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esimon

Projet 1776cc Part.5 - Les poumons: Les Cylindres et Pistons

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Le choix de la cylindrée de notre projet 1776cc ne pose pas de problème majeur. Ce n'est pas une raison pour occulter l'importance de certains paramêtres, qui vous seront utiles si vous extrapolez une autre configuration à partir de celle que nous vous proposons [...]

Pour arriver à une cylindrée 1776cc, avec un vilebrequin conservant la course d'origine, à savoir 69 mm, il faut 4 pistons de 90.5mm de diamètre, selon les règles mathématiques de base...

Pourquoi avoir choisi une telle cylindrée ? Tout simplement pour trouver le meilleur compromis puissance/fiabilité/budget. Comme déjà exposé dans la Part I de ce dossier, lorsqu'on choisit de faire dans la longévité, tout en ayant un certain niveau de performances, on ne peut pas trop faire n'importe quoi. Il est nécessaire d'avoir une bonne épaisseur de cylindre, garantissant une bonne résistance à la distorsion et à l'ovalisation . Ce à quoi le kit cylindrée 1776cc répond parfaitement...

La grande famille des pistons et cylindres pour VW

Ici la gamme va d'un petit 77mm de pied moulé à un gros 96mm, en passant par un 90.5mm et un 94mm

D'origine, sur un 1600cc, l'épaisseur de la paroi est de :
(93.8 mm (dia. ext.) - 85.5 (dia. alésage) ) / 2 = 4.15 mm

Vous pouvez noter aussi que les utilisateurs de kit 88 mm (1670cc) sans usinage ont comme épaisseur de chemise :
(93.8 mm (dia. ext.) - 88 (dia. alésage) ) / 2 = 2.90 mm
C'est vraiment trop limite. Evidemment, ca tourne, mais pour combien de temps ?

Dans notre configuration, nous avons :
(97.0 mm (dia. ext.) - 90.5 (dia. alésage) ) / 2 = 3.25 mm
C'est déjà nettement mieux .

On mesure l'épaisseur de la chemise au pied à coulisse

Le kit 92mm, faisant le célèbre 1835cc, possède le même diamètre extérieur, pour un piston de 92mm, donc on retombe à des chemises à nouveau très (trop) fines ( 2.5 mm) .
Vraiment, au niveau du choix de la cylindrée, l'autre alternative aurait été un 1915cc, avec des pistons de 94mm, et une épaisseur de chemise de 3.55 mm, mais en ce cas, l'utilisation des culasses stock est impossible si on veut obtenir un résultat à la hauteur des espérances. Et donc on passe nettement au dessus du budget que nous nous sommes fixés au début. Il n'y a malheureusement pas de secrets...

Un piston de pied moulé 1200cc dans un cylindre de 1776cc

On voit ici qu'entre un petit 1200cc et un 1776cc, on ne joue plus dans la même catégorie !

De même, il faut aussi avoir en tête que plus le diamètre de l'alésage sera important, plus il y aura de surface à absorber la chaleur de la combustion, et bien évidemment un peu moins de surface d'ailettes. Il y aura aussi plus de frottements, qui généreront à leur tour de la chaleur et quelques pertes. Ce sont des détails, et ils n'ont pas grande importance si la longévité n'est pas le maître mot, mais dès lors qu'on veut faire pour longtemps, autant mettre tous les éléments dans la balance .

Evidemment, tout n'est pas dans la chemise, le piston a aussi son rôle, et quel rôle, puisque c'est lui qui se fait le plus maltraiter dans votre moteur (avec les soupapes) .

Pour résister, il faut qu'il soit solide, très solide. Il faut aussi qu'il soit léger, afin de ne pas générer trop de contrainte aux coussinets, bielles et paliers. Sur nos moteurs stock, les pistons sont coulés. Ils ont aussi des inserts métalliques afin de les renforcer et de contrôler un peu mieux leur dilatation. En fait, ils ne sont pas très chers, mais ... ils ne sont pas très bons, et mieux vaut ne pas leur demander beaucoup plus que ce pourquoi ils ont été conçu: une utilisation modérée, guère décoiffante.

Pour notre projet, pas de problème, puisqu'il n'existe pas à ma connaissance des pistons coulés :
Ils sont tous forgés, et sont de plus de bonne qualité. Nous avons un peu de chance sur ce coup-là, car il n'existe qu'un seul fabriquant : Cima/Mahle. Tantôt Cima, tantôt Mahle, tantôt les 2 attachés, suivant où est acheté le kit cylindres/pistons. Le seul truc qui peut faire la différence, est de prendre un kit " Blue printed ", repère garantissant que l'ensemble des composants du kit est à la tolérance 0, tant en mesure tridimensionnelle qu'au poids des pistons .

