Révision d'un moteur Limbach L2000

En 2019, c'est grosse session mécanique sur mon RF5.

Depuis que j'ai l'avion, j'ai fait pas mal de travaux dessus (entre autre le remplacement des deux verrières, qui est un petit chantier), mais je me suis limité à démonter les culasses sans toucher au bas moteur.

Hors une fuite d'huile persistante par la boite d'accessoires faisait craindre une fuite par le joint spi de vilebrequin ou un carter fissuré (problème récurrent sur ce type de moteur), aussi les compressions étaient un peu faible sur une des culasse, à part ça il marchait correctement (en salissant mon aile).

Tant qu'à sortir le moteur, et immobiliser l'avion, autant refaire le tableau de bord avant et améliorer le refroidissement du moteur.

Si j'ai un peu d'équipement chez moi pour bricoler, je décide d'aller faire la révision du moteur en Italie. 

Il y a là-bas Eugenio, de l'AVAG, dont j'ai fait la connaissance via le Club Fournier, qui connaît très bien ces moteurs et dispose d'un atelier de mécanique très fourni, avec notamment le matériel pour usiner les carters et les culasses.

Rendez-vous pris avec Eugenio, on décide que je viendrais en voiture (j'aurais pu aussi y aller en avion, son atelier est sur un terrain privé), mais ça permet de s'affranchir des difficultés liées à la météo et ça me permet aussi d'avancer un peu sur le tableau de bord.

La révision consiste à remplacer toutes les pièces d'usure (segments, coussinets, joints, etc) mais aussi les deux demi-carters qui sont un point faible sur ces moteurs avec une tendance à criquer.

Je décide également d'en profiter pour remplacer les deux culasses par des neuves, car c'est facile de les usiner grâce aux moyens d'Eugenio. Sur mes deux culasses, qui sont assez récentes, je me contenterais d'une remise à neuf et je les stockerais, c'est toujours confortable d'avoir deux culasses d'avance.

Je dépose l'hélice, les échappements, les tuyauteries d'essence, les connections électriques, la manette des gaz, le starter, la commande de pas d'hélice et c'est à peu près tout !

Plus qu'à sortir la bête, et direction l'atelier de mécanique

Arrivé chez Eugenio, c'est parti pour le démontage de tous les accessoires : bougies, magnéto, carburateur, alternateur, pompe à essence et on les mets de côté pour faire leur révision individuelle (ou leur remplacement plus tard).

Démontage

Démonter, c'est facile, c'est remonter le problème. Du coup, je n'ai pas pris beaucoup de photos.

On démonte la boite d'accessoires, on sort la poulie d'alternateur qui sert aussi à entraîner la magnéto, puis les rampes de culbuteurs, les culasses et les cylindres.

On enlève les clips et les axes et on sort les pistons, qu'on débarrasse de leurs segments.

Culasses et leur soupapes

Cylindres et pistons

Puis on sépare les deux demi-carters pour sortir le vilebrequin et l'arbre à came.

Vilebrequin

Arbre à came

Aperçu des pièces qui seront remplacées

Nettoyage

Après le démontage, comme toujours en mécanique, vient l'heure du nettoyage. Pour ça, c'est un confort énorme d'avoir l'atelier d'Eugenio: il a un compresseur avec un bon débit qui permet de faire pas mal de sablage, et gros bac de chlorure de méthylène, du coup j'ai rapidement un beau résultat sur les pièces qui supportent ce traitement.

 Pour les pièces qui ne supportent pas ce type de traitement, c'est essence ou diluant nitro.

C'est tout de suite plus facile de prendre des photos quand les pièces sont nettoyées.

Je commence par les culasses et les soupapes

 Culasses côté cylindre, on voit quelques unes des modifications du L2000

Les cylindres, les inscriptions deviennent visibles

Ce sont des cylindres aluminium avec traitement Nikasil, donc pas trop de sablage à l'intérieur. 

