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Le calage de la distribution

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Le calage de la distribution

Message par marcelo92 le Lun 11 Aoû - 10:57

Texte et photos par  Tricati motos-anglaises.com  12/2013



Calage de la distribution




1/ Préambule

2/ Différentes façons de caler les arbres à cames 

3/ Méthode

4/ Détermination du point mort haut

5/ Calage des arbres à cames

6/ Précautions et mieux comprendre l'intérêt du calage et de ses modifications



1/ Préambule



Nous allons aborder le calage des arbres à cames des moteurs de nos anglaises chéries, en prenant comme exemple un moteur Triumph qui possède 2 AC, donc le plus difficile à "caler".
Pour les moteurs qui n'ont qu'un AC la tâche sera plus facile, il suffira de se reporter au principe de calage de l'AC d'admission du moteur Triumph en faisant attention au sens de rotation de l'AC qui peut-être inverse de celui du vilebrequin. (Norton, etc...)
Les méthodes décrites sont pour des moteurs culbutés avec tiges et poussoirs !


Mais pourquoi Triumph s'est compliqué la vie en mettant 2 AC dans ses moteurs ?

Ceci permet de faire varier, sans changer d'arbre à came, le "croisement" (overlap pour les anglophones) admission / échappement, donc de modifier le caractère d'un moteur simplement en changeant le calage d'un (ou des deux) arbre à cames.
Sur les moteurs qui comportent un seul AC il est nécessaire de fabriquer un nouvel arbre à cames où la position relative des cames admission et échappement sera différente, en ne modifiant que le calage de l'AC on obtient certes un caractère différent mais au détriment du rendement du moteur étant donné que le croisement reste identique.




POURQUOI VERIFIER LE CALAGE DE LA DISTRIBUTION ?


D'origine il existe divers repères sur les pignons pour faciliter le calage, mais souvent sur ces pièces produites en grande série la précision n'est pas  excellente, (usinage de la position du clavetage sur l'AAC et le pignon entre autres !) et on peut se trouver en présence d'un moteur monté durant sa vie avec des pièces non d'origine ou par un individu peu soucieux de la précision des réglages d'AAC.
Ceci influence fortement sur les performances du moteur et son agrément d'utilisation, et peut même en cas de calage approximatif mener à sa casse !
D'autre part lorsque l'on monte de nouveaux AC ceux-ci sont fournis avec des données de calage qu'il faut respecter. ( en général !)


RAPPEL DU CYCLE MOTEUR 4 TEMPS




 

2/ Différentes façons de caler les arbres à cames :


A/ Par la méthode traditionnelle des valeurs d'angles :

Avance Ouverture Admission (x° AOA) (in english : x°btdc) : début d'ouverture de la soupape d'admission  exprimée en degré d'angle au vilebrequin avant le PMH
Retard Fermeture Admission (x° RFA) (in english : x°abdc) : fermeture de la soupape d'admission après le PMB
Avance Ouverture Echappement (x°AOE) (in english : x°btdc) : ouverture de la soupape d'échappement avant le PMB
Retard Fermeture Echappement (x°RFE) (in english : x°atdc): fermeture de la soupape d'échappement après le PMH


      


B/ Par la méthode de la valeur de la levée des soupapes admission et échappement au PMH en phase admission :

Le moment où on a le "croisement" des soupapes, c'est la méthode la plus précise.


         

 C/ Par la méthode du "Lobe Center"  

Calage des AC au sommet de la came, simple à mettre en œuvre et précise si on respecte la procédure.


3/ Méthode




 La première chose à avoir c'est les bons outils ! Il faut disposer :

1/ d'un disque de calage précis, plus le diamètre est grand, meilleure est la précision. Des moyens de le fixer de façon sûre en bout de vilebrequin, soit du côté distribution soit du côté transmission primaire,on peut se fabriquer une entretoise et utiliser les écrous d'origine du vilebrequin.




2/ de un ou deux comparateurs, et des moyens de les fixer de façon rigide sur le moteur pour permettre une mesure sûre des valeurs de levée soit de la soupape, soit du poussoir si la culasse ou les boitiers de culbuteurs ont été démontés. (c'est l'idéal !)
Une fois les instruments de mesure bien fixés on peut commencer le boulot !
Nous allons voir comment déterminer le Point Mort Haut, j'utiliserai PMH comme abréviation, et le point mort bas (PMB), les anglais utilisent TDC ( Top Dead Center)  et BDC (Bottom Dead Center).



