Assemblage d'un big block 427 FE

[nanard289]

Bonsoir tout le monde,

Mon vieux PC ayant rendu l'âme, j'ai du me résoudre à le remplacer car notre société moderne de consommation rend en général un dépannage d'appareil domestique souvent plus coûteux que son remplacement pur et simple. Dieu merci, pour nos voitures préférées nous n'en sommes pas encore là. Pour garder le plus longtemps possible cet esprit de réparation ou de restauration de nos machines adulées, je viens vous proposer de suivre ici les différentes étapes de l'assemblage d'un authentique big block 427 FE. Je parle d'un assemblage, car la base de départ est un bloc nu sans aucun organe interne. Il appartient à un membre du club qui souhaite motoriser sa Cobra avec un moteur très proche de la version d'origine. Le cahier des charges est très simple: faire un moteur fiable et coupleux qui accélère très fort, quel que soit le rapport engagé!

La fiabilité d'un moteur commence par une inspection rigoureuse du bloc pour déceler une crique, une paille, une zone de fatigue anormale ou un défaut de fonderie éventuel. Pour cela on dispose aujourd'hui de moyens de contrôle modernes comme le système Magnaflux avec sa "lumière noire", la magnétoscopie ou même la radiographie quand les pièces ne sont pas trop volumineuses. Cette tâche va être confiée à une entreprise spécialisée qui devra nous donner le feu vert avant de commencer les opérations d'usinage.

Toujours dans les opérations de contrôle, après avoir mesuré les hauteurs de plan de joint entre le banc de cylindres de droite et celui de gauche, devant et derrière, nous avons observé des écarts de quelques dixièmes qui justifiaient un re-surfaçage d’égalisation histoire de mettre tout le monde d’accord.

Un "bon bloc" doit avoir des hauteurs de plan de joint identiques (A doit être égal à B) et ce à l'avant comme à l'arrière. Evidemment, les puristes feront remarquer que la face avant de ce moteur correspond à celle d'un small block mais le principe reste le même.

 

Parallèlement, il fallait définir et approvisionner les premières pièces de l'équipage mobile qui vont constituer les fondations du moteur. Un peu de métrologie a du être nécessaire pour définir le nouveau diamètre du réalésage des cylindres qui bien sur présentaient une usure normale et le type de vilebrequin qui serait compatible avec ce bloc.

Pour le vilebrequin, je souhaitais sélectionner un modèle en acier forgé qui offre une excellente résistance à l’usure, avec une course un peu majorée (d’origine, le 427 FE est très super carré) pour privilégier le couple à bas régimes. Le choix a été arrêté sur un Scat qui conserve le diamètre des tourillons d’origine Ford, mais avec des manetons au standard Chevrolet. Ces manetons sont un peu plus larges mais d’un diamètre plus petit réduisant ainsi la vitesse périphérique et les frictions. Cette modification a été rendue possible grâce à l’évolution des caractéristiques des huiles modernes et des coussinets.

Voici le futur locataire du 1er étage du big block: il est à équilibrage interne (c'est à dire sans masselotte additionnelle dans le damper ou le volant moteur) sa course est de 4.125" et il attend son passage à l'équilibreuse.

Bien évidemment, on utilisera avec ce vilebrequin des bielles de moteur Chevrolet qui paradoxalement ont une tête plus petite en diamètre mais sont plus large et avec un pied plus gros ! En effet, le standard Chevrolet utilise un diamètre d’axe de piston plus gros (0,990’’ contre 0,975’’ pour Ford) ce qui est parfaitement adapté à l’augmentation de la cylindrée … et du couple moteur. La tête de bielle plus large permet également de majorer la taille des vis de fixation du chapeau, ce qui là encore, va dans le sens d’une meilleure résistance à la fatigue.