Un bon nettoyage ça facilite le remontage, plus facile avec le numéro de cylindre visible

Les pistons, en insistant bien  sur les gorges des segments

Mais aussi sur  les passages d'huile, côté bielles

Le numéro de piston est bien visible à présent

Le L2000 est dérivé d'un classique type 1 VW 1600 cc, du coup la flèche n'indique pas la direction de l'hélice mais celle du volant moteur (côté boite d'accessoires)

Volant moteur

Sur mon moteur les dents ne servent pas uniquement au démarreur, mais aussi au compte tour électronique (ce qui évite le classique câble)

Poulie d'alternateur, qui entraîne aussi la magnéto

Corps de la pompe à huile

Pignons de la pompe à huile

Boite d'accessoires

Vue de l'autre côté, qui permet de voir la plupart des modifications du L2000 et l'emplacement de la sonde du tachymètre

Admissions, support de radiateur, etc. Tout est nettoyé, mais ça ferrait trop de photos de tout mettre.

Révision des culasses

Pendant qu'Eugenio s'occupe de l'usinage des nouvelles culasses, j'entame la révision des anciennes.

La perte de compression vient la plupart du temps d'un défaut d'étanchéité au niveau des soupapes, très loin devant les fuites par le bas moteur.

Eugenio dispose de fraises et de guides pour ces fraises qui se montent en utilisant les guides de soupapes, ce matériel permet de réusiner les sièges correctement, c'est plus efficace qu'un simple rodage.

Les guides de fraises en place dans les guides de soupapes de la culasse

Les fraises permettent de faire 2 angles différents: 45° (pour usiner la portée de la soupape) ou 30° (qu'on utilise après, pour diminuer la largeur de la portée de soupape et avoir ainsi une pression d'appui plus importante).

Vue d'une fraise. L'intérieur (non visible sur la photo) est au diamètre du guide.

Je commence donc par utiliser la côté à 45° pour avoir une belle portée de soupape, et je la diminue ensuite avec le côté à 30°. C'est bien sur plus "aggressif" qu'un simple rodage, on enlève beaucoup plus de matière, donc c'est un travail assez rapide.
 

Usinage des sièges

Comme j'ai réusiné les sièges, je décide de faire le rodage directement avec du grain fin, j'y reviendrais...

La soupape en place sur la culasse, sa portée enduite de pâte à roder, on la fait tourner sur elle même avec une ventouse, un peu comme si on voulait allumer un feu avec du bois, tout en la décollant régulièrement en levant la ventouse. La soupape doit coller un peu quand on lève la ventouse, signe que le contact se fait bien sur toute la portée.

La portée est enduite de pâte à roder

Et j'attaque le rodage

Quand on a bien rodé on essuie soupape et siège, puis on les inspecte, il ne doit pas y avoir de zone brillante, signe que le contact se fait à priori bien.

Une soupape après rodage

Un siège après rodage

Ensuite il faut très bien nettoyer les culasses et les soupapes (j'utilise de l'essence puis du diluant nitrocellulosique dans un pistolet à peinture), pour enlever absolument toute trace de pâte à roder. 

On peut alors attaquer le remontage. 

Il faut huiler tiges et portées de soupapes avant remontage (d'autant que je veux stocker ces culasses)

Les soupapes en place, on retourne la culasse pour mettre en place les ressorts de soupapes. Ils ont un sens, le côté où les spires sont les plus serrées se monte côté culasse (à l'opposé des coupelles).

On voit bien que les spires sont plus serrées côté bas du ressort

On compresse ensuite le ressort avec l'outil qui va bien

Puis on remet en place les deux clavettes demi-lune qui maintiennent le ressort compressé

Je ne remonterai pas la rampe de culbuteur comme ces culasses sont mes spare et que je n'en ai que deux que je monterai sur mes 2 nouvelles culasses

Je peux maintenant faire l'épreuve des soupapes. Je remet la bougie, je remplis les chambres de diluant nitrocellulosique ou d'essence (éviter l'eau), et j'y vais à la souflette dans les admissions et les échappements. Toutes les admissions sont ok. En ce qui concerne les échappements...

Il va falloir reprendre le travail

Des bulles sur les quatres (!!!) soupapes d'échappement, je redémonte donc tous les échappements. 

