Les bases de la puissance adaptées au 3SGTE
1ère partie - 2ème partie

Traduit du site http://www.mrcontrols.com et un grand merci a "Jean Francois de RPM Francorchamps" pour l'avoir traduit (pour le MR2) mais mise a part le mode de transmission c'est pareil.

Toyota a conçu le 3S-GTE pour la course et l'a fait très prometteur. La deuxième génération du moteur a été configurée pour le MR2 Turbo pour fournir une haute fiabilité et pour rencontrer les normes anti-pollution. La version d’origine US de 91 produit 200 HP au volant moteur. Avec une perte de 20% nous arrivons aux environs de 160 HP aux roues arrières (160rwhp). Puisque le 3S-GTE est substantiellement « étranglé » d’origine, il n’exige que quelques petits efforts pour obtenir 50% à 70% de puissance en plus.

Cet article fournit une « roadmap » à ceux qui souhaitent améliorer les performances de leur 3S-GTE. Il explique ce que je crois être actuellement la meilleure façon pour gagner de la puissance rapidement et de manière fiable. Mon analyse et mon expérience directe de nombreux passages au banc et de différentes configurations m’amènent à la conclusion que beaucoup de voitures ont été modifiées de façon coûteuse, inefficace et peu fiable. J'ai rassemblé ici une série de modifications qui, si elles sont appliquées convenablement, peuvent vous mener à une puissance de 250-275 rwhp.

« Convenablement appliquées » signifie que quand il est spécifié de passer la voiture au banc et de faire les règlages nécessaires il faut réellement le faire. Bien entendu il vous en coûtera de l'argent et vous n'obtiendrez pas quelque chose que vous pouvez montrer (mis à part un graphique que vous pourrez exposer) mais cela vous donnera une vue sur vos gains de puissance et vous dira si quelque chose vous empêche d’atteindre la puissance que vous recherchez. Je parlerai également des moyens pour atteindre des puissances dépassant 275 rwhp, ce qui exige beaucoup plus d’argent et d’effort.

Malgré que je mentionne des produits spécifiques dans certains cas, je ne crois pas qu’il faut perdre du temps à se demander quelle marque d’admission, d’intercooler ou d’échappement particulier il faut acheter aussi longtemps qu'ils rencontrent les spécifications recherchées. Il y a encore un petit gain de puissance à gagner en essayant de trouver le « meilleur » de ces produits. Dans la majorité des cas, ce qui est le mieux à une étape particulière devient juste suffisant voir inadéquat à l’étape suivante, donc ma suggestion sera de choisir parmi ces produits ceux qui rencontrent les spécifications basée sur le prix, la disponibilité ou vos préférences et l’évolution future désirée. Les bases de la puissance

La puissance dans un moteur à combustion interne résulte du mélange de la bonne quantité de carburant avec la bonne quantité d'oxygène de gaz inerte dans les cylindres ainsi que l’explosion de ce mélange au bon moment.

Quand le mélange d'air-carburant brûle, il chauffe les produits dérivés gazeux de combustion et de gaz inertes présents dans le cylindre. Cette chaleur élève la pression grâce à laquelle les gaz poussent contre le piston et produisent l'énergie mécanique qui mettent les roues en mouvement.

Comment pouvons-nous produire plus de puissance ?

Plus les gaz sont chauds, plus ils poussent le piston et plus on a de puissance. Il y a, cependant, des limites à la température des gaz que vous pouvez atteindre avant qu'ils n’endommagent le moteur. Le paramétrage du mélange d'air-carburant pour garder les températures de combustion dans une plage optimale pour produire le plus de puissance sans détruire le moteur est décisif.

Plus les gaz sont compressés dans le cylindre avant l’allumage, plus la puissance produite sera importante mais il y a une limite sérieuse ici aussi parce que la compression chauffe rapidement le mélange air-carburant et crée la « détonation » qui est en fait l'explosion incontrôllée du mélange air-carburant. La détonation explose littéralement comme une bombe dans le cylindre et peut réellement exploser des bougies, trouer les pistons, les bielles et les roulements. La détonation est un « tueur » de moteur et il faut la garder sous contrôle à tout instant.

Plus la quantité de mélange air-carburant qui se déplace par le moteur dans un temps donné est élevée, plus il y a de puissance produite. Il y a quatre façons pour augmenter la quantité de mélange air-carburant qui passe par le moteur et chaque une de celles-ci à été utilisée seule ou combinée pour augmenter la puissance.

1. La première façon sera d’augmenter le volume qui est déplacé entre le point où le piston est complètement en bas (Bottom Dead Center or BDC) et le point ou il est complètement en haut (Top Dead Center, or TDC). La somme des volumes de chaque cylindre est la cylindrée du moteur. La cylindrée du 3S GTE d’origine est de 1998cc (cm³) ou 121,9 pouces³.

