Préparation d’une Bullet pour un usage routier

samedi 7 février 2009
par  Daniel78
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Avec l’aimable autorisation de l’auteur Tom Lyons.
Merci à Pryt pour la traduction.

L’important pour nos Bullet est d’avoir de réelles aptitude routières. C’est le but de mon propos. Les paramètres les meilleurs sont : 30 cv, 4 k de couple, 8:1-8,5:1 de compression, et un régime maxi de 5600 tr/mn avec l’embiellage standard.
Pour rouler sans souci en tête, pour la préparation que je vais décrire, il sera bon , si l’on peut, d’acheter l’embiellage complet européen avec roulement à rouleaux, de mettre des bons roulements de vilo japonais ou européens, de même qu’un embrayage renforcé pour passer la puissance.
L’embiellage est ce qui coûte le plus cher, il n’est absolument pas nécessaire, mais n’est pas inutile si vous en avez les moyens. La bielle standard est faiblarde, il n’est pas rare qu’elle casse à hauts régimes et occasionne quelques dégâts. Donc, si vous pouvez, prenez l’embiellage complet !!

Le travail portera sur le diagramme de distribution et sur la culasse, éléments qui sont liés.

Vous pouvez être intéressés par les discussions que j’ai eu sur d’autres forums avec des constructeurs de moteurs, des propriétaire de Bullet depuis plus de 3 ans. Nous avons travaillé à améliorer, ou essayé de le faire, les rendements de nos moteurs. Il y a, il y aura toujours, des facteurs limitant. Ces gens avec lesquels j’ai travaillé sont très compétents et ont bossé avec des gens aussi célèbres que Yoshimura et Jerry Branch.

Commençons par voir à quoi servent les cames.
Les cames servent à mettre les soupapes en mouvements. Elles transforment un mouvement rotatif en un mouvement linéaire. La came est entraînée par le vilebrequin et des pignons, elle possède un bossage qui soulève un poussoir à une cadence étudiée et prévue par le concepteur du moteur. Voilà sa fonction primaire.
Dans les discussions portant sur l’augmentation de la puissance d’un moteur, les came occupent souvent un thème central. Après tous, elles contrôlent les soupapes, lesquelles conditionnent la respiration donc la puissance du moteur. C’est donc à raison qu’elles arrivent en tête des modifications visant à l’augmentation de la puissance.

Comment peuvent-elles contrôler la respiration du moteur ,
En vérité, c’est simple : elles assurent l’ouverture et la fermeture des soupapes. Plus longtemps la soupape d’admission est ouverte, plus grande est la quantité de mélange inflammable admise, et plus de puissance peut être produite. Et plus la levée de la soupape est haute, plus la quantité de mélange admise est grande, aussi. Ces deux éléments nous donnent les 2 paramètres sur lesquels nous allons travailler : la durée d’ouverture et la levée de la soupape vont conditionner la respiration du moteur.
Si l’on recherche la performance, on s’orientera vers une durée d’ouverture la plus longue possible, couplée à une levée maximum, afin d’admettre la plus grande quantité de mélange possible, en recherchant un passage des gaz optimisé dans le circuit d’admission.

Quel est donc le plus gros problème, puisque nous ne pouvons pas laisser la soupape toujours ouverte et levée ? Le cycle admission-compression-explosion-échappement nous contraint à certaines restrictions mécaniques et nous impose un diagramme d’ouverture/admission à mettre au point selon les effets recherchés. C’est là qu’intervient la conception des cames.
Que pouvons-nous réaliser, en fonction du moteur que nous avons devant nous et du but recherché ?
Nous devons d’abord étudier les effets induits par une ouverture plus longue. La plupart des gens pensent que la soupape s’ouvre au PMH à l’admission et se referme au PMB. Il est facile de supposer qu’un piston agit comme celui d’une seringue qui ne peut se remplir que lorsque le piston descend. Et c’est sur cette croyance que la plupart élabore le système d’admission des gaz. Mais, avec l’évolution de l’usinage, de meilleures méthodes ont été développées.
Par exemple, nous ne pouvons pas ouvrir et fermer une soupape instantanément, non progressivement. Il faut une « rampe de tranquilisation » afin de ne pas perdre le contrôle par une trop brusque accélération. Il faut alors un certain temps pour préparer l’ouverture et la fermeture. Nous ouvrons donc un peu avant le PMH et fermons un peu après le PMB. De cette manière, la soupape est bien ouverte au maximum entre le PMH et le PMB. Voilà un bon début. Mais, qu’arrive-t-il quand nous essayons de la maintenir ouverte au delà de ces limites ?
Examinons les interactions qui vont survenir.
La première chose à comprendre, c’est l’admission des gaz, quantité et mode de propagation. Quand le piston descend, les gaz à l’admission n’atteignent pas immédiatement leur vitesse maximale : ils accélèrent et mettent un certain temps à atteindre leur pleine vitesse. A la fin, même quand le piston ne descend plus, les gaz continuent à entrer dans la chambre de combustion en raison de l’énergie cinétique emmagasinée, puis ralentissent, selon une certaine courbe de vitesse. Ainsi, le cylindre continue à se remplir après le PMB, donc alors que le piston ne descend plus, voire remonte. Nous pouvons utiliser ce phénomène en ne fermant pas la soupape d’admission au PMB. De combien pouvons-nous retarder cette fermeture ? Cela dépend de beaucoup de paramètres que nous verrons plus tard.

