Culasses - pourquoi changer et laquelle ?

[Sean]

D'abord, il faut voir ce qui es dispo chez les Zs :

(quelqu'un plus doué que moi va le traduire.........)

To start, I have been collecting heads for years, and have came across many web sites that had
misleading information about the L series heads. I have decided to make my own conclusions about the
info about the different heads that will bolt onto a L series.

The heads that will bolt onto a L series block, that are accessible, include the following, starting with the
earliest to the latest:

E30= This head came on Japanese Domestic Market (JDM) cars only. It was available on the 2.0 L
series engine. This head has 37cc chambers, and SMALL intake ports. The valves are also small in
diameter. Bronze seats as well. This head would be a screaming High Compression head if someone
would take the time and put the bigger valves and do a decent port job on it as well. This head also does
have a high quench design as well.

E31= This head is available on all 240z's up to about the month of 10/70. There were about 10,000 of
these heads made. This head has 42cc chambers and is also a high quench design as well, much like the
E30, except this head has the 35mm Intake Ports and the larger valves. E31's had bronze seats as well.

E88= There are actually 3 variations of the E88. The first variation is of which it is the EXACT same
head as the E31, except it has the E88 casting code.

The second is which it has the large open chamber to where it is a 47 cc chamber now, and not the 42.

The third is where it has the open 47cc chambers and also has the large Ex valve inserted, the 260z's got
these, and to where the bore had to be notched to accept the larger valve.

N42= This head came on all 75-76 and EARLY 77 cars. It has the 47cc chamber, and this head is a
fully open head. This head was used on a fully dished piston, to where no quench was used. It has the
largest of the valves much like all 280's did. 44mm intake and 38mm ex. This is the last of the L heads
that came with bronze seats. This head has Square ex ports, and has the Injector notches as well.

N47= This head came on all mid 77 through the 1980 z cars. It has the same exact characteristics as the
N42 except that it has the cast in ex liners. These liners were cast in place, for the reason that when the
motor is running, these liners get so hot that they glow red hot, and with that you get the advantages of
them burning off the hydrocarbons that are left over in the exhaust charge. This is the first head to have
hardened seats put in all of the valves.

P79= This head is a Good head. This head came on all 81-83 NA cars. This head has the Ex liners cast
in as well, but the chamber is a HIGH quench design. The chambers are 53cc's. This head when used
with a Flat top block will yield a HIGH quench design, and will reduce detonation.

P90= This head is also a good head, as it has the same exact characteristics as the P79, except that it has
the non-linered square port ex ports. This head is wildly used for NA setups also, to where most shave
.08" off of the deck, and then insert the 75-80 valves to take up the valve lash, and then put cam tower
shims to make up the timing chain slack.

P90A= There are actually two variations of the P90A. One is the solid lifter style to where it is exactly
like the P90. The second is also exactly like the P90, except it has Hydraulic lifters

[boomer]

Pas le temps mais déjà il en manque une la MN47 C'est une culasse montée sur les Maximas de +-83 à 85.
J'en ai une (à vendre) au cas ou... elle donne 11 en taux de comp Mais avec un joint de culasse de 2 mm on passe autour de 10.5

Elle fait 39cc sortie ronde, hémisphérique, avec liners. J'ai testé, gros couple, mais j'ai remis la P90 à cause du son plus aigu. Je suis sensible à la musique

[Lazeum]

Je veux moi aussi mettre mon grain de sel.

J’ai passé beaucoup de temps à régler mon moteur ; du cliquetis, des avances pas top, les richesses pas au mieux, etc.
Aujourd’hui j’ai une bonne machine fiable mais je ne suis pas non plus complètement satisfait. J’ai donc fait des recherches pour savoir le pourquoi du comment ; )

Pour les culasses, je mets des photos mais ça sert à rien de connaître les designs si c’est pour rien en faire. Alors N42 ? P90 ? MN47, E88, N47 tout court, etc. ???

Ma seule expérience est sur la N42 quasi d’origine avec arbre à came pas tout à fait d’origine 274°/274° avec des levées à 11,6mm (MSA stage II). J’émets donc des réserves dans ce qui va suivre.

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Tout d’abord les diffs au niveau concept :
Les ouies d’échappements
Rondes : E30, E88, N47, P79, MN47
Carrées : E31, E88, N42, P90
Apparemment, il n’y aurait pas de différence au niveau performances liée à leur forme.
Certaines culasses ont aussi des passages pour les injecteurs; la petite ouverture que l'on voit sur les ports ronds d'admission (N42, N47, P79, P90)

N42 - Ports Carrés


P79 - Ports Ronds - Les bidules dans les ports sont là pour des problèmes d'émission.