L'explication vient du fait que les soupapes étaient récentes, donc j'ai décidé de les conserver. Comme j'ai usiné les sièges à la fraise, j'ai fait le rodage directement au grain fin, ça a bien marché pour les admissions qui n'étaient pas trop usés, mais pour les échappements qui s'usent plus le rodage n'a pas assez usiné la soupape (elle n'est pas passée à la fraise contrairement au siège). 

Donc je refais le rodage au grain gros, puis nettoyage pour enlever toute trace de pate, à nouveau au grain fin, et tout est étanche. 

Les deux culasses sont huilées un peu partout puis stockées dans des sacs de congélation pour une bonne conservation.

Révision du bas moteur et remontage

Il est maintenant temps de commencer à travailler sur le vilebrequin. Je démonte les bielles et leurs coussinets, qui seront remplacés comme toutes les pièces d'usure.

Début du démontage du vilebrequin

Têtes et chapeaux de bielles sont appairés

Et le numéro de cylindre est frappé sur la tête de bielle

Jusqu'ici le travail effectué est assez simple et ne demande pas beaucoup d'outillage spécifique ni de précautions particulières. Pour la suite c'est plus compliqué et l'aide d'Eugenio est la bienvenue.

Par ailleurs, il faut pas mal de gabarits et matériels de métrologie. 

Il commence, sans rien démonter de plus, par mesurer le voile du flasque d'hélice au comparateur.

Mesure du voile de flasque d'hélice

Si on est hors-côté, et que c'est à cause du faux rond de vilebrequin, il n'y a plus qu'à le remplacer : à cause du traitement de surface, on ne peut pas le ré-usiner.

Ce contrôle, à faire en particulier en cas de choc sur l'hélice,  peut aussi être fait sans tout démonter si on arrive à pousser le vilebrequin en avant pour rattraper les jeux.

A ce sujet, sur le RF5 qui est à train rentrant, en cas de problème de train (qui ne veut pas sortir), le mieux est soit d'arrêter le moteur avec l'hélice horizontale, soit de se poser avec de la puissance : dans ce cas l'hélice va casser à cause de la rotation du moteur avec peu de risque de dommage au flasque et au vilebrequin (efforts de cisaillement sur les vis).

Poser hélice verticale calée est le pire, l'hélice va casser (ou plier) dans le mauvais sens avec un fort risque pour le reste de la mécanique (des vis en compression les autres en extension). 

Le RF5 a un démarreur, du coup je peux au besoin tourner l'hélice au démarreur, mais normalement je la monte pour qu'elle soit horizontale quand le moteur s'arrête. 

Les monoplaces RF3 et RF4 n'ont pas de démarreur, et ils ne peuvent pas mettre l'hélice horizontale au montage pour pouvoir démarrer à la main, donc c'est plus compliqué !

Mais revenons à la mécanique, on poursuit avec l'extraction du flasque d'hélice. C'est là que l'aide d'Eugenio est utile, il a un extracteur spécial, utiliser un extracteur à griffes c'est la quasi-certitude d'endommager le flasque. 

Depuis je me suis retapé un tour et je peux aussi me fabriquer mes extracteurs, mais c'est un peu de travail quand même.

Avec le pétard (clé à chocs) on ne galère pas à bloquer le vilebrequin.

Extraction du flasque d'hélice

On poursuite avec l'extraction des engrenages d'entrainement de l'arbre à cames et de la pompe à essence, là encore avec les outils adaptés, c'est vraiment le top pour ça chez Eugenio.

Maintenant j'ai un tour mais pas de fraiseuse, alors pour faire ce genre d'outil c'est disqueuse et lime, ça marche aussi mais c'est long!

L'outil d'extraction en place

Une fois les engrenages retirés on peut sortir le dernier coussinet

On attaque la métrologie, pour les dimensions au niveau des paliers du carter et des pieds de bielles on fait 2 mesures à 90° que l'on compare aux documents constructeurs.

Contrôle des dimensions des paliers et bielles. Comme neuf sur les paliers et très bien sur les bielles.