Maintenant que nous savons que nous pouvons fermer la soupape d’admission plus tard que nous ne le pensions, qu’en est-il de l’ouvrir plus tôt ?
Eh bien, nous le pouvons aussi ! Comment ?
Si nous ouvrons la soupape avant le PMH, le piston qui remonte n’aura-t-il pas tendance à empêcher une bonne admission en refoulant les gaz ? C’est possible, mais il y a une solution.
En effet, le piston ralentit en arrivant au PMH et au PMB et connaît un moment appelé « effet Dwell » où se produit un infime mouvement vertical lorsqu’il dépasse le haut et le bas de la course. Ceci est du au mouvement circulaire du vilebrequin : à chaque extrémité de la course, la tête de bielle a un très faible déplacement de sorte que le piston est presque immobile 20 ° avant et 20 ° après le PMH et le PMB. Cela nous donne donc une plage de 40° pour travailler. Mais alors, comment faire entrer des gaz sans que le piston ne descende ? La solution repose sur la soupape d’échappement !
En effet, sur le temps d’échappement qui se déroule juste avant le temps d’admission, la soupape d’échappement est ouverte et les gaz brûlés sortent à une vitesse assez grande pour créer un appel jusque dans la zone d’admission. Si nous ouvrons la soupape d’admission au bon moment, nous pouvons utiliser cet appel pour aspirer du mélange frais avec les deux soupapes ouvertes simultanément, cela s’appelle « le croisement/balayage des soupapes/cames ». Évidemment, un peu de gaz frais s’échappe, mais il sert aussi à refroidir la soupape d’échappement. Le grand bénéfice reste toutefois d’obtenir une admission anticipée. Il y a évidemment des limites : si vous ouvrez l’admission trop tôt, vous aurez un refoulement des gaz brûlés dans l’admission. C’est pourquoi le calage de l’ouverture et de la fermeture des soupapes est important, de façon à obtenir l’effet désiré et supprimer les effets indésirables.

Nous avons vu le croisement des soupapes, leur ouverture pour augmenter l’admission de la quantité de gaz frais, à l’aide du calage de la distribution.

Après la théorie, passons à la pratique sur les Bullet.
Le moteur de la Bullet est un longue course, avec une bielle longue. Ce type de moteur a un « Dwell » assez étendu. Nous pouvons utiliser ce phénomène à notre avantage. En retardant la fermeture de la soupape d’admission, nous pouvons utiliser l’énergie cinétique du mélange après le PMB pour vraiment aider au remplissage car le piston ne remonte pas tout de suite vers la compression. En réalité, nous pouvons la laisser ouverte environ 75° après le PMB, si nous pouvons le faire correctement.
2 choses doivent être obtenue si l’on veut que cela marche :
il faut une énergie cinétique des gaz suffisante, de manière que l’admission puisse continuer alors que le piston ne descend plus, ou alors il est inutile de laisser la soupape ouverte ! Cela signifie que notre conduit d’admission ne doit pas être trop gros, ce qui est une cause de ralentissement. Or nous avons besoin d’une GRANDE vitesse d’admission, sinon cela ne marche pas. Ceci explique pourquoi il est très important de ne pas trop agrandir le conduit d’admission. Un tel agrandissement pourrait permettre une plus grande quantité de gaz admis, mais avec une vitesse lente, ce qui est le contraire de l’effet que nous recherchons.
Si la fermeture de la soupape d’échappement est retardée, le piston est en train de remonter et commence théoriquement la compression. Si la vitesse résiduelle des gaz frais est plus faible que la poussée du piston, il se produira un refoulement dans l’admission et une compression plus basse. Il nous faut donc idéalement fermer la soupape d’admission au moment quasi exact où la vitesse des gaz est encore un poil supérieure à la poussée du piston. La soupape doit alors se refermer à fond. Dans la pratique, on perdra un peu de compression car nous aurons un début de refoulement. C’est pourquoi nous devons utiliser un piston à plus haute compression quand nous réglons nos cames de cette manière, afin de récupérer la compression perdue.