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Les formes des chambres de combustion :
« Ouverte » : E30, E88, N42, N47
« Quench » : MN47, P79, P90
Qu’est ce que cela change ?
- La combustion sera meilleure car la forme des chambres va créer un écoulement des gaz dans la chambre plus turbulent mélangeant mieux les gaz.
- La chambre type « quench » comparée aux chambres ouvertes va bruler les gaz plus vite à volume égal.

=> Les chambres dites « quench » réduisent les risques de cliquetis grâce à 2 avantages :
- Les gaz sont mieux mélangés, la chambre et les gaz sont donc plus froids
- Les gaz brûlant plus vite, les avances à l’allumage pour brûler les gaz seront plus faibles (on parle de 5°)
=> Les risques de cliquetis sont donc réduits

Une autre façon de contrer le cliquetis est de faire en sorte qu’il n’ait pas le temps d’apparaître. Haut dans les tours, le cliquetis aura moins de temps pour exister. On diminue donc aussi les risques. Typiquement, le cliquetis sur mon moteur arrivait à 2500tr/m et non à 4000tr/m.
Autre exemple: La F1 tournant à +17000tr/m sont elles aussi moins sujettes au cliquetis que nos vieux moteurs tournant à 6000tr/m. Leur taux de compression n'ont rien à voir avec les moteurs courants.

Un schéma des chambres de combustion pour tout expliquer (home made!!!)
Les flux en chambre ouverte sont moins "chamboulés" qu'avec une chambre en quench qui va perturbé les gaz beaucoup plus.
J'ai représenté aussi en bleu la distance à parcourir par le front de flamme qui est directement liée à l'apparition du cliquetis)



Une chambre de combustion ouverte (E88 de 260z)


Une chambre de combustion de type quench (P90 de 280zx - sans doute déjà travaillée)

[Lazeum]

Ensuite vient la taille de la chambre de combustion et la taille des soupapes.

Exemple de différence de taille de soupapes (N42 - photo à comparer avec la photo de la chambre de combustion de la E88)



Chaque culasse permettra d’obtenir des taux de compression différents en fonction des autres pièces du moteur.

E30 = 37cc
E31 = 42.4cc
E88 = 44.7cc
N42/N47 = 44.6cc
P79/90 = 53.6cc

Pour faire des essais… (Pas sur de la précision des données)
http://www.ozdat.com/ozdatonline/enginedesign/

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Donc quoi faire avec tout ça ?
Si on a un moteur d’origine : Rien, on met de l’origine.

Si on cherche des perfs (donc L28) : (tout ceci est vrai avec des pistons plats)
Si on n’a pas d’argent, une P79 ou P90 d'origine semble à mes yeux les culasses les mieux adaptées

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Si on en a un peu, une P79 ou P90 qu'on va préparer légèrement
On remplacera les soupapes par des plus grosses, on meule un peu la culasse pour gagner en compression (~2mm). Cela nécessite un peu de calcul. Pour que la forme de la culasse soit efficace, il faut que les pistons s’approchent très près de celle-ci. L'effet du quench ne fonctionne que si l'écart entre la culasse et les pistons est suffisamment petite (ne pas oublier les effets de dilatation et de déformation/allongement des bielles dans les calculs).

La mesure importante est donc la différence de hauteur entre le haut du piston au PMH et la surface du bloc ainsi que l'épaisseur du joint de culasse une fois compressé (ça sert à rien de le mesurer "à vide").

=> Meuler la culasse va réduire la tension dans la chaine de distribution, il faut pour cela installer des cales pour rehausser tout ce qui concerne la poulie. Ça demande donc un réajustement aussi des poussoirs avec des nouvelles cales, idem pour les ressorts, etc.

Un peu de meulage doit aussi pouvoir se faire, il faut faire attention à ce que l’on fait. Le but est de rendre l’écoulement des gaz plus laminaire pour gagner en débit sans perdre en vitesse des gaz. Si les gaz perdent en vitesse, le moteur perdra automatiquement en couple jusqu’à ce que les vitesses (tr/min) soient redevenues suffisantes.
Si on fait mal l'opération, les gaz ne seront plus laminaires mais turbulents, résultat: on perd la où l’on croit avoir gagné.