 

4/ Détermination du point mort haut


C'est la première étape et c'est ce qui va déterminer toute la précision du boulot !!!
Donc à fignoler et à contrôler plutôt trois fois qu'une !

Premièrement on fixe le disque de calage en bout de vilebrequin et un repère fixe sur le carter :

On repère à peu près le PMH sur un cylindre et on aligne le 0° du disque avec le repère fixé sur le moteur.
On verrouille le disque en le serrant sur le vilebrequin.

Pour les trois cylindres Triumph T150, T160, et BSA Rocket 3 on le fait sur le cylindre de gauche, c'est celui qui correspond au calage avec les repères.

Deux cas de figures : culasse montée ou non.

Si la culasse est montée

le seul moyen de déterminer le PMH avec précision est de mettre une jauge par un trou de bougie
pour celà, soit on utilise un guide acheté dans le commerce, soit on s'en confectionne un avec une vieille bougie dont on retire la porcelaine et on fait passer le palpeur du comparateur jusqu'à toucher le piston et là GAFFE, vu l'angle que fait l'orifice de la bougie avec la verticale et la calotte du piston on a intérêt à y aller doucement quand on fait tourner le moulin pour pas casser le palpeur !
L'idéal étant de trouver à peu près le PMH avec une pige et d'ensuite mettre le comparateur pour déterminer au DEGRE près le PMH, pour éviter les déboires on peut mettre comme palpeur un bout de tube plastique comme rallonge sur le comparateur,suffisamment rigide mais qui plie et ne rompt pas !
Pour trouver le PMH avec précision on va mettre le comparateur à zéro au PMH évalué, on tourne ensuite dans le sens de fonctionnement moteur le vilebrequin jusqu'à une valeur de 3 mm de déplacement du piston lue au comparateur, 3 tours d'aiguille, pour un comparateur classique au 1/100ème,  ceci pour éviter les erreurs de lecture.
On note alors les degrés lus sur le disque de calage, ex : 20° avant le PMH estimé précédemment, on tourne ensuite le vilebrequin dans l'autre sens jusqu'à la même valeur de 3 mm, on lit les degrés sur le disque, ex : 18° après le PMH estimé, le vrai PMH se trouve donc entre les 2 soit à 1° après le PMH estimé,
on décale donc le disque de 1° pour que le ZERO soit aligné avec le repère fixe. On répète la manoeuvre pour s'assurer que le ZERO du disque correspond bien au PMH REEL !
Exemple de montage :



Une autre technique consiste à mettre un boulon à la place de la bougie, suffisamment long pour qu'il touche la calotte du piston au voisinage du PMH.
On fait tourner le vilebrequin doucement dans le sens de rotation normal, lorsque le piston bute sur le boulon on lit la valeur sur le disque gradué, exemple 40° avant PMH théorique, ensuite on tourne le vilebrequin en sens inverse jusqu'à ce qu'il touche à nouveau le boulon, on lit alors la valeur exemple 50° après PMH théorique, le PMH REEL doit donc se trouver à 5° après le PMH estimé !

Si la culasse est démontée

c'est plus facile de mettre le comparateur vertical et en appui sur la calotte du piston, et on procède de la même façon que précédemment pour trouver le PMH


5/ Calage des arbres à cames
A/ Méthode valeurs des angles
Les constructeurs donnent souvent le calage en valeur d'angle du vilebrequin par rapport au PMH et au PMB pour le moment d'ouverture et de fermeture des soupapes.

Exemple pour une Triumph T120 :


ouverture admission 34° avant PMH, fermeture admission 55° après PMB, ouverture échappement 55° avant PMB, fermeture échappement 34° après PMH, et ceci en mettant 0,5 mm de jeu aux culbuteurs lorsque l'on contrôle le diagramme. ATTENTION cette valeur de jeu est essentielle lorsque l'on fait les mesures, on met ce jeu afin d'avoir plus de précision sur la lecture de la valeur de la levée de la soupape, en effet avec du jeu la came arrive en contact avec le poussoir à un moment ou son profil devient plus "pentu" donc on voit mieux le mouvement au niveau de la soupape, il y a moins d'approximation pour connaître
l'instant où elle commence à s'ouvrir.