Regardons l’effet produit sur nos Bullet en avançant l’ouverture de la soupape d’admission.
Cette avance de l’ouverture de l’admission est conditionnée par une vitesse élevée des gaz d’échappement puisque l’ouverture de la soupape d’admission intervient à l’extrême fin du cycle d’échappement, pendant le temps de croisement. Malheureusement le conduit dans la culasse et le tuyau d’échappement sont surdimensionnés sur nos Bullet standard et ne permettent pas d’obtenir une vitesse d’échappement aussi élevée que nécessaire pour le but que nous poursuivons. Et nous ne pouvons pas y faire grand chose.
Ainsi, avancer l’ouverture de la soupape d’admission n’est guère bénéfique pour le moteur de la Bullet. Cela marche dans le haut des tours, quand le croisement ouverture/fermeture est au maxi mais le problème vient que nos moteurs tournent plutôt lentement, limités qu’ils sont par la vitesse linéaire toujours élevée d’un piston longue course. Ces hauts régimes ne sont praticables que si l’on court ou bien si nous avons acheté l’ensemble spécial vilo et bielle, dépense que peut-être l’on ne voudra ou pourra pas faire.
Cependant, ce sont des cames à profil course qui ont été dessinées, destinées à un usage à haut régime. La came avance fortement l’ouverture, pour un large croisement, pour une efficacité maxi à 7000 tr/mn, régime que 99% d’entre nous n’utilisent jamais.
Le résultat est que nous avons un moteur lymphatique et mou à bas et moyen régimes, conséquence normale d’un grand croisement, et nous ne pouvons pas atteindre les régimes auxquelles ces cames sont vraiment efficaces. Cela ne convient pas du tout à l’usage routier que nous attendons de nos bécanes et explique l’insuccès de ces cames auprès de ceux qui ne courent pas.

Toutes les cames dites de performance ou de course disponibles pour les Bullet aujourd’hui, quelques soient leur provenance ou leur fabricant, souffrent de ce trop grand croisement et ne sont pas d’un usage routier agréable.
Aucun des dessinateurs de cames pour Bullet ne s’est penché sur un usage routier ordinaire, avec embiellage stock, car ce qui fait vendre les cames de course, c’est la puissance maxi et les hauts régimes. Ils ne discutent même pas de la puissance à bas régime, seule la puissance à haut régime les intéressent.

Si vous utilisez une paire de cames redéfinies comme nous le préconisons, avec un piston haute compression, une culasse aux conduits optimisés, des soupapes avec une portée multi angulaire, un échappement libéré, une bonne carburation, un filtre à air laissant respirer, avec un allumage retardé de 4 °, vous pourrez obtenir 30 CV à la roue arrière tout en conservant l’embiellage de série. Et il ne devrait y avoir aucun trou de puissance quelque soit le régime, en comparaison avec ce que vous avez aujourd’hui. C’est tout bénéfice, à tous les régimes. C’est un profil de came destiné à donner du couple et de la puissance aux régimes utiles qu’une Bullet standard peut atteindre.

Réusiner les cames stock n’est pas donné au motard moyen, il faut s’y connaître en mécanique générale. Il faut aussi savoir que les cames indiennes ne sont pas semblables à celles de Redditch. Elles ont été dessinées pour travailler avec la culasse indienne dont les conduits sont plus grands, réduisant la proportion des gaz imbrûlés, pour une question de pollution. Le remplissage du cylindre est meilleur par aspiration du piston mais a provoqué une réduction de la puissance par rapport aux Redditch, comme le montre la comparaison des courbes de puissance, en raison d’une moinde vitesse des gaz.
La conséquence est que les cames indiennes s’ouvrent en avance sur les cames Redditch, d’environ une dent à calage égal, soit environ 18 °. Ainsi, il nous suffit de retarder la came indienne d’une dent pour retrouver l’ouverture originale anglaise des années 50 et les 25 cv d’alors.
Pourtant, il faut faire attention car la production indienne n’est pas régulière et le profil des cames n’est jamais rigoureusement le même.
Nous avons noté ces 10 dernières années des cames assez différentes sur les Bullet livrées, jusqu’à 10%.. Cela pourrait être des essais d’usine, pas forcément un mauvais usinage.
Aussi, vous devez avant tout vérifier vos cames avant de vous lancer. Si votre came d’admission montre quelque chose comme une fermeture 65° après le PMB, restez comme vous êtes. Il est préférable d’avoir une valeur de 60°.
Si vous retardez votre pignon d’une dent, puis utilisez des pignons à plusieurs positions pour avancer à la fois l’admission et l’échappement, vous aboutirez à une valeur de 73,5° avant PMB, ce qui est exactement ce que nous voulons.
Si vos mesures sont justes en deçà de quelques degrés, c’est bon. Si, après usinage de votre came, vous mesurez plus de 75°, c’est trop, vous aurez plus de puissance à haut régime, mais moins à bas et mi-régime. Si vous dépassez 80°, ce n’est plus bon du tout dans notre configuration.