Cette précision à l'achat vous évitera la corvée du pesage et de l'équilibrage des pistons . D'autant que chez beaucoup de fournisseurs, il n'y a pas de supplément de prix. Ceci dit, ça n'exclut en aucun cas le contrôle ... A faire correctement les choses, autant le faire jusqu'au bout .

Petit comparatif de poids de pistons .
Voici un petit tableau vous indiquant le poids de chaque piston, selon les modèles. Il faut donc multiplier par 4 pour avoir la variation sur un set complet. Vu les variations de vitesse d'un piston (qui est à l'arrêt à chaque " Point Mort Bas " et " Point Mort Haut "), le poids (je devrais dire " la masse ") du piston est primordial pour la vélocité du moteur. Sur ce tableau, les diamètres suivis d'un B sont ceux prévus pour les courses longues (vilebrequin dont la course est sup. ou égale à 78mm)

Pistons Cylindrée totale Fabrication Masse
85.5mm 1585cc coulé 400 gr
87mm 1641cc coulé 430 gr
90.5mm 1776cc forgé 380 gr
90.5B suivant course forgé 320 gr
92mm 1835cc forgé 395 gr
92B suivant course forgé 340 gr
94mm 1915cc forgé 440 gr
94B suivant course forgé 390 gr

Oui, aussi étonnant que cela puisse paraître, un énorme piston de 94mm peut être plus léger que le piston de votre 1600cc ! ! !
En ce qui nous concerne, le "nôtre" n'est pas trop mal placé non plus. Nous pourrions même avoir le plus léger de la gamme, le 90.5B, car s'il est prévu pour les courses longues (la hauteur du piston est diminuée et l'axe décalé), il est possible de l'adapter pour une course de 69mm. Ce n'est donc pas celui- là qui a été retenu, car financièrement, il oblige à 4 usinages supplémentaires, quelques mesures, et aussi, il coûte un peu plus cher .

A droite les clips standards, à gauche les clips Berg

Au niveau des axes de pistons, ceux-ci sont retenus par un clips de section ronde. Quand ils sont bien montés, ils ne posent pas de problème, et je n'en ai personnellement jamais vu sortir de leur logement. Par contre, dès lors que l'effort exercé sur les bielles devient important, l'angle bielle/axe de piston n'est pas exactement de 90°, dû à la flexion de cette bielle, et l'axe est poussé contre de clips. Pour çà, il faut être en pleine charge et/ou être dans les tours. Conséquence, la surface d'appui étant très petite, à cause de cette section ronde, il va se créer un bourrelet, qui sera ensuite gênant pour extraire l'axe, et hormis le fait que çà peut faire sortir celui-ci de son logement. Pour éviter çà, j'utilise des clips Berg, de vrais circlips qui eux ont une surface d'appui sur l'ensemble de la gorge, évitant du même coup matage et risque d'éjection .

A droite, on voit le problème posé par les clips de section ronde

L'autre alternative est l'utilisation de boutons Téflon, à mettre en bout d'axe de piston. Ce n'est pas une solution que j'aime, le bouton venant en friction contre la paroi du cylindre, et l'axe étant moins bien calé. Pourtant, beaucoup l'utilisent .

Enfin , dernier chapitre, la segmentation .
Je ne ferai pas l'apologie de tous les segments " exotiques " qu'il est possible de trouver sur le marché. Beaucoup présentent pourtant des qualités intéressantes et supérieures à la monte d'origine Cima Mahle. Il y a bien sûr les célèbres Total Seal, mais aussi les Dike rings, et autres Child & Albert (la liste n'est pas exhaustive), mais pour tout vous dire, et au regard du prix demandé pour ces segments, je préfère invertir un peu plus dans une bonne paire de culasses, plutôt que dépenser environ 1000ff dans ces segments. Quand vous serez en bout de développement de votre moteur, et que vous ne saurez plus quoi faire de plus, il sera alors assez temps de penser à ceux-ci.

Voici terminé le tour d'horizon concernant les cylindres et pistons de notre futur moteur !

La prochaine partie sera une GROSSE partie, puisqu'on y parlera culasses. Je serais frais et dispo pour vous en causer, après un break de 3 semaines de repos.
Alors si vous êtes comme moi, je vous souhaite de bonnes vacances, pas trop studieuses. ..

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