Pour contrôler la distribution avec cette méthode si moteur assemblé :

 (c'est pas le plus simple étant donné qu'il faut "lutter" contre les ressorts de soupapes et que la place pour mettre un comparateur sur une coupelle de ressort de soupape est restreinte !)

1/mettre un comparateur sur la coupelle d'un ressort de soupape d'admission : exemple de montage fait par E.T.
 

2/ monter le disque de calage en bout de vilebrequin côté transmission primaire ou distribution

3/ déterminer avec précision le PMH

4/ mettre 0,5 mm de jeu aux culbuteurs

5/
mettre le piston au PMH du cylindre en phase d'admission : début d'ouverture de la soupape d'admission, fin de fermeture de la soupape d'échappement

6/
faire tourner le vilebrequin en sens inverse de son sens de rotation normal jusqu'à fermeture de la soupape (apparition du jeu au culbuteur)

7/tourner lentement le vilebrequin dans son sens de rotation normal jusqu'à ce que le comparateur bouge de 1 à 2/100èmes = début d'ouverture de la soupape, relever la valeur de l'angle sur le disque, normalement 34° avant le PMH ! Vérifier plusieurs fois en faisant des "aller retour" avec le vilebrequin.
Si la valeur est complètement en dehors des tolérances (+/- 2°) Il faut recaler l'arbre à came.
Pour ceci mettre le vilebrequin à 34° avant le PMH, le bloquer dans cette position. Faire des repères provisoires au feutre (par exemple) sur les dents en regard des quatre pignons précaution utile au cas où vous vous "égareriez".
Démonter le pignon de l'AAC d'admission, repérer sur quelle position de clavetage il était, faites tourner l'AAC jusqu'au début d'ouverture de la soupape, remonter le pignon de l'AAC en choisissant le clavetage pour que ses dents correspondent à celle du pignon intermédiaire, revérifier le calage, recommencer si nécessaire ! Puis mettre le vilebrequin en position PMH et faire les repères sur les pignons.

                                         



Pour l'AAC d'échappement procéder de la même façon en se plaçant en début d'ouverture de la soupape d'échappement, soit 55° avant PMB en ayant fait un tour complet de vilebrequin après la phase d'admission.( 125° après PMH phase moteur, pour ceux qui suivent !)

Evidemment pour un moteur à un seul arbre à came on se contente de vérifier le diagramme, si les valeurs sont complètement en dehors on essayes de recaler via la valeur de l'AOA, et on recontrôle toutes les valeurs, si de nouveau il n'y a pas cohérence c'est qu'il y a probablement de l'usure excessive (cames, poussoirs, ou du jeu quelque part : axes de culbuteurs, etc....)

Pour contrôler la distribution avec cette méthode si culasse démontée :


Beaucoup plus facile que précédemment puisque les AAC sont libres !

Exemples de montage des comparateurs :

un comparateur pour déterminer le PMH, et un comparateur sur le poussoir.



Comme précédemment on va contrôler qu'à 34° avant le PMH on est en début d'ouverture de la soupape d'admission, mais comme on l'a noté, les valeurs de calage sont données pour un jeu aux culbuteurs de 0,5 mm, donc on va vérifier que lorsque le poussoir est levé de 0,5mm le vilebrequin est bien à 34° avant le PMH !
On considère comme négligeable le fait qu'en réalité à la soupape la levée est multipliée d'un facteur de 1,11 (sur les Triumph) par le levier de culbuteur, ce qui correspond à 55/1000 èmes de mm, on n'aura pas de toute façon cette précision à cause du jeu entre pignons !
Procéder de la même façon pour l'AAC d'échappement, début d'ouverture 55° après PMB = 0,5mm de levée au poussoir.

Si l'on veut aussi contrôler les angles de fermeture, après descente complète du poussoir, en tournant le vilebrequin en sens normal, il faut mesurer les angles en tournant à l'envers le vilebrequin pour remonter les poussoirs de 0,5 mm !


B/ par la méthode de la valeur de la levée des soupapes admission et échappement au PMH en phase admission :


Je déconseille cette méthode aux néophytes sur un moteur monté car il n'est pas facile d'être précis du fait de la résistance des ressorts de soupapes !
Elle est par contre très facile lorsque les poussoirs sont libres des tiges de culbuteurs !

