Conception d’une culasse « Maison »

La culasse demeurait une des dernières parties « d’origine » du moteur. Il était donc utile voire même indispensable de l’améliorer. Dans le passé, nous avions bien essayé de la modifier pour améliorer ses caractéristiques. Mais vu l’impossibilité pratique de passer au double allumage, la limitation du taux de compression, cette culasse restreignait les possibilités d’amélioration.

Nous avons donc décidé de partir sur la conception d’une toute nouvelle culasse « maison » qui va pouvoir remplacer l’ancienne.

Le matériau choisi pour la fabriquer est le titane. Ce qui a attiré notre attention est la très faible (pour un alliage métallique) conductivité thermique de ce matériau. Cela veut dire que la chaleur sera mieux préservée à l’intérieur de la chambre de combustion, donc moins d’énergie perdue.

Par contre, si le titane est plus léger que l’acier, il demeure plus lourd que l’aluminium. Il a fallu être attentif à bien gérer la masse de l’ensemble.

Que voulons-nous ajouter ou modifier par rapport à l’ancienne culasse :

  • Placer 2 bougies pour avoir une meilleure combustion.
  • Prévoir la possibilité de placer un capteur de pression dans la chambre de combustion (afin de pouvoir réaliser des mesures dans le futur)
  • Une arrivée d’air tangente à la chambre de combustion pour une meilleure homogénéisation du mélange (Swirl).
  • Atteindre un taux de compression suffisamment important

Nous avons donc commencé la conception par la chambre de combustion. La forme idéale de la chambre est la sphère. On veut également la concevoir de sorte à avoir une zone de squish. C’est une zone qui a pour effet de créer des turbulences juste avant l’explosion, qui vont permettre de bien brûler le mélange air-carburant. Pour avoir cela il faut que le diamètre de la chambre soit plus petit que celui du cylindre.

Un fois la chambre dessinée, il faut placer les soupapes. Nous avons d’abord voulu les désaxer par rapport à l’axe longitudinal du moteur afin d’optimiser l’espace. Une idée vite abandonnée car cela posait beaucoup de problèmes, surtout au niveau de la chambre de combustion (qui ne ressemblait plus du tout à une sphère parfaite dans cette situation).

Une fois cette partie effectuée nous avons réalisé les conduits d’admission ainsi que d’échappement. Ces conduits doivent être les plus continus possible afin d’éviter les pertes de charge. La nouveauté était de placer le conduit d’admission tangent à la chambre de combustion. Cela va avoir comme conséquence de mieux homogénéiser le mélange air-carburant en créant un tourbillon (Swirl). Cela ajouté au squish devrait permettre un mélange très homogène.

Nous voulions également modifier l’injection en plaçant l’injecteur en opposition à l’arrivée d’air. Nous avons abandonné cette idée pour des questions d’encombrement et nous avons préféré favoriser l’ajout d’une deuxième bougie. Le système d’injection reste donc standard, par-dessus l’arrivée d’air.

Il était donc temps de placer les bougies ! Une bougie de petite taille (Type scooter) et une bougie de très petite taille (Type modélisme). Cela va permettre d’être certain de brûler tout le mélange, réduire l’avance à l’allumage et donc de rentabiliser au maximum le carburant consommé.

Le bloc arbre à cames-culbuteurs sera une pièce à part, en aluminium. Cette partie sera amovible.

Et enfin l’espace restant servira à accueillir différents capteurs.

Au niveau de la réalisation, cette culasse sera imprimée en 3D titane par notre partenaire Sirris. Qui se chargera également des usinages après impression.

Cette méthode fabrication nous a donné énormément de liberté au niveau des formes, et également permis de placer de la matière uniquement où c’est nécessaire. Et donc de limiter la masse totale de la pièce. C’est une technologie qui ouvre des perspectives extrêmement intéressantes pour un designer !

La culasse d’EcoMOTION5 pesait 1980g (complète, avec arbre à cames, etc…). Nos prévisions concernant la nouvelle feraient redescendre le poids à 875g, soit un gain de poids de 1105g, ou de 56% !

Dans un prochain article nous suivrons la réalisation de cette culasse.

Nous remercions vivement Sirris, et plus particulièrement Raoul Carrus et Jean Claude Noben sans qui ce projet n’aurait pu être concrétisé !

David et Loïc

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