C’est pourquoi nous avons besoin d’un disque gradué et d’un comparateur pour vérifier le diagramme des cames que nous avons sous la main, afin de savoir où l’on va. Après vérification, si vous avez les bonnes valeurs, vous pouvez alors reculer le pignon d’admission d’une dent, sans toucher à la came d’échappement. Ce diagramme restauré à l’original devrait vous restituer également la puissance originale SAUF que les conduits de votre culasse indienne sont plus gros que ceux de l’anglaise. Pour obtenir une vitesse de gaz comparable, il vous faut AUSSI un piston compressant à 8,5:1, de manière à retrouver un meilleur remplissage (cf plus haut).
Ça commence à devenir bon, continuons.
Si nous utilisons un pignon de came réglable de marque CMW, nous pouvons avancer les cames d’ouverture et d’échappement de 4,5°, de manière à ouvrir un peu en avance sans augmenter le croisement, pour une meilleure aspiration tenant compte des conduits de culasses plus gros.
Ces réglages peuvent nous amener 30 cv et environ un couple de 4,16 m/kg à la roue arrière, avec tous les modifications (carburation, filtre à air, culasse ; échappement) évoquées plus haut.

Ce que nous avons fait ici est un simple recalage des cames standards pour retarder la fermeture et avancer l’ouverture de la soupape d’admission, pour plus de puissance, tandis que retarder l’ouverture de l’admission, en raison du croisement est assez mauvais, tout au moins pas aussi bon que nous le voulons. Nous pouvons sacrifier une ouverture avancée au profit d’une fermeture retardée : ceci accroît la période utile de 14,5°, avec bénéfice. Dans les faits, nous ne perdons presque rien à en retardant l’ouverture de l’admission de 14,5°. Nous gagnons de la puissance et la réduction du croisement fait que nous ne perdons pas le couple à bas-régime. Avancer la fermeture de l’échappement réduit également le croisement et améliore aussi le couple à bas-régime. Tant qu’on ne tourne pas vraiment en haut régime, ce raccourcissement du croisement n’est pas dommageable.
Ce réglage avec des cames indiennes donne 1CV de plus que les cames vendues par CMW et Hitchcock, sans le trou à à mi-régimes qu’elles provoquent.
Voici notre réponses pour nos cames « routières » pour Bullet, meilleures que les indiennes et moins « creuses » que les cames « performance » ou « course ».

La hauteur de levée des soupapes.
Examinons les effets produits par une levée plus grande. Il est possible de gagner un peu, sans arriver à un angle trop prononcé avec les tiges de culbuteurs. Nous avons étudié de problème et envisagé une nouvelle culbuterie. Nous avons même poussé jusqu’à la CFAO (dessin et usinage par ordinateur), avant d’en étudier le résultat par modélisation sur ordi. Une nouvelle culbuterie n’est pas impossible, mais difficile et chère.
Et même si on en tire un bénéfice, la levée nécessaire pour obtenir un vrai ensemble à haute levée apte à fournir le cône de turbulence autour de la tulipe de la soupape dans la chambre de combustion est de l’ordre de 16,5 mm, ce qui est impossible sur nos Bullet. Nous sommes contraints de conserver notre culbuterie à faible levée, et même si la levée maximum possible est d’environ 10,7 mm, ce qui est dur pour les soupapes, cela ne nous emmène toujours pas dans le territoire des hautes levées.
Ce champ des possibles a été passé au peigne fin. On pourrait faire certaines choses, mais le retour sur investissement serait très défavorable, en raison des coûts de production de la petite série. Cette étude est restée dans l’ordinateur.

Ce ne veut pas dire que rien ne peut être fait et je vais vous donner quelques réponses, portant sur l’optimisation de l’existant.

Nous partons donc d’une Bullet stock et conservons les caractéristiques de la culbuterie.