C'est la méthode la plus facile sur les Triumph car elle correspond aux repères sur les pignons de distribution !




On voit qu'au PMH en phase admission d'un cylindre, le repère du pignon de vilebrequin vers le haut, la came d'admission est en phase d'ouverture, la came d'échappement est en phase de fermeture, c'est la phase de "croisement" des soupapes.
Attention ces repères ne sont alignés que tous les 94 tours du fait du nombre de dents des pignons d'AAC, du pignon intermédiaire et du pignon de vilebrequin, ceci pour limiter l'usure des pignons : les mêmes dents ne sont en regard les unes des autres que tous les 94 tours.
La valeur de levée à la soupape ou au poussoir au PMH phase admission est souvent donnée dans des documents de fabricants d'AAC racing, ou par des préparateurs de l'époque.
Sur les Triumph, si l'on a la valeur au poussoir il suffit de multiplier par 1,11 cette valeur pour avoir la levée à la soupape,
ou diviser par 1,11 si on a la valeur de levée de la soupape pour connaitre la valeur au poussoir !

ATTENTION : les valeurs de levée sont données pour un profil d'AAC donné et son appairement à un type de poussoir donné car suivant le radius de celui-ci, 3/4", 1" 1/8, ou 3" on n'aura pas la même valeur de levée pour un calage angulaire identique !!! Généralement ces données de levée sont pour un jeu aux culbuteurs réglé à zéro.

Méthode :



1/ Montage des comparateurs similaire à la méthode précédente de calage angulaire.

2/On met un piston au PMH,  celui pour lequel le repère sur le pignon de vilebrequin est en haut (bien sûr on aura fait la procédure pour déterminer exactement le PMH !)

3/ On enlève le pignon intermédiaire.

4/ On fait tourner l'AAC d'admission en sens horaire à partir de la position du poussoir au plus bas pour avoir la levée désirée au poussoir exemple : 3,43 mm, on le bloque.

5/ On essaye de remettre le pignon intermédiaire en alignant son repère avec celui du pignon de vilebrequin, si on peut l'engager aussi sur le pignon de l'AAC, sans modifier la position de l'AAC c'est bien !
Si les dents ne correspondent pas il va falloir jouer sur le clavetage du pignon de l'AAC en démontant celui-ci pour obtenir le calage le plus voisin possible des 3,43 mm de levée au PMH !
Chaque position de clavetage sur le pignon correspond à un décalage du pignon sur l'AAC d'une demi dent, bien regarder sur quel clavetage était le pignon pour déterminer sur quelle autre position il faut le mettre pour ne pas avoir à démonter trente six fois le pignon !

6/ Une fois la position du pignon de l'AAC d'admission réalisée on refait le repère pour le pignon intermédiaire si nécessaire !!



7/ On retire à nouveau le pignon intermédiaire et on place le comparateur sur le poussoir de l'AAC d'échappement.

8/ On tourne l'AAC d'échappement en sens horaire jusqu'à son point le plus bas.

9/On tourne l'AAC d'échappement en sens anti horaire jusqu'à lire la valeur de levée désirée exemple : 3,43 mm.

10/ on essaye de remettre le pignon intermédiaire en faisant correspondre les repères du pignon de vilebrequin et du pignon de l'AAC d'admission, si ça ne rentre pas sur le pignon de l'AAC d'échappement, il va falloir jouer sur la position du clavetage du pignon de l'AAC d'échappement !

11/ On refait des repères si nécessaire ! On vérifie les valeurs plutôt trois fois qu'une !

 C/ par la méthode du "Lobe Center"  

facile dans le cas d'un moteur sans sa culasse !




Le "lobe center" est la position où la soupape est à son ouverture maximum, le calage au lobe center est intéressant car on fait dans ce cas abstraction du type de poussoir, c'est une méthode de calage très précise si bien réalisée et surtout qui permet de faire des calages "maison" lorsque l'on fait de la mise au point et de la préparation de moteurs.
Avec les données de calage constructeur on peut déterminer le lobe center dans le cas où les cames sont symétriques par la formule suivante :
pour l'admission : (AOA° + RFA° + 180° ) /2 - AOA° = lobe center ° après PMH en phase admission
exemple pour la Bonnie : 34 + 55 + 180 = 269 /2 = 134,5 - 34 = 100,5°

Pour l'échappement : (AOE° + RFE° + 180°) /2 - RFE° = lobe center ° avant PMH en phase échappement
55 + 34 + 180 = 269 / 2 = 134,5 - 34 = 100,5°

Méthode :
bien sûr détermination du PMH avant toute chose !! et montage d'un comparateur sur un poussoir !




