l'Ultima : Quelques cogitations sur le moteur

     Il est question ici d’analyse fonctionnelle de ce moteur et de son adaptation à la moto, il sera question de plage de régime de rotation, de diagramme de distribution, de rapport volumétrique, d’inertie, de lubrification et d’équilibrage.

     ADAPTATION MOTEUR / MOTO

    Caractéristiques importantes de cette moto : pas de boîte de vitesse et pas de pédales. Le système de lancement du moteur à la manivelle et le fameux "débrayage Ultima" pallient tant bien que mal cette simplification.

     Sur les publicités de l’époque (les réclames) on pouvait lire :   3 ¼ chevaux et vitesse de 6 km/h à 70 km/h. Il est clair que sur une machine sans boîte de vitesse, les t/mn du moteur sont proportionnels aux km/h, donc en faisant l’hypothèse de 3000 t/mn à 70 km/h, on n’a plus que 3000*6/70 = 257 t/mn à 6 km/h. Ce moteur doit donc avoir une très bonne aptitude au fonctionnement à très bas régime, sachant que le roulage à vitesse inférieure à 6 km/ se fait en faisant patiner l’embrayage.

     Je pense que c’est la raison du diagramme de distribution sans croisement et des volants moteur aussi lourds. Petite évaluation par le calcul d'après les dimensions des volants : l’énergie cinétique des volants de 7 Kg de la forme ½ J.w^2 représente 10% de l’énergie cinétique linéaire de la moto plus un conducteur de 70 Kg. Ce qui est coquet et permet de continuer à faire avancer la moto entre deux coups de piston même à très basse vitesse.

     La mesure du volume mort de la chambre de combustion (remplissage d’huile au PMH) donne 119 cc. Le rapport volumétrique est de (346+119)/119 = 3.9, cette valeur qui peut paraitre très faible à nos yeux n’a rien d’étonnant pour l’époque, elle est dictée par des impératifs thermiques (la bougie devra être très chaude) et par le faible indice d’octane des carburants de l’époque.

     LUBRIFICATION

     Une pompe à main intégrée au réservoir a une capacité de 25 cc, l’huile est envoyée dans la partie avant du carter, elle est projetée par les volants sur la bielle et le cylindre. Les pulsations de pression dans le bas moteur projettent une partie de cette huile sous forme de brouillard vers le carter de distribution par un orifice. Une communication entre le bas du carter de distribution et le carter moteur évite son remplissage excessif.

     L’ensemble du bas moteur est mis à l’air libre par un tube en cuivre dépourvu de clapet, le bas moteur n’est donc pas maintenu en dépression comme c'est parfois le cas pour éviter les fuites d'huile vers l'extérieur et parfois aussi pour favoriser l'arrivée d'huile depuis le réservoir. La communication se fait entre la mi-hauteur du carter de distribution et sous le moteur.

     La fréquence des coups de pompe doit compenser la perte d'huile par la mise à l'air libre et par la segmentation, c'est tout un art !

EQUILIBRAGE

     Le vilebrequin comporte une particularité : le contrepoids d’équilibrage est décalé angulairement par rapport à l'opposé du maneton (un observateur externe le voit passer en retard). L'équilibre en rotation est obtenu quand le maneton se trouve à 45 degrés. Est-ce pour compenser l’inclinaison du moteur de 45 degrés dans le cadre ? On peut voir sur le site http://ultimalyon.jpcor.fr/ le vilebrequin d’un moteur du même type destiné à une Ultima de 1914 où ce décalage n’apparait pas, je me suis permis de "voler" la photo en question et de la reproduire (à gauche sur la photo)

Voyons ça de plus près.

     Mesure des différentes masses en jeu, en translation, en rotation, position angulaire

     Résultats :

     Masses en translation, piston plus pied de bielle : 460 g

        Masse en rotation :

          - tête de bielle : 100 g

          - contrepoids mesuré sur la périphérie d'un volant et ramené au rayon du maneton égal :129 x 85 / 45 = 244 g , (le maneton est chargé par 100g qui silmulent la tête de bielle)

          - équilibre obtenu avec un maneton à 45 d°

     Entraxe de la bielle : 165 mm

     Remarque : 

          - si le décalage angulaire était nul, le facteur d’équilibrage serait de 244/ 460 = 53%, soit une valeur tout à fait standard.

     A l’occasion du remplacement du piston de ma FN j'avais réalisé un modèle de calcul d’équilibrage pour mettre en évidence l’effet du facteur d’équilibrage d’un mono cylindre, je n’ai eu qu’à l’adapter en paramétrant un décalage angulaire du contrepoids et l'inclinaison du moteur dans le cadre.