La culasse.
Pour l’améliorer, nous devons garder un but réaliste. Nous n’allons pas faire un Manx Molnar super carré capable d’atteindre les 240 km/h sur piste, nous voulons une routière performante à tous les régimes.

La chambre de combustion hémisphérique de la Bullet est excellente dans notre cas : elle permet une très bonne admission des gaz, est parfaitement adaptée à une levée limitée des soupapes et à la conception longue course du moteur.
Il ne nous reste plus qu’à optimiser la circulation des gaz.
Si vous examinez les soupapes et leurs sièges, vous verrez qu’ils sont taillés à 45°, ce qui est courant. La soupape a besoin de lever d’au moins environ 1 mm avant qu’elle ne soit assez levée de libérer le passage des gaz vers le cylindre, en raison de cet angle de 45°.
David Wizard, gourou de la préparation de culasses, a beaucoup travaillé sur les culasses hémisphérique Mopar et a trouvé un bénéfice à changer l’angle des sièges. Un chat restant un chat, cela peut donc s’appliquer à nos Bullet.
Bien que nous ne puissions pas avoir une levée supérieure, nous pouvons débuter l’admission plus tôt et mieux tirer partie de nos caractéristiques, en travaillant sur des paramètres assez méconnus : en taillant à l’admission le siège et la tulipe à 30°, le passage des gaz est libéré plus tôt (la soupape, n’ayant pas besoin d’atteindre 1 mm pour le libérer).
En pratique, cela a le même effet qu’une came montée sur roulements (très chère à produire en série limitée). Il a été démontré que cette seule modification de l’angle pouvait apporter une puissance accrue de 15 à 25 %.
Pour l’appliquer à nos Bullet, il faut une soupape d’admission plus grosse. Nous aurons aussi un passage des gaz plus grand et donc une vitesse d’admission moindre mais, l’un dans l’autre, nous y gagnerons. Nous devons être très attentifs à optimiser le conduit d’admission autour de la soupape afin d’éviter des turbulences nuisibles, sans pour autant ralentir la vitesse des gaz. Et, pour profiter à plein du retardement de la fermeture de la soupape d’admission, nous devons conserver une vitesse des gaz élevée.
Si nous avons tout bon, nous pouvons donc parvenir à 35 cv à la roue arrière.
Cet usinage est délicat car il n’y a ni beaucoup de place, ni beaucoup de matière, l’erreur est quasiment interdite. C’est réservé à un usineur expérimenté. Mais c’est un bon moyen de d’obtenir plus de puissance sur une Bullet sans dépenser des milles et des cents.
Toutefois, si tout n’est pas réalisé parfaitement, vous ne serez pas perdant et arriverez à tirer 30/32 cv de votre moteur.

Maintenant que nous nous sommes occupés d’une plus haute compression et d’une meilleure respiration, nous devons en venir au calage de l’allumage. La pleine avance doit être d’environ 30°, voire un peu moins. Un mauvais calage peut vous coûter un piston percé.

Honnêtement, on est à la limite de ce qu’un embiellage standard peut encaisser. Cette préparation peut endommager un embiellage imparfait, les roulements, voire la bielle. De même, l’embrayage peut ne pas le supporter.
Le mieux, si l’on peut, est l’embiellage usiné, la bielle acier, le maneton à rouleaux et l’embrayage spécial et cher.
Ainsi équipé, vous pouvez tirez à 6000 tr/mn sans risque, et vous ressentirez vraiment le « coup de pied au cul » sur votre Bullet.
Encore une fois, ceci n’est pas pour jeter à la poubelle une série de pièces et doit être fait avec autant de soins que si vous prépariez une machine de course.

Texte original et intégral (en anglais) :
http://www.enfieldmotorcycles.com/forum/index.php/topic,3242.0.html



Commentaires

Logo de Edgar
samedi 1er juin 2013 à 07h59 - par  Edgar

Bonjour,
Cet ensemble de manipulation est quand hyper délicat à faire.
Existe-t-il en France un (ou des) spécialiste (si possible du Bullet) capable de l’effectuer ?
Merci. Edgar

Logo de Daniel78
mercredi 6 avril 2011 à 22h37 - par  Daniel78

N’hésitez-pas a proposer vos précisions ou votre lecture de l’article original.
Cet espace est prévu pour cela.
Cordialement. Daniel

Logo de meccat
mercredi 6 avril 2011 à 10h59 - par  meccat

Très interressant, mais malheureusement quelques fautes ou imprécisions au niveau de la traduction, surtout dans le paragraphe cocernant le recalge de la came d’admission.

Cordialement
Andraes