Ces bielles en acier forgé en H sont initialement prévues pour du big block chevrolet! Outre des caractéristiques renforcées, leur plus grande diffusion permet des prix plus attractifs

Une fois la course du vilebrequin et la longueur des bielles définies et connaissant la hauteur du bloc, on peut sélectionner les pistons. Pour bien comprendre l’interdépendance de chaque caractéristique fondamentale comme la course, la longueur des bielles, la hauteur de compression du piston et la hauteur du bloc, voici un croquis qui résume la situation

Détail de l'empilage des cotes de chaque composant et calcul du volume résiduel (qui peut être positif ou négatif) au PMH. * L'épaisseur de 1, 27 mm du joint de culasse (0.050") est une estimation provisoire. La hauteur de compression du piston (c.d.) qui est de 35,36 mm est donnée par le fabricant.

 

Les pistons constituaient le dernier élément majeur de l'embiellage à définir. Pour rester dans des pistons standards qui d'une part coûtent moins chers et sont le cas échéant plus facile à remplacer, j'ai consulté les différents catalogues des fabricants les plus réputés (CP, JE, Mahle, Diamond, Arias ....) pour retenir le jeu qui collait le mieux à la situation. Il fallait en effet allier une bonne hauteur de compression (distance entre l'axe du piston et le dessus de la couronne) avec un volume final de la chambre de combustion pour avoir un rapport de compression acceptable.

 

Certains fabricants de pistons comme Diamond font des tableaux récapitulatifs combinant les kits de strokage les plus populaires en proposant un type piston correspondant à chaque utilisation. Le rapport de compression final est une estimation faite selon le volume de la chambre de combustion de la culasse utilisée. Les pistons que nous avons finalement sélectionnés sont les 41520 ... à zéro dollar

 

Etant en possession des bielles et des pistons, l'étape suivante a été de déterminer la valeur du bobweight pour pouvoir procéder à l'équilibrage du vilebrequin. Le bobweight se décompose en deux parties:

- une partie dite "tournante" comprenant les coussinets de tête de bielle + la masse tournante de la bielle (la tête et une partie de l'âme) + 4 g d'huile contenu dans le maneton (estimation);

- une partie dite "alternative" comprenant la masse alternative de la bielle (le pied et l'autre partie de l'âme) + le piston complet (avec axe, clips et segments)

 

 

Pour définir les masses tournantes et alternatives des bielles, on regarde déjà sur la boite si ce n'est pas indiqué! Ici le constructeur nous donne une masse tournante de 560 g et une masse alternative de 259 g.

 

Les demis coussinets de la tête de bielle viennent s'ajouter à la masse tournante

 

 

Ici, c'est au tour du piston complet: 773 g ! Une enclume . Moi qui habituellement ne travaillait que sur des small blocks, je ne suis pas habitué à des masses aussi importantes.

 

Le bobweight à disposer sur chaque maneton pour procéder à l'équilibrage se calcul en ajoutant à la masse alternative deux fois la masse tournante. Ici, on obtient: 773 + 260* + 2(561* + 48,5 + 4) = 2260 g

* en repesant plusieurs fois toutes les bielles, j'ai trouvé systématiquement 823 g soit une erreur de 4 g en plus que la valeur théorique du fabricant (560 + 259 = 819 g). J'ai donc coupé la poire en deux et ajouté un gramme de chaque coté pour moyenner l'écart

 

 

J'ai interprété le "juste poids" à 821 g en faisant la moyenne entre la mesure du fabricant (819) et la mienne (823, valeur retrouvée sur les autres bielles).

 

A suivre ... si vous le voulez bien

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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[Invité §des076vs]

Oui oui, on veut bien... Merci Nanard, ça promet d'être passionnant.

[blue427]

Super nanard,

On va se régaler

[bydochon]

Nanard, une fois de plus un plaisir de te suivre :love: (heu essayer)

[ched]

Bien !

 

Je me cale dans mon fauteuil, avec , j'apporte aussi pour et c'est parti pour une leçon de mécanique !!!