Hormis le taux de compression, c’est souvent la taille des conduit qui va différencier une culasse typée course et une culasse typée route.

Pour info, l’endroit le plus critique au niveau des flux est juste au dessus des sièges soupapes. Il faut chercher « unshrouding » en anglais pour en savoir plus.

Voila des courbes pour donner une idée des différences de flux entre des culasses copieusement préparées ou non (crédit à 1 fast Z du forum HybridZ via www.bandmzcars.com ):
(La culasse KA24 est un truc spécial, je mettrais une photo par la suite)




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Si on a beaucoup d’argent: Je prendrais une N42 que je préparerais complètement : Ajout de matière dans les chambres ouvertes de la N42 pour créer un quench, polissage et unshrouding, resurfaçage, etc.
Ces opérations sont réservés à ceux qui savent. Honnêtement, je pense que de tenter des trucs comme ça soi-même peut apporter des résultats pire qu'avec une culasse non touchée.


Voila à quoi le ressemble le boulot. Une bonne culasse comme celle-ci doit bien pouvoir faire gagner 40cv sur un moteur déjà prêt (un peu comme le mien), elle doit bien couter 1500$ (20-30h de boulot?) [EDIT]: Maintenant que j'ai commandé ma culasse préparée, je connais mieux les prix... c'est plus dans les 4000$ pour une culasse comme celle ci avec les chambre à combustion redessinées
Il s'agit d'une N42 préparée par Rusch Motorsports (aka Braap sur HBZ)
Reconnaissez-vous la chambre de combustion de la N42 ?!!?

On voit bien sur la photo la matière qui a été ajoutée et retirée!
On voit aussi l'outil sur le haut de la photo qui usine les sièges de soupapes.


Une autre photo où l'on voit aussi le travail pratiqué dans les conduits.



Je pense que chacun des préparateurs a sa propre sauce, on approche quand même quelque part d’un art.
Que penser d’une culasse d’un préparateur alors? Si je prends l’exemple de la culasse Samuri de Chico. Mon interprétation laisse dire que la chambre de combustion ouverte n’est pas l’idéal. S’ils ont fait ça, il doit y avoir une raison que j’ignore mais il y en a une. Peut être est elle destinée à montée haut dans les tours (Samuri faisant avant tout des voitures de courses)
Voit-on beaucoup de culasse Rebello en photo ? (Sylvain, photo ?) Chacun essaie de garder son secret… c’est le but du jeu et du business.



La P90 n’est pas la préférée par les préparateurs car elle a ses conduits moins fluides qu’une N42 par exemple. La hauteur des chambres de combustion (cf. mon super schéma) impose aux conduits d'avoir des angles plus serrés dans la culasse. L’écoulement est donc moins bon.
C’est pourquoi ils préféreront la plupart du temps une E31, E88 ou une N42/47 qui peut se transformer avec une chambre à combustion avec un « quench » sans perdre en flux d’air. On voit cependant des prépa à base de P90, la différence ne doit pas être si grande…

[Lazeum]

Pour les Turbo, Qu’en est-il ????
Tout le monde ne pense qu’à une P90 car les versons turbo sont venues ainsi. Or son avantage est d’avoir une chambre de combustion plus importante ainsi qu’une forme limitant le cliquetis.

Là on a deux solutions pour un truc qui marche:
- Pas les moyens => P90
- Plein d'argent => N42, E31 préparée + bielles et pistons spécifiques.
- On est vraiment fort, blindé d’outils => Culasse préparée par www.bandmzcars.com

Il faut savoir que TimZ sur hybridZ sort 700cv de son L28 avec une culasse N42. Elle est tout simplement revue pour accepter ce genre de solution.
Ensuite une N42 se monte telle qu’elle dans un L28 en version turbo. Tout dépendra des pistons choisis avec. Si on prends des plats avec des pressions hautes => Boom !!!

www.bandmzcars.com a lui utilisé 3 culasses de KA24, le moteur qui équipe les s14 aux USA (appelées 240sx là-bas). C’est une moteur 2.4L atmo 4 cylindres à double arbres à cames en tête.
Il les a coupées, ressoudées ensemble. Il les a aussi polies, ré-usinées, resurfacées.
Il s'est aussi arrangé pour les conduits de liquide de refroidissement s'ajuste, etc.