Il y a trois façons pour augmenter la cylindrée :

1. Vous pouvez augmenter le diamètre de chaque cylindre.

2. Vous pouvez augmenter le « stroke »(temps) du piston, qui est la distance que le piston parcourt du TDC au BDC.

3. Finalement, vous pouvez ajouter plus de cylindres ce qui, comme vous le devinez, n'est pas facile à faire sans passer à un moteur complètement différent.


2. La deuxième façon pour faire passer plus de mélange air-carburant par le moteur est d’augmenter la vitesse de rotation du moteur. Le 3S GTE est moteur quatre temps. Ceci signifie que ses soupapes s’ouvrent pour laisser entrer de l'air dans un cylindre une fois toutes les deux rotations du vilebrequin. Donc, la quantité d'air exprimée en Feet³ par minutes (CFM) qui doit se déplacer par le 3S GTE est : CFM = (121,9/1728) * (RPM/2)

Pour diverses raisons, un moteur ne déplace jamais exactement cette quantité d’air. Un terme pompeux appelé l'Efficacité Volumétrique (VE – Volumetric efficiency) est introduit pour modifier l'équation et pour refléter la quantité d’air qui se déplace en fait par le moteur : CFM = (121,9/1728) * RPM/2 * VE

Une chose très importante à se souvenir s'est que la VE n'est pas constante, mais change avec le régime moteur (RPM) et la charge du moteur. La plupart du temps, elle a approximativement une valeur de 0,9 ou 0,95 ce qui revient à dire que le moteur déplace 90% à 95% de la quantité potentielle d'air qu’il est théoriquement capable de déplacer.

3. Ceci nous amène à la troisième façon pour déplacer plus le mélange air-carburant par le moteur : améliorer sa VE.

4. La quatrième façon pour augmenter la quantité de mélange air-carburant est d’augmenter la densité du mélange air-carburant.

Il y a deux façons pour faire ceci :

1. La première est de diminuer la température du mélange. Plus basse est la température d'un gaz, plus il est dense.

2. La deuxième façon pour élever la densité du mélange air-carburant est d’augmenter sa pression. La pression atmosphérique normale au niveau de la mer est approximativement 14,7 livres par pouce carré (psi). Les compresseurs et les turbos sont les appareils les plus communs utilisés pour augmenter la densité du mélange air-carburant. Ces appareils peuvent élever la pression du mélange au-dessus de la pression atmosphérique ambiante. La différence entre la pression qu’ils produisent et la pression atmosphérique nominale est appelée « boost pressure ».

Appliquer les Principes fondamentaux au 3S GTE :

La première et la plus importante chose à faire avant d'entreprendre n'importe quelles modifications au 3S GTE sera d’amener le moteur dans un état susceptible d’accepter ces modifications. Exécuter l'entretien fondamental qui peut avoir été négligé par vous ou le propriétaire précédent. Une vidange, un nouveau filtre à huile, les bougies, un distributeur, le rotor, les câbles de bougies et une vidange du système de refroidissement doivent être les premières priorités avant vos modifications. Il faut aussi se souvenir qu'un moteur modifié est moins tolérant à un manque d'entretien et que le prix à payer pour une augmentation de performance est entre autre un entretien régulier et efficace.

La solidité, un ratio de compression modéré et un intercooler permettent au 3S GTE d’origine d’accepter facilement des pression de turbo plus élevée qu’à l’origine. La « Boost pressure » d’origine est de maximum 10-11psi(0.7bar). Avec l'addition de trois appareils simples et bon marchés, celle-ci peut être augmentée sans risque à 15 psi(1bar) pour un gain de presque 10rwhp par psi(0.68bar) supplémentaire de pression. Après avoir fait ceci, vous pouvez compter produire approximativement 200 rwhp.

• Premierement, vous avez besoin d'une jauge de pression précise pour être certain que vous ne dépassez pas les 15 psi(1bar). La jauge d’origine de pression est lente à répondre, s’arrête avant 15 psi(1bar) et il n’y a pas de chiffres pour vous permettre de mesurer la pression.

• Deuxièmement, vous avez besoin d'élever le point de coupure de carburant prévu au environs de 12 psi(0.90bar) à 16 ou 17 psi(1.1bar). Ceci peut être fait facilement et pour bon marché.

• Finalement, vous avez besoin d'un boost controller pour élever pression d’origine à 15 psi(1bar). Les contrôleurs manuels de boost sont bon marché et font bien le travail alors que les contrôleurs de boost électroniques sont plus chers mais permettent l'ajustement facile depuis l’intérieur du véhicule. Si vous optez pour un contrôleur manuel de boost, privilégiez un type « ball and spring type »(relief-valve) au lieu d'un type « bleeder type »(fuite). Les contrôleurs de « ball and spring » gardent la wastegate fermée jusqu'à ce que vous approchiez la limite de boost désirée alors que les types « bleeder » laissent la wastegate partiellement ouverte à pression réduite et ont pour résultat une transition plus lente pour obtenir le « full boost ».