1/ On tourne le vilebrequin à la valeur angulaire après PMH que l'on désire pour le lobe center admission exemple : 98° après PMH, on le bloque dans cette position.

2/ On enlève le pignon intermédiaire en ayant pris soin de faire des repères provisoires : sur celui-ci et en regard d'un repère sur le pignon de vilebrequin.

3/ On détermine le lobe center sur l'AAC d'admission de la façon suivante :
En faisant tourner l'AAC on cherche approximativement le sommet de la came, la plus grande levée au poussoir, on repère au comparateur, puis en tournant l'AAC d'une valeur égale de part et d'autre de ce point repéré au feutre sur le carter et le pignon, c'est le plus pratique :



On fait comme pour la méthode de détermination du PMH pour déterminer le "vrai" lobe center
(ceux qui ont suivi jusqu'ici auront compris !)




4/ on remet en place le pignon intermédiaire, si on ne tombe pas en face des dents du pignon de l'AAC, sans tourner ni le vilebrequin ni l'AAC, il faudra comme dans les méthodes précédentes démonter le pignon de l'AAC et jouer sur la position du clavetage, on peut admettre un calage au lobe center à +/- 2° près sans que ça joue trop sur le caractère du moteur.
On fait des repères de position sur pignon AAC admission, pignon intermédiaire et pignon de vilebrequin par sécurité !!

5/ On fait tourner le vilebrequin d'un tour pour arriver en phase échappement, on le place à la valeur désirée pour le calage du lobe center échappement, exemple : 102° avant PMH dans la phase échappement.
On bloque le vilebrequin. On refait des repères sur le pignon de l'AAC d'admission, l'intermédiaire et celui du vilebrequin,
car on va enlever le pignon intermédiaire !


6/ On enlève le pignon intermédiaire, on cherche le lobe center sur la came échappement, même méthode que pour l'admission.

7/ on remet le pignon intermédiaire avec les repères précédents en regard, si on arrive pas à l'engager sur le pignon de l'AAC d'échappement là c'est pas trop grave, on n'est pas à une demie dent près pour le calage de l'échappement, il vaut mieux le décaler en le tournant dans le sens horaire pour que le pignon intermédiaire rentre !

8/ Contrôle du calage au lobe center, exemple pour l'admission: Placer un comparateur sur le poussoir d'admission, en faisant tourner le vilebrequin déterminer le point de levée maximum au poussoir. Noter la valeur de l'angle du vilebrequin par rapport au PMH, exemple 102° après PMH.
Puis à partir de cette position faire tourner le vilebrequin en sens inverse de rotation, pour faire baisser le poussoir d'une valeur de 0,50 mm lue sur le comparateur, noter la valeur de l'angle lue sur le disque de calage par rapport au PMH, exemple 107°. Puis tourner le vilebrequin dans le sens de rotation normal pour remettre le comparateur à zéro. Faire tourner le vilebrequin en sens normal pour à nouveau faire baisser le poussoir de 0,5 mm, noter la valeur de l'angle lue sur le disque, exemple : 95° après PMH, le lobe center (sommet de came) se trouve donc réellement à : (107°+95°)/2 = 101° après PMH, soit à 1° de moins que la valeur précédemment mesurée. On détermine ainsi, en faisant la moyenne des angles de la position du vilebrequin pour une variation de levée identique de part et d'autre du sommet estimé de la came, la position réelle du maximum de levée. Le calage réel au lobe center de l'AAC d'admission est donc de 101° après PMH.


9/ Ensuite, pour ma part, je remet le vilebrequin au PMH en phase d'admission et je fais les repères de calage définitifs tout en effaçant bien sûr les repères provisoires !