     Pour rappel ; le programme détaille degré par degré la rotation du vilebrequin et calcule les positions, vitesses, accélérations, et forces engendrées par les différentes masses et en fait une représentation graphique.

    Pour se rafraîchir la mémoire, voici le cas d'un moteur vertical avec son balourd opposé au maneton avec les facteurs d'équilibrage de 0%, 53% et 100%. Plus le facteur d'équilibrage augmente et plus la composante verticale diminue au dépend de la composante horizontale, (si la bielle avait une longueur infinie le mouvement du piston serait sinusoïdal et la courbe de droite serait plate).

    Voici avec le facteur d'équilibrage de 53% l'influence du retard angulaire du balourd seul et son association à un cylindre inclinée.

     Conclusions :

    Le retard angulaire du balourd réduit la transmission de forces verticales au cadre mais augmente fortement les forces dans l'axe du cylindre, ce qui me semble préjudiciable. (le diagramme s'approche d'une ellipse).

          Et si l'approche vous semble trop théorique restons terre à terre avec deux exemples :

     - 1 Prenons le cas des PMH et PMB en faisant le raisonnement suivant :

          - décaler de 45 degrés un balourd de 244 grammes revient au même que disposer un premier balourd de 245 x Cos (45) soit 172 g exactement opposé au maneton (soit un facteur d’équilibrage faible de 172/ 460 = 37%), plus un deuxième balourd de 245* Sin (45) = 172 g disposée perpendiculairement à l’axe PMH/PMB

.          - quand le piston se trouve à un  PMH ou PMB, le faible facteur d'équilibrage de 37% ne compense que très peu la décélération et l'accélération du piston alors que le balourd qui se trouve perpendiculaire à l'axe du cylindre n'a aucun effet.... pas vraiment génial !

     - 2 Faisons une approche graphique sur 4 angles d'un monocylindre vertical : PMH, mi-course descendante, PMB et mi-course montante. avec la force centrifuge du balourd égale à la moitié de la force d'inertie du piston, soit un facteur d'équilibrage de 50% et une bielle de longueur infinie. On retrouve les quatre points répartis sur une ellipse allongé à 45 d° comme l'indique le modèle

     Je n’ai expertisé qu’un très petit nombre de moteurs de moto, c’est le premier moteur à cylindre incliné que j’ai dans les mains et j’ai peut-être « raté une bobine » quand j'étais sur les bancs de l'école. Je serais curieux de voir les entrailles d’un moteur d’Ultima postérieur de type A ou B pour voir si cette configuration a été maintenue. Si un lecteur a connaissance d’un moteur présentant ce décalage, je lui serai reconnaissant de m’en faire part.

     Il faut vraiment être un peu fada pour torturer ce qu'il reste de mes neurones alors que le seul but de l'opération c'est de ressusciter cette moto et de rouler, mais que voulez-vous, en ce moment il fait froid dans le garage et chaud dans le bureau .....

Comments

[Christian]

Pas encore eu l'honneur de vous rencontrer. Et jusqu'à ce que le hasard nous en offre l'opportunité, je vous souhaite une bonne continuation dans votre capacité à faire parler les clés de 12 en nous enseignant les arcanes de ce qui nous emmène parfois en balade.

[Marc Thouret]

là ça dépasse largement mes compétences,mais pour qui sait comprendre les théories des pièces de mécaniques en mouvement avec toutes les forces,et les contraintes qui vont avec,ça doit être super cool!

Mark

[faites-pour-rouler]

Mais ça c'est parce qu'il fait froid dans le garage, j'espère bien oublier tout ça quand j'aurai le cul sur la selle et les mains sur le guidon :)

[Christian]

Bonjour,
A vous lire dans tous ces détails, je me demande bien quelle formation vous avez suivie ?

[faites-pour-rouler]

Oh ..... la formation ça reste vite un vieux souvenir, dans mon cas c'était mécanique suivi d'une spécialisation de motoriste, et une vie professionnelle dans la carburation et le contrôle moteur. Mon cas particulier c'est que je ne sais pas prendre une clé de 12 sans en faire un article parce que j'aime bien expliquer quitte à dire des erreurs. Nombreux sont ceux qui en savent autant que moi sinon plus, ils ne qui ne racontent pas, c'est la seule différence.
PS: peut-être qu'on s'est déjà rencontré dans une sortie ?

[Peps]

Bon, ben yaka le redresser ce moteur!