 

 

[salseroloco]

Vais suivre avec intérêt, heuuuuu, vais lire en tous cas.

[paijorge]

expert big block saison 1

je vais etre fan..

[joul28]

Je sens que je vais adorer ça. Encore....

[Invité §Ran527Um]

vivement le prochain épisode

[malouin35]

cela va être passionnant

[Cobgrey]

super j ai hâte de voir la suite

[nanard289]

super j ai hâte de voir la suite

 

Et bien voici l'étape suivante, ou du moins un complément que j'ai oublié de préciser dans la première . J'ai en effet zappé le détail du rapport de compression qui contribue à déterminer en partie le caractère du futur moteur. En principe, quand on dispose déjà des culasses, le rapport de compression est déterminer par le volume - positif ou négatif - de la tête du piston. Celui-ci peut avoir une tête en forme de dôme (volume négatif qui va se soustraire au volume de la chambre de combustion de la culasse) ou bien en forme "d'assiette creuse" (volume positif qui va s'additionner au volume de la chambre de combustion de la culasse). N'ayant pas les culasses pour nous imposer le choix de la tête des pistons, j'ai choisi des pistons "standards" qui vont nous imposer - selon le rapport de compression souhaité - un volume de culasse qui convient. Selon le tableau Diamond, le rapport de compression approximatif* peut varier entre 9,8 (avec des chambres de 88 cm3) et 10,9 (avec des chambres de 76 cm3).

* Ce tableau ne précise pas l'épaisseur du joint de culasse retenu pour ce calcul ni la hauteur du plan de joint du bloc, mais donne une bonne approximation.

 

 

Dans ce tableau, avec des culasses ayant des chambres de 76 cm3, on obtient un RC de 10,9

 

L'objectif visé étant d'avoir un rapport de 10,5/1 qui est déjà respectable, voyons ensemble comment atteindre cet objectif en partant des culasses disponibles sur le marché.

Le rapport de compression statique est obtenu en mesurant le volume total (cylindre et culasse soit V + v) disponible quand le piston est au PMB que l'on va diviser par le volume résiduel de la chambre de combustion quand le piston est au PMH (soit v)

R = (V + v) / v

Le volume de la chambre de combustion (à ne pas confondre avec celui de la culasse) se décompose en plusieurs parties:

- le volume de la culasse (très souvent précisé par le fabricant) en bleu dans le croquis ci-dessous

- le volume crée par l'épaisseur du joint de culasse (attention, son alésage est toujours majoré par rapport à celui du cylindre et son épaisseur varie d'un fabricant à l'autre) en vert dans le croquis ci-dessous

- le volume du gap du piston au PMH (il peut être positif ou négatif) en rose dans le croquis ci-dessous

- le volume du dôme (négatif) ou du creux l'assiette (positif), ou si le piston est plat, le volume des encoches de soupape (positif) en mauve pisseux dans le croquis ci-dessous

Pour négliger les décimales inutiles, on ne tiendra pas compte du volume mort dans l'espace en couronne compris entre la tête du piston et le premier segment.

 

 

 

Post édité pour ajouter ce croquis qui nous montre les différents volumes à prendre en compte

Pour pouvoir prendre le problème à l'envers, c'est à dire déterminer le volume de la chambre de combustion à partir d'un rapport de compression déterminé, il faut remanier la formule initiale:

v = V / (R-1)

Notre volume de la cylindrée unitaire grand V sera de [10.795 (alésage en cm) x 10.795 x 10.4775 (course en cm) x 3.1416 ] / 4 = 959 cm3 (soit une cylindrée totale de 7672 cm3)

Le volume de la chambre de combustion petit v devra donc être de: 959 / (10.5 - 1) = 101 cm3