Schéma de montage du vilebrequin

C'est parti pour le remontage. On va donc monter d’abord les clavettes, puis le coussinet (9), l’engrenage de l’arbre à cames (8), la rondelle d’espacement (7), l’engrenage de la pompe à essence (6), le clip, le second coussinet (4) puis la rondelle d’étanchéité (3).

 

Pour que les pions des coussinets (encadrés) s’insèrent correctement dans le carter, le trou doit toujours être placé côté volant moteur.

 

Le pignon d’arbre à came est chauffé pour pouvoir être monté.

Les deux petits points encadrés servent de repère d’allumage, pour synchroniser l’arbre à cames avec le vilebrequin. Ils doivent être placés à l’opposé du volant moteur.

Le vilebrequin n'est plus à poil mais seulement en sous-vêtements, je peux passer au montage des bielles.

Je graisse légèrement les nouveaux coussinets

La frappe sur la tête de bielle se mets du même côté que la frappe sur le chapeau de bielle.

Un peu de frein filet, puis serrage à 35Nm. Je tapote l’assemblage pour relâcher les contraintes et j'applique à nouveau le couple de 35Nm.

Le vilebrequin prêt à être réinstallé dans le carter

Chaque bielle se monte sur son cylindre (de 1 à 4 en partant de l’hélice vers le volant moteur). En alternant le sens des bielles tous les numéros de cylindre sont visibles (encadrés sur la photo), ce qui veut dire que si on retourne l’ensemble c’est toutes les frappes à froids pour appairer chapeaux et têtes de bielles qui sont visibles (pour vérifier que vous avez suivi!)

Montage de l’arbre d’entraînement de la pompe à essence dans son demi-carter

Je remet ensuite en place les pions de positionnement de coussinets dans le demi-carter, puis le demi-coussinet du palier du milieu, et le vilebrequin.

Côté arbre à came, je monte les demi-coussinets et n'oublie pas de graisser tout ça.

Les poussoirs d'arbre à came sont appairés à leur came, mais on a constaté au démontage qu’ils avaient manifestement étés mélangés lors du précédent démontage. Ils sont remplacés par des neufs et graissés.

Remise en place du vilebrequin, et préparation à la mise en place de l'arbre à cames

Mise en place et calage de l'arbres à cames : le point sur l’engrenage de l’arbre à cames est au milieu des deux points sur l’engrenage du vilebrequin

Pour faire le joint de carter on emploie du Loctite 573, qu’on répartit sur tout le pourtour du carter, puis on place un fil de soie qui permettra de faire l’épaisseur du joint. 

C’est une technique qui se perd, la plupart des « bricoleurs » actuels font ça au silicone haute température.

Le demi-carter prêt à être refermé

Consignes de serrage du carter

Comme pour les culasses, il y a un ordre de serrage pour les principaux écrous. 

On serre d'abord à 20 Nm pour les 2 M8 sur le dessin puis à 35 Nm pour les M12 selon l'ordre du schéma. 

On n’oublie pas de recouvrir le dessous des rondelles de silicone haute température. 

Les autres M8 sur le pourtour du carter sont serrées à 20 Nm sans ordre particulier.

Le carter est refermé, plus qu'à nettoyer l'excédent de joint pour pouvoir faire la peinture

Je monte ensuite la pompe à huile. 

L’étanchéité entre le corps de la pompe et le carter est faite avec le joint papier renforcé au Loctite 573 de chaque côté, serrage à 20Nm. 

L’étanchéité avec le couvercle de la pompe à huile est faite par le film d’huile dans la gorge.

Pompe à huile en attente de son couvercle

La pompe à huile en place, on peut attaquer le réglage du jeu axial du vilebrequin (celui qu'on ressent lorsque l'on tire sur l'hélice).

Mise en place des rondelles d'espacement, au pif initialement, puis du volant moteur

Contrôle du jeu axial du vilebrequin

Il faudra s'y prendre à plusieurs reprises pour ajuster l'épaisseur de rondelles permettant d'obtenir environ 10 dixièmes.

Ce qui est génial quand on travaille chez Eugenio c'est qu'il a fait tellement de ces moteurs qu'il a tout le matériel pour gagner du temps. Par exemple, des gabarits de masquage pour la quasi totalité des orifices.

