L'Ultima, histoire de ressort de soupape

     Depuis le début des essai de mise au point de l'Ultima je suis déçu par la mauvaise qualité de son ralenti : il est difficile d'obtenir un ralenti stable à bas régime, le comportement est aléatoire, changer l'avance à l'allumage de 0 d° jusqu'à 40 d° ne fait souvent rien ....

     Par ailleurs j'ai toujours été étonné par la faiblesse du ressort de la soupape d'échappement à tel point que j'avais fait en son temps de savants calculs pour vérifier son aptitude à bien rappeler la soupape et j'avais noté un risque affolement de la soupape au dessus de 2950 t/mn et ce, en négligeant les frottements, la réalité étant certainement plus critique.

     Lors d'un essai, ayant eu l'impression que la distribution devenait bruyante, j'avais ajouté un deuxième ressort pour porter la force d'appui en position fermée à 6 Kg au lieu de 5 Kg.

     Craignant une perte de raideur du ressort à haute température, je l'ai disposé dans un four avec un poids de 5 kg et mesuré sa déflexion, j'ai monté ensuite la température (contrôlée avec un thermocouple) à 150 d° pendant 45 minutes et constaté que la déflexion n'avait pas évolué donc pas de crainte à avoir de ce côté-la.

     Je me prenais aussi la tête pour une autre question : pourquoi lors des tentatives de démarrage je note souvent une première combustion d'apparence puissante mais non suivie d'une deuxième, un peu comme si la distribution ne "suivait pas".

     Une illumination m'a réveillé en pleine nuit :

J'avais oublié de vérifier un point essentiel :

     La force du ressort est-elle suffisante pour maintenir la soupape fermée en phase d'admission ? Autrement dit, est-ce que cette soupape ne s'ouvre pas comme le faisaient les soupapes d'admission automatiques des ancêtres, uniquement sous l'effet de dépression de l'aspiration ? Il est évident que l'introduction, certainement aléatoire, de gaz d'échappement dans le mélange (EGR avant l'heure !) ne peut que dégrader la combustion.

    L'insomnie s'est prolongée par une tempête de neurones sous la couette.

         1 - Diamètre de la soupape : 36 mm = > section 10 cm2 =>

         2 - Dépression suffisante pour vaincre la force d'appui de 6 Kg : 600 mbar

         3 - Quelle dépression peut-on avoir en phase d'admission ? Le rapport volumétrique est égal à 3.9.   RFE et AOA sont égaux à zéro donc toute la course de piston est utilisée pour aspirer, le pouvoir d'aspiration à débit nul est donc égal à : 1000 / 3.9 = 250 mbar soit une dépression de 1000-250 = 750 mbar bien supérieure au 600 mbar d'ouverture de la soupape ..... Oupsss !

     Je n'ai pas pu mesurer la dépression à l'admission quand ce moteur tourne au ralenti  mais sur d'autres moteurs j'ai eu l'occasion de noter une valeur de l'ordre de 600 mbar, ma crainte est donc bien justifiée.

     Les calculs c'est bien mais rien ne vaut un bon essai.

     Vérification de la dépression qui provoque l'ouverture de la soupape.

    Plutôt que de créer une dépression en aspirant dans le cylindre il a été plus facile pour moi de souffler dans l'échappement, ce qui revient au même.

    Tout d'abord quelques copeaux pour réaliser des raccord et un manchon équipé d'un joint torique qui s'adapte dans la pipe d'échappement pour une lecture sur un manomètre.

     Le tout est connecté au moteur en phase d'admission, soupape ouverte pour éviter toute surpression interne, j'utilise une soufflette pour faire monter progressivement la pression dans la chapelle d'échappement et, un peu avant 600 mbar de surpression, la soupape se met à vibrer fortement sur son siège. (l'alimentation se fait par un tube de faible section, l'ouverture de la soupape dégage une grosse section qui fait chuter la pression => la soupape se referme => la pression remonte => la soupape s'ouvre etc ..... d'où la vibration très sonore) Le manomètre a un clapet anti-retour pour mémoriser le pic de pression atteint.

     L’expérimentation confirme le calcul (insomniaque) : la force de maintien de la soupape en position fermée est insuffisante.

     La force d'appui qui maintiendrait la soupape fermée sous 1000 mbar de dépression (autrement dit, le vide) est égale à : soit F(kg) = P(bar) x S(cm2) = 10 kg. (Le professeur Tournesol verrait bien un aimant sur lequel se plaquerait la coupelle de soupape en position fermée,  l'effort en position ouverte ne serait pas augmenté et la distribution serait épargnée 🤣)

     J'ai tenté de visualiser le phénomène en détaillant les diverses vidéos passées au ralenti, j'y ai vu des mouvements de soupape bizarres mais la fréquence des prises de vues est trop faible pour en tirer une conclusion fiable, Shannon et les repliements de spectre sont de trop lointains souvenirs. Je pense d'ailleurs qu'une levée parasite de peu de dixièmes de mm, donc à peine visible sur une vidéo, dégage une section aussi grande que celle du carburateur au ralenti  et suffit pour dégrader fortement le fonctionnement.

     Se contenter d'essayer un ressort plus fort ne me convient qu'à moitié, je  préfère augmenter la force de fermeture de la soupape pendant que le moteur tourne pour voir l'effet instantané sans que les conditions de fonctionnent aient changé.

Comment ?

    Je réalise un levier qui me permet de soulever la coupelle inférieure du ressort de plusieurs millimètres pendant que le moteur tourne. (A la louche, 1 mm de levée augmente l'effort d'environ 1 Kgf (10N) ).

Youpi ça marche ,

     Le seul fait de précontraindre le ressort provoque une évidente augmentation de la vitesse du moteur.

     Problème bien identifié égale problème à moitié résolu, je devrai revoir ma copie de ce côté-là bien convaincu que je vais enfin trouver un fonctionnement plus "normal" de ce moteur, tant en aptitude au démarrage qu'en robustesse du ralenti, je pense aussi qu'un ressort plus fort améliorera la marche normale puisque j'avais déjà évalué le risque d'affolement de la soupape.

     En attendant priorité au foie gras et au chocolat !

     A suivre ......

Comments

[jean-luc TEYTON]

c'est fou comme les pannes sont parfois résolues en position allongée et dans le noir !
One more successful mission dear Henry !

[faites-pour-rouler]

Par contre quand on a une panne en position allongé c'est moins drôle...

[Christian]

Une insomnie réparatrice qui vaporise du phosphore dans les cellules de cet amas gélatineux qui se balade entre nos deux oreilles. Voilà une bien belle mécanique dont l'Education Nationale pourrait tirer exemple au bénéfice des futurs adultes en devenir qui peuplent les bancs de son institution.

[faites-pour-rouler]

Je réalise que c'est assez souvent que des questions qui me turlupinaient ont trouvé leur solution en me réveillant pendant la nuit ... qui porte conseil .

[Gérard (Gégé)]

Bravo Henri, superbe réflexion et résolution d'un problème !

[Marc Thouret]

pour un néophyte comme moi, le résultat de tes cogitations nocturnes trouvent pleinement leurs explications dans la vidéo de démonstration.
ne fait pas trop bouillir ton cerveau quand même, ça risque de faire fondre les chocolats de Noël.

Mark

[peps]

Ca c'est de la vraie recherche en mécanique!