Quand on déduit de ce volume net de la chambre de combustion, le volume laissé libre par le piston au PMH de 19 cm3 qui a été précédemment calculé, il ressort que les futures culasses qui équiperont ce moteur devront avoir un volume de 101 - 19 = 82 cm 3 . Sauf à utiliser des joints de culasse plus épais qui malheureusement diminuent le phénomène de pincement, cette caractéristique élimine les culasses Edelbrock qui proposent un volume de chambre de 76 cm3 un peu trop restreint pour nos besoins et nous aiguille vers les culasses commercialisées par Robert Pond qui offrent des volumes de chambre compris entre 80 et 90 cm3 spécifiquement adaptés aux moteurs 427 strokés. Bien évidemment, la remise d'équerre des plans de joint du bloc a contribué à réduire sensiblement le volume mort des pistons au PMH et de ce fait, nous oblige à sortir des sentiers battus.

Cet épisode de calcul est certainement rébarbatif pour certains mais est malheureusement indispensable pour éviter les risques de déconvenues inhérentes aux moteurs trop (ou pas assez) comprimés.

 

Prochain épisode: le retour de l'usinage ... si tout va bien

[GuiYaume]

Merci à toi pour ce partage de connaissances, et nous sommes tous et tout aussi patient que le propriétaire de ce bloc moteur de voir le résultat que ce la va être

[dfugiergarrel]

Bien !

 

Je me cale dans mon fauteuil, avec , j'apporte aussi pour et c'est parti pour une leçon de mécanique !!!

 

 

 

 

Mais tu vas terminer sous la table à ce rythme là, Ched !!!!

[456GT]

J'ai rien compris!

[PONPON36400]

Bonsoir,je vais tenter de suivre les étapes et d'apporter la réponse concernant si mon moteur est carré ou bien super carré? Ponpon

[Cobra 44]

Nanard

 

Très passionnant à lire on va se régaler

[reddiamond]

on va s'instruire

super

[Invité §des076vs]

J'ai rien compris!

 

 

Tu ne fais aucun effort non plus... pfff !

[James-44]

C’est très instructif Nanard, avant de lire tes premiers posts j’étais loin de penser qu’il fallait faire autant de calculs pour assembler un moteur.

Vivement la suite !!!!!!

[ched]

 

Mais tu vas terminer sous la table à ce rythme là, Ched !!!!

C'est le risque !

 

[les fous du volant]

Merci nanard !

C'est top

[la_case]

Merci Nanard pour cette vulgarisation mécanique.

 

Sur mon moteur pour concerver le rapport volumétrique à 10.5 (ce qui permet de tourner au SP 95) le mécano à jouer sur la distance entre la calotte du piston et l'axe du pied de bielle.

C'est une autre possibilité qui coute moins cher si tu souhaites conserver les culasses.

[nanard289]

C’est très instructif Nanard, avant de lire tes premiers posts j’étais loin de penser qu’il fallait faire autant de calculs pour assembler un moteur.

Vivement la suite !!!!!!

 

 

Merci pour ton appréciation et content de te sensibiliser sur quelques points de détail. Dans le cas particulier de cet exemple, il ne s'agit pas de refaire un moteur usagé en remplaçant purement et simplement les pièces d'origine Ford par d'autres pièces d'origine Ford, mais d'installer des pièces dites de hautes performances qui ne présentent que peu voir pas de similitude avec les pièces d'origine. L'ensemble de ces adaptations bien que populaires doivent faire l'objet d'un minimum de point de contrôle et de quelques calculs simples pour qu'à l'issue du montage, le caractère du moteur obtenu corresponde à l'attente du propriétaire. C'est précisément l'ensemble de ces points que nous allons voir ensemble

[nanard289]

Merci Nanard pour cette vulgarisation mécanique.

 

Sur mon moteur pour concerver le rapport volumétrique à 10.5 (ce qui permet de tourner au SP 95) le mécano à jouer sur la distance entre la calotte du piston et l'axe du pied de bielle.

C'est une autre possibilité qui coute moins cher si tu souhaites conserver les culasses.