6/ Précautions et mieux comprendre l'intérêt du calage et de ses modifications
Le calage des arbres à cames et le profil de leurs cames va déterminer les performances et le caractère du moteur. On constate que plus les valeurs AOA et de RFE sont élevées, plus le moteur sera "pointu", en effet plus on augmente la valeur du "croisement" des soupapes plus on avantage le rendement à haut régime au détriment du fonctionnement à bas régime. Plus la durée d'ouverture de la soupape est grande plus le moteur aura de la puissance à haut régime, les cames des AAC full race ont un sommet quasi plat !
Lorsque l'on monte des AAC autres que ceux d'origine, notamment des racing qui donnent une augmentation de la levée de la soupape, il est nécessaire de faire une métrologie pour être sûr de ne pas faire de bétises :

1/ position de la soupape par rapport au piston au PMH en phase admission , on ne peut pas faire n'importe quoi, la règle est qu'il faut 1,5 mm de jeu entre le piston et la soupape au PMH, il peut-être nécessaire de retailler les pistons pour avoir le jeu nécessaire.

2/ lorsque l'on monte des AAC racing, attention aussi aux poussoirs et leurs guides, avec des AAC de grande levée il est possible que les poussoirs montent trop haut dans le guide, fait pour l'origine, et touchent, il faut respecter un jeu de 2 mm entre le poussoir et le haut du guide lorsque la came est au plus haut, il est parfois nécessaire de retoucher le guide.

3/ Attention à la compatibilité entre type de poussoirs et profils des cames, les poussoirs à fort rayon de courbure (radius) ne font pas bon ménage avec des cames au profil à forte pente, usure rapide, voir destruction des cames et poussoirs !

4/ Attention avec certains AAC, la came peut toucher la masse du vilebrequin, il faut au minimum 2 mm de jeu, le vilebrequin pouvant subir des flexions importantes !!!

5/ Attention aux ressorts de soupapes avec des cames donnant des levées plus importantes les spires peuvent devenir jointives à pleine ouverture, il faudra monter des ressorts adaptés !!

6/ Lors du montage des AAC, des poussoirs, bien lubrifier avec de préférence un lubrifiant spécial AAC, ou avec de l'huile additivée d'un produit type Bardahl, Wynns, extrême pression ou autre !

7/ Lors du premier démarrage ne pas faire tourner le moteur au ralenti, au contraire le maintenir au moins à 2000 tours pour assurer la première phase de rodage des AAC et des poussoirs.

C'est le calage de l'AAC d'admission qui a le plus d'influence sur le caractère moteur, plus on ouvre tôt la soupape par rapport au PMH, si on décale l'AAC pour ouvrir plus tôt la soupape, plus on aura de puissance à haut régime et une diminution du couple à bas régime, inversement si on ouvre la soupape plus tard on augmentera le couple à mi régime et la puissance à haut régime diminuera, d'où l'intérêt de faire des essais au banc moteur pour déterminer le meilleur compromis !

Exemple : données AAC constructeur : AOA 39°, RFA 69° = lobe center 105° AOE 69° RFE 39° lobe center =
105° pour augmenter le couple à bas régime on va avancer le lobe center admission de 2° = 107° et retarder le lobe center échappement de 2° = 103° pour augmenter la puissance à haut régime on fera l'inverse : lobe center admission 102°, lobe center échappement on le laissera à 105°

J'ai fait pas mal de différents calages sur ma Rickman Trident, sans banc moteur j'ai "pataugé" pas mal au début, mes AAC racing étaient préconisés pour un calage à 104° lobe center admission et échappement, ça marchait pas au dessus de 7000 tours la puissance s'effondrait, après divers essais j'en suis arrivé à un calage de 100° lobe center admission et 102° échappement, ce qui m'a donné le meilleur compromis souplesse et puissance à haut régime, le moteur a une plage d'utilisation "violente" de 5500 tours à 8500 tours, tourne au ralenti à 1000 tours comme une horloge, et on peut se balader entre 2000 et 5000 tours avec beaucoup de souplesse jusqu'à arriver à 5500 tours où là il monte très vite en régime.

Les calages donnés par les fabricants sont un pis aller, beaucoup de facteurs peuvent conduire à changer le calage "normal" : le type de carburateur, d'échappement, les longueurs des pipes d'admission, le travail effectué sur les conduits de la culasse, la forme des pistons, de la chambre de combustion, c'est le boulot des "préparateurs" que de trouver les bons réglages, et leurs secrets sont parfois bien gardés, même quand ils datent de 40 ans !

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