTONS : FORME / CORRECTION TAUX DE COMPRESSION / TYPE DE MONTAGE ...

On peut ajuster le TAUX DE COMPRESSION en calculant la hauteur des pistons mais pour que cela passe , il faut aussi choisir une forme qui sera compatible avec la course des soupapes . Ensuite choisir un matériaux (alu hypereutectic , forgé,... ) puis s'assurer du montage : flottant (full floating) avec circlips de maintien du tourillon ( wirst pin) ou monté à la presse à chaud (press fit). On peut aussi faire du REALESAGE (Reboring) en utilisant les cotes réparation pour augmenter la cylindrée: en 0.010 , 0.020 , ....

Attention tout de même aux mauvais calculs !
Pensez à mettre des segments (rings) de qualité , genre plasma coated . Rappel : le 1er est le segment de compression ou pare-feu (le plus en haut) , le deuxième est l'intermédiaire ou racleur puis enfin le 3éme est l'ensemble bas appelé huile ou oil control (en 3 parties : 2 plats et un ressort , il raméne l'huile au carter par des trou dans la gorge du segment).
Pour l'ensemble il faut prévoir si vous êtes en alésage (bore) d'origine ou en cote réparation (style + 0.030 inch) car cela augmente les volumes donc la cylindrée et le taux de compression change . Taux de compression : volume du cylindre piston en bas divisé par volume restant piston en haut . Avec certains villebrequin on peut aussi augmenter la course (stroke) du piston dans le cylindre donc même probléme ( stroker kit) . On parle de moteur carré si l'alésage est identique à la course: moteur trés réactif .
8-LES BIELLES (BEAM / CONNECTING ROD ) : ORIGINE / FORGEES / RENFORCEES I BEAM ...

A partir d'une certaine compression il faudra faire évoluer les bielles sous peine de les plier . Une bielle d'origine à ces limites de résistance et d'équilibrage ( ok pour la route soft 20% de gain) et elle est lourde (tenue dans les tours ) . Une forgée tiendra la charge (mais s'équilibre ) et les I , H beam sont spécialement conçu pour la compétition car légéres . Dans tout les cas l'équilibrage statique (d'une bielle à l'autre ) et dynamique (répartition du poids sur la bielle ) est important :

8 bis-LES STROKER-KIT : KIT PISTONS - BIELLES - VILLEBREQUIN ...

Ils Augmentent la course et donc la cylindrée mais en respectant la géométrie interne du moteur pour ne rien toucher. Pistons plus compacts avec axe plus haut, bielles plus longues et vilebrequin avec manetons plus haut. Cylindrée plus grande et taux de compression maitrisé. Voir Moteur cylindrée .

9-GRAISSAGE ( OILING SYSTEME ) : CARTER D'HUILE PLUS GROS / CAISSONNE ( DEEP OIL PAN / BAFFLE ) / POMPE GROS DEBIT / HAUTE PRESSION / CARTER HUMIDE OU SEC (DRY SUMP).

Il va bien falloir graisser tout ça surtout si vous montez dans les tours et surtout si vous faites du circuit . La pompe à huile peut être améliorée: en débit (high volume) ou mieux en pression (high pressure ) . Sur l'origine dit carter humide (la totalité de l'huile est dans le carter) on peut améliorer la capacité en mettant un carter plus gros (deep oil pan) et caissonné pour éviter le déjeaugage (baffle oil pan) . On peut ajouter un limiteur de projection d'huile (oil scraper ) car le villebrequin tape dans l'huile pour graisser et refroidir le dessous des pistons, parfois de maniére excessive surtout dans les tours, donc on arrête le surplus avec une tole fixée au bloc. Dans certains cas on on veut ne pas subir la force centrifuge en virage on passera en carter sec ( le carter ne sert que de récupérateur, la pompe est externe entrainée par courroie et il y a un réservoir d'huile séparé ).

10-REFROIDISSEMENT (COOLING) : CALORSTAT BASSE TEMPERATURE / VENTILATEUR MECANIQUE PERFO / ELECTRIQUE PERFO / POMPE EAU ELECTRIQUE.

Il faut aussi refroidir tout ça. Déja un moteur d'origine fonctionne plutôt trés chaud à cause de la pollution, dans les 200 à 220 ° Fahreinheit . On peut le faire tourner à 170 °F en changeant le calorstat (water thermostat ). Le ventilateur (fan) d'origine sur cloche thermique (thermal clutch) peut être amélioré par un flex fan alu, puis on passe en ventilateur électrique: gain de puissance consommée sur l'accessoire et efficacité . Si en plus on passe d'un radiateur (radiator) acier assez simple à un radiateur alu multi-faiceaux (multi row) on peut évacuer plus de chaleur.

Toujours pour gagner en efficacité et en puissance on peut en compétition passer en pompe à eau électrique (électrical water pump ), plus de courroie et gain puissance.
11-COURROIE D'ACCESSOIRES ET POULIE : POULIE SOUS DIMENSIONNEE / COURROIE UNIQUE.

Un des gains possible se situe sur la puissance utilisée par les accessoires . Comme pour la pompe à eau ou le ventilateur ci-dessus on peut éliminer ou restreindre la puissance consommée par les accessoires . Déjà en mettant une poulie de villebrequin plus petite afin de faire tourner moins vite l'alternateur et autres pompes ( underdrive pulley ). On peut fiabiliser en réduisant les composants en mouvement avec une courroie unique (serpentine belt) .

12-AVEC TOUT CA IL VA FALLOIR LE DEMARRER : MINI-DEMARREUR .

Si vous avez augmenté la compression votre démarreur d'origine va avoir du mal . Pour pouvoir lancer le moteur il faudra un démarreur plus puissant , si en plus il est plus léger et performant que l'origine c'est tout bénéfice. De plus avec des 4 en 1 il est intéressant de pouvoir orienter le corps du démarreur pour faire de la place: le mini starter .

LA SUITE VERS PREPARATION MOTEUR 2 sur 2 .

  

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