 

 

Remarque très intéressante qui mérite d'être commentée. Si nous sommes à peu près tous d'accord que la limite raisonnable du rapport de compression qui permet d'utiliser le SP95 ou le SP95-E10 est autour de 10,5/1, la façon que tu préconises pour obtenir ce rapport est cependant discutable.

La distance entre le bord de la couronne et l'axe du piston (la "Compression Distance" ou "Compression Height" en patois) est effectivement proposée en plusieurs cotes par les fabricants de pistons, au même titre qu'il a y différentes cotes d'alésage. Cependant, sauf cas très particuliers des moteurs exotiques qui sont hors standards et dont toutes les pièces sont faites sur mesure, la cote de la hauteur de compression du piston sert à adapter le piston au couple bielle/vilebrequin. En effet, si sur un bloc standard on monte un nouveau vilebrequin avec une course majorée et des bielles plus longues, il faut bien réduire la hauteur de compression des pistons pour qu'il ne dépassent pas du plan de joint quand ils seront au PMH.

Dans le tableau ci-dessous, nous avons l'exemple d'un 302 SBF (dont la hauteur de plan de joint est de 8.2"), qui propose les hauteurs de compression idéales des pistons selon la course du vilo et la longueur des bielles. Les variations de cette cote vont de 1.60" (course courte et bielle courte) à 1.09" (longue course et longue bielle)

 

Valeur des hauteurs de compression de piston les plus courantes sur un SBF selon la course et la longueur des bielles.

 

Dans tous les cas, la hauteur de compression des pistons doit être telle qu'au PMH le piston doit affleurer le plan de joint. Si ce principe n'est pas respecté, la fonction "squish" entre la couronne du piston et la culasse se trouve grandement affectée et oblige à augmenter l'avance à l'allumage pour essayer de compenser cette carence. Ce détail est particulièrement sensible sur les moteurs ayant de gros alésages et dont l'inflammation rapide des gaz est plus laborieuse.

Pour un effet optimal du squish, le jeu idéal communément admis entre la couronne du piston et la culasse doit être compris entre 1 et 1,5 mm soit autour de l'épaisseur du joint de culasse, d'ou l'intérêt d'avoir des pistons affleurants, voir dépassant très légèrement du plan de joint. En pratique lorsque le volume de la culasse est trop réduit pour obtenir le rapport de compression désiré, il est préférable de sélectionner des pistons à tête en assiette creuse, plutot que d'augmenter le volume de la chambre de combustion en réduisant la hauteur de compression ... et partant la fonction squish

 

 

 

Cet exemple nous montre deux pistons ayant une hauteur de compression identique (un axe commun les réunis) mais procurant un rapport de compression différent. La tête creuse de gauche nous donnera un rapport de compression plus modeste que la tête plate de droite tout en conservant sa fonction squish (pincement des gaz) intacte.

 

Ici nous avons deux pistons ayant des hauteurs de compression différentes. Le piston de gauche est prévu pour être associé avec un vilebrequin de 3" de course et des bielles de 5.4" de long. Celui de droite, de hauteur plus réduite, est prévu pour être associé toujours avec des bielles de 5.4" de long mais avec un vilebrequin de 3.25" de course. La cote H qui mesure la différence des hauteurs d'axe est donc théoriquement de (3.25 - 3) / 2 = 0.125" (soit 3,175 mm). Dans le cas des pistons à hauteur de compression très réduite, l'alésage de l'axe du piston interfère avec la gorge du segment racleur ce qui oblige très souvent de prévoir un rail de renfort supplémentaire dans la gorge de ce segment pour supporter la portion non bordée.

[Invité §pha554JZ]

Je suis impatient de te lire nanard quand tu vas attaquer le chapitre arbre à cames ... ça va éclairer (peut être??!) ma lanterne sur les soucis que j'ai eu, relatés précédemment au chapitre: "Régime maximum". Dans tous les cas bravo pour ce descriptif passionnant.