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Pour mon cas perso après ces recherches :
J’ai un L28 avec interne d’origine réalésé (je ne sais pas de combien), pistons flat top, N42 quasi d’origine (sans doute juste ébavurée), Came en 274/274° avec des levées de 11.6mm.

Je me suis battu avec le cliquetis et mes avances à l’allumage qui sont bien faibles pendant longtemps pour finalement pas grand-chose (28-29° d’avance totale au lieu des 34-36° recherchées).

Clairement mon setup est orienté « taux de compression » au lieu d’une optimisation des avances.
=> La combustion dans mon moteur est LOIN d’être optimale. Une bonne culasse m’aiderait à gagner plein de chevaux. J’ai donc aussi arrêter de chercher à mieux régler mon moteur puisque c’est peine perdue, maintenant je le sais (et vous aussi si vous avez lu jusque là !)

Donc 3 solutions:
- Je tourne avec une essence au taux d'octane plus élevé que le 98
- Je recherche une culasse P90 qui je ré usinerais
- Je craque et je fais venir des US une culasse full prépa. J'y pense sérieusement, les taxes US m'ont fait un bon cadeau lors de mes déclarations ) [EDIT]: Et depuis j'ai craqué


et pour finir, le mot de la fin:
IL FAUT ADAPTER SES ORGANES ENSEMBLE ET PLANIFIER LES BUTS QUE L'ON RECHERCHE!!!!
ça ne sert à rien d'avoir une culasse géniale si l'échappement, l'admission ou l'allumage ne suivent pas!


PS: Si, si, j'ai une vie. J'ai juste eu le temps en quelques jours de regrouper des infos suite à des interrogations personnelles

[nissag250]

bonjour, Mathieu, très intéressant ton post, comme toujours ! ( lèche botte )
Paul Ruschman/Braap, c'est un bon pour les explications avec photos à l'appui,
Par contre , toi qui parles anglais à la perfection: unshrounding, ça veut dire quoi techniquement ? je m'en doute un peu mais une confirmation serait la bienvenue
Autre chose, il a toujours été dit que les culasses hémisphériques étaient les meilleures, celles sans quench devraient donc être bonnes, j'ai u mal à saisir sur le cliquetis
salut

[boomer]

unshrounding

Ouvrir la culasse autour des soupapes pour augmenter/faciliter le mouvement des gaz. Souvent les grosses soupapes passent très près des bords de culasse en arrondissant autour jusqu'aux limites du joint de culasse on profite VRAIMENT des grosses soupapes. Il faut aussi dans l'absolu s'attaquer au dessous des soupapes, il y a des petits chevaux à gagner là aussi

[Siion]

Lazeum ======> MERCI

Pour info (a valider) j'ai toujours entendu dire que les culasse type "quench" était plus propice au injection et au turbo (du au meilleur mouvement des gaz dans la chambre). Leur refroidissement est aussi meilleur (toujours dû au même phénomène ) et que les soupape bénéficie d'un meilleur "balayage" du fait de leur position décalé.

Maintenant je pense que avoir de bonne perf ne sert a rien sans fiabilité et que parfois certain compromis sont cruel.

[datsun240z]

Une chambre de combustion de type quench (P90 de 280zx - sans doute déjà travaillée)

oui, très très travaillée

une P90 atmo standard, c'est ça (issue d'une 280zx UK) :

[datsun240z]

Tout d’abord les diffs au niveau concept :
Les ouies d’échappements
Rondes : E30, E88, N47, P79, MN47
Carrées : E31, E88, N42, P90
Apparemment, il n’y aurait pas de différence au niveau performances liée à leur forme.
Certaines culasses ont aussi des passages pour les injecteurs; la petite ouverture que l'on voit sur les ports ronds d'admission (N42, N47, P79, P90)

La E88 a 3 designs différents 1972 et 1973 en petites soupapes puis 260z avec grosses soupapes.
La 1972 est dite la meilleure des 3 moyennant y installer des grosses soupapes.
Les ports d'échappement carrés sont a priori meilleurs d'après la littérature

[datsun240z]

Voila à quoi le ressemble le boulot. Une bonne culasse comme celle-ci doit bien pouvoir faire gagner 40cv sur un moteur déjà prêt (un peu comme le mien), elle doit bien couter 1500$ (20-30h de boulot?)
Il s'agit d'une N42 préparée par Rusch Motorsports (aka Braap sur HBZ)
Reconnaissez-vous la chambre de combustion de la N42 ?!!?