Préparation du carter pour la mise en peinture

La peinture a séché pendant la nuit, on peut attaquer la suite. 

On commence par monter le joint spi (pour ceux qui ont suivi j’avais monté le volant moteur, mais c’était juste pour ajuster le jeu axial du vilebrequin, je l'ai démonté pour la peinture). 

Nouveau joint spi en place, adieu les fuites !

Pour le montage des segments sur les pistons, le mieux c’est que le segment du bas (le racle-huile) soit coupé du côté « ciel » de l’avion en vol (pour les avions qui volent sur le ventre la plupart du temps), assez logiquement à cause de la gravité. 

Donc dans mon cas la coupure se montera à l’opposé du numéro de piston.

Positionnement du segment racle-huile

La coupure des autres segments se monte à 120° par rapport à la coupure du racle-huile

Pour préparer les couples pistons et cylindres au montage on met un peu d’huile sur les pistions, on comprime les segments, on pose le piston avec l'outil de compression dessus sur le cylindre retourné et on tapote sur le piston pour faire rentrer tout ça bien dans l’axe.

Ensuite on monte un des deux clips de retenue d’axe et on rentre l’axe en partie de l’autre côté, et il n'y a plus qu'à faire glisser le cylindre jusqu'au carter.

Préparation des couples pistons / cylindres

Un peu de silicone haute température en bas de chaque cylindre, ensuite il n’y a plus qu’à faire rentrer la bielle, à pousser l’axe dans le pied de bielle puis monter le deuxième clip.

Assemblage des bielles à leurs pistons respectifs

Les 4 cylindres en place, je remonte le volant moteur, la poulie d’alternateur et d’entrainement de la magnéto, et je freine les vis.

 On n’oublie pas les tôles de refroidissement à monter avant les tubes enveloppes !

Encore un petit avantage à travailler chez Eugenio, c'est rien ces entretoises mais au moins tout tient bien sans avoir à mettre en place la culasse, on peut partir faire autre chose...

Ensuite, je mets en place les 4 tubes enveloppes, puis je monte la culasse et mets les 2 écrous du milieu (dans la partie sous le cache-culbuteurs). 

Je serre légèrement et surtout positionne bien les tubes enveloppes, les tiges ne doivent en aucun cas risquer de toucher les bords. 

Alors seulement je mets les autres rondelles et écrous (avec du silicone haute température sous les 4 rondelles qui sont sous le cache-culbuteurs).

Je fais le même travail sur l'autre culasse, et ensuite c'est la procédure de serrage au couple progressivement en alternant la culasse droite et gauche.

Après je monte les rampes de culbuteurs. Il faut vérifier que les culbuteurs n’appuient pas au milieu de chaque soupape mais légèrement désaxé (pour faire tourner la soupape). J’en profite pour faire le réglage des culbuteurs, qu'il faudra de toute façon reprendre après que le moteur ai tourné.

Culasses et rampes de culbuteurs installés

Après c'est le remontage de tout le reste… 

Flasque d’hélice, tôle sur les cylindres et à l’arrière, bougies, câbles de magnéto, admissions, radiateur d’huile, commande de pas d’hélice, support de carburateur, démarreur, magnéto et alternateur, etc. Ca fait du poids tout ça !

 

C'est quand même joli...

...un moteur refait

Essai au banc, satisfaisant

 

Retour à la maison et remontage du moteur sur l’avion

Vous aurez noté les deux tubes carrés sous le moteur... Encore un coup d'Eugenio qui prévoit des supports pour transporter les moteurs dans les coffres de voiture sans avoir à les caler ;)

Et c’est parti pour le vol de contrôle. On n’oublie pas de mettre du pied à gauche, après tous ces vols en CAP10 dernièrement… 

A 3000 tours stable 3 bars et 80°C à l’huile pour 10°C dehors, on peut voir que c’est le cylindre numéro 3 (pourtant devant le 4) qui est plus chaud avec 175°C contre 150°C pour le 4. Juste le ralenti à régler à l’issue du vol.

Vol de contrôle