[nanard289]

Je suis impatient de te lire nanard quand tu vas attaquer le chapitre arbre à cames ... ça va éclairer (peut être??!) ma lanterne sur les soucis que j'ai eu, relatés précédemment au chapitre: "Régime maximum". Dans tous les cas bravo pour ce descriptif passionnant.

 

 

Peut on parler de soucis sur un moteur quand l'arbre à cames qui est initialement installé ne correspond pas (ou plus) aux besoins ou aux espérances de son utilisateur? L'arbre à cames est à un moteur ce qu'est cette petite pièce en bois que l'on place dans un violon entre le fond et la table et que l'on appelle l'âme. C'est cette petite pièce qui selon sa position et sa tension,va répartir plus ou moins les vibrations dans tout l'instrument lui donnant ainsi sa signature musicale. Dans un moteur, c'est l'arbre à cames qui selon ses caractéristiques, va donner le caractère du moteur auquel il est associé. Attention cependant: s'il est facile de transformer un pur sang en percheron, le contraire a ses limites. Faire prendre des tours à un moteur en modifiant les lois de son AàC est facile ... à condition que le reste suive

[blue427]

cela va être passionnant

 

 

Comme je te comprends mon Jérôme

[Invité §pha554JZ]

 

Peut on parler de soucis sur un moteur quand l'arbre à cames qui est initialement installé ne correspond pas (ou plus) aux besoins ou aux espérances de son utilisateur? L'arbre à cames est à un moteur ce qu'est cette petite pièce en bois que l'on place dans un violon entre le fond et la table et que l'on appelle l'âme. C'est cette petite pièce qui selon sa position et sa tension,va répartir plus ou moins les vibrations dans tout l'instrument lui donnant ainsi sa signature musicale. Dans un moteur, c'est l'arbre à cames qui selon ses caractéristiques, va donner le caractère du moteur auquel il est associé. Attention cependant: s'il est facile de transformer un pur sang en percheron, le contraire a ses limites. Faire prendre des tours à un moteur en modifiant les lois de son AàC est facile ... à condition que le reste suive

Et oui pour que ça fonctionne, tout doit être homogène et cohérent dans un moteur

[nanard289]

Coup de fil ce matin du rectifieur qui me confirme que le bloc est sain et qu'il ne présente pas de fissure ou de faille critique (contrôle par le procédé Magnaflux). C'est une bonne nouvelle! Feu vert donc pour les opérations de rectification qui peuvent démarrer sans risque d'impasse. On signalera au passage que les blocs FE-427 avaient un protocole de fabrication qui leur était spécifique. D'une part ils bénéficiaient d'un alliage de fonte à haute teneur en nickel qui leur conférait une tenue mécanique supérieure et d'autre part, après la coulée, d'un cycle de refroidissement très lent qui permettait de supprimer la quasi totalité des contraintes de métal internes rendant ainsi ces blocs thermiquement très stables. Ne maîtrisant pas cette deuxième étape, mon rôle ici se résume à attendre et de vous rendre compte du résultat à son arrivée

 

A suivre!

[Invité §The258iM]

Ayant le même moteur, je vais suivre avec attention (et essayer de comprendre)

Merci encore pour ce partage !

[malouin35]

bonne nouvelle

[harley814]

Super intéressant.

Etant sur un autre projet avec un 428 Cobra jet, je suis avec attention et intérêt ton tuto

[nanard289]

Super intéressant.

Etant sur un autre projet avec un 428 Cobra jet, je suis avec attention et intérêt ton tuto

 

 

Un membre de ce forum vient de m'apprendre qu'il a eu de gros soucis avec la distribution de son 428 CJ (poussoirs hydrauliques à fonds plats gravement endommagés). Le moment venu dans ce post, j'aborderai le sujet en donnant quelques détails.

[bydochon]

Moi je fais comme Nanard mais j'ai l'impression que je n'ai pas tout compris

 

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