On voit bien sur la photo la matière qui a été ajoutée et retirée!
On voit aussi l'outil sur le haut de la photo qui usine les sièges de soupapes.


Une autre photo où l'on voit aussi le travail pratiqué dans les conduits.



Je pense que chacun des préparateurs a sa propre sauce, on approche quand même quelque part d’un art.
Que penser d’une culasse d’un préparateur alors? Si je prends l’exemple de la culasse Samuri de Chico. Mon interprétation laisse dire que la chambre de combustion ouverte n’est pas l’idéal. S’ils ont fait ça, il doit y avoir une raison que j’ignore mais il y en a une. Peut être est elle destinée à montée haut dans les tours (Samuri faisant avant tout des voitures de courses)
Voit-on beaucoup de culasse Rebello en photo ? (Sylvain, photo ?) Chacun essaie de garder son secret… c’est le but du jeu et du business.

Je "connais" cette culasse pour avoir échangé pas mal avec son propriétaire; elle a été installée sur un bas moteur 3.2 Rebello avec un retravail de la culasse par Rebello. Elle est en Angleterre.
Les préparateurs ont leurs secrets de famille et ne divulguent pas, c'est normal!
Comment est une culasse Rebello? je n'en sais rien... jamais vu! déjà il y a plusieurs designs possibles à taux de compression et arbres à cames différents. Ce que j'en sais, c'est qu'elles ont un flux d'air reccord et que c'est leur clef

Pour la Samuri, je pense qu'il y a aussi la mise au point globale et le but recherché... je ne suis pas compétent pour répondre mais je suppose...
il y a 20ans, les allumages n'étaient pas ceux d'aujourd'hui, j'imagine que le compromis taux de compression, design de chambre etc en étaient influencés.
Pour un moulin qui vise la plage 6000-8500tr, la chambre est également sans doute différente que pour un autre qui recherche le couple?
Alors pourquoi est elle comme ça et pas autrement... no sé!

[datsun240z]

merci pour ce reportage en tout cas!

il y a quelques années, j'avais commencé (mais jamais fini...) un reportage ici
http://datsun240z.free.fr/Culasses.htm

il faudrait changer de technologie pour un truc plus interactif genre wiki, hum, une idée pour améliorer le forum, non?

[Sean]

La Samuri culasse a était re-travailler avec des connaissances gagner depuis la conception initial - elle est fait pour soit les L26, soit les L28s.

J'ai un 3.1 avec P90 culasse, je connais un 3.2 avec une E88 - chaque spécialist a ses propres preferences donc je ne voir pas une mieux que l'autre ET EN PLUS, ça depend sur trop des variables :

L ? avec ? cc
preferences personnel (combien des tours - je connais un qui s'aime des 7000+ - je suis content déjà avec 6500 max)
budget
applications (route, 'fast' route, circuit - spécialisé - course à côte etc, etc
materiaux dispo.

Maintenant laisse tomber les N47s, en tout cas, il y a pas beaucoup hors les états-unis, je suis sur qu'il y a eu qui sont mieux pour les plus gros cylindré (L28 plus) et les japonais ont un preference pour les N42s des 1eres modeles car ils considerent que le 'casting' est de meilleur qualité.

[Lazeum]

Je "connais" cette culasse pour avoir échangé pas mal avec son propriétaire; elle a été installée sur un bas moteur 3.2 Rebello avec un retravail de la culasse par Rebello. Elle est en Angleterre.

C'est bien celle ci. As tu plus d'infos dessus? Genre travail effectué par Rebello qui semble minimal selon les dire de Braap? J'ai envoyé un email à Braap pour voir ce qui pouvait faire me concernant. Intéressnt donc de savoir où en était son travail - fait au passage en 2006 (et n'ayant reçu que des points positifs de la part de Rebello)
Qu'en est'il du moteur au complet? Tourne t'il déjà? Qu'en pense son proprio?

Sinon, concernant la culasse Samuri qui intéresse les gens du forum, elle doit bien allé avec des cames pointues (>300°) pour aller chercher les haut régimes. C'est selon moi une culasse adaptée pour aller chercher de la puissance.

[Lazeum]

merci pour ce reportage en tout cas!

il faudrait changer de technologie pour un truc plus interactif genre wiki, hum, une idée pour améliorer le forum, non?

Y'a pas de quoi!
Si on commençait par mettre les posts clé en "sticky" pour retrouver les infos importantes en première page?