Afin de maintenir la température des cylindres la plus basse possible à pression élevée et assurer que l'allumage d’origine garde l'étincelle efficace, vous pouvez remplacer les bougies d’origine avec une série de NGK 6097 en cuivre. Celles-ci sont plus froides que les bougies d’origine pour garder la détonation sous contrôle. Vous devez garder l'écart à 0,028", qui est un petit peu moins qu’à l’origine afin que le système d’allumage garde l'étincelle forte et fiable même sous hautes pressions. Celles-ci auront besoin d'être remplacées chaque 5K miles(8Mkms) plus ou moins. Noter que vous n'avez pas besoin de faire d’autres changements au système d'allumage d’origine à ce stade.
C'est un mythe que de croire que vous pouvez gagner plus de puissance en remplaçant d’autres composants d'allumage sur le 3S-GTE. Tout ce que l'allumage peut faire c’est faire perdre de la puissance s'il est « faible » ou ne fonctionnant pas convenablement. L'allumage et les composants d’origine, mis à part les bougies sont suffisantes jusqu’à 17-18psi(1.2bar) dans de bonnes conditions de fonctionnement.

Parce que le moteur a besoin d'air pour produire de la puissance, une petite mais certaine quantité de puissance sera gagnée en remplaçant la prise d'air d’origine par une admission moins restrictive. A 15 psi(1bar) de boost, vous pouvez compter gagner 2-3rwhp supplémentaires avec une admission relativement bon marché. L’admission n'est pas aussi critique sur un moteur à turbocompresseur que sur un moteur atmosphérique parce que le compresseur peut mieux compenser une admission restrictive qu’un moteur atmosphérique. Après avoir amélioré cette admission, vous devriez faire presque 205rwhp.

Beaucoup plus important sur un 3S GTE d’origine qu'une admission moins restrictive est un échappement moins restrictif. La portion la plus restrictive de l'échappement d’origine est le « b-pipe » entre le downpipe et le silencieux. Ce tuyau contient un petit convertisseur catalytique. Il y a beaucoup d'échappements « aftermarket » qui remplacent le silencieux et le b-pipe d’origine. Choisissez un construit avec du 2,5" ou 2,75" . N'importe quel de ceux-ci produira un supplément de 10rwhp. Si vous avez la chance d’habiter un emplacement sans restrictions d'émission, remplaçer le downpipe d’origine avec un downpipe de 2,5" vous fera gagner 5rwhp supplémentaire. A ce point, vous devriez pouvoir vous situer autour de 220rwhp au dyno.

Pour établir une fiabilité stable pour les prochaines étapes, il est prudent de faire la modification suivante à votre 3S GTE qui empêchera la détonation. Un bon intercooler latéral ajoutera 5rwhp supplémentaire. Cet intercooler plus large produira de la puissance de deux façons. Premierement, il refroidira mieux l’air compressé que l'unité d’origine. Deuxièmement, il y a moins de baisse de pression à travers ce nouvel intercooler qu’à travers l'unité d’origine, donc le turbo a moins de travail à faire pour atteindre la pression désirée. Ceci signifie que cet air plus frais atteindra l’admission et produira plus de puissances aux roues. Maintenant que vous avez plus de refroidissement de votre côté, ajoutez un autre psi de pression pour vous amener jusqu'à 16 Psi(1.1bar) et vous obtiendrez 5rwhp supplémentaire. Si vous avez fait toutes les modifications mentionnées jusqu’à présent, vous devriez faire environs 230rwhp.

L’admission et le TVIS ont été conçus pour fournir un couple optimal à bas régime et flux idéal à haut régime en utilisant une double entrée par cylindre par l’intermédiaire de soupape « papillon » gardées fermées à bas régime pour augmenter la vélocité d'air et ouvert à plus haut régime pour augmenter la capacité de flux. Le point correct d'ouverture du TVIS baisse en même temps que la VE s’améliore (meilleur échappement, le turbo, les soupapes ou les cams).

L'ECU garde un point d'ouverture fixe autour de 4200RPMs ce qui est trop haut pour les moteurs modifiés. Par conséquent, il y aura une baisse de couple autour de 3800 RPM à 4200 RPM.

L'ECU utilise aussi le TVIS pour réduire la VE du moteur s'il a détecté de la détonation dans un passé récent. Ceci peut causer des variations dans les performances sans cause apparente. Le TVIS est gardé fonctionnel aussi longtemps que vous continuez à utiliser l’admission d’origine mais vous devez contrôler le TVIS avec un MSD RPM.

Vous devrez acheter un MSD 8950 avec un module RPM approprié, ce qui sera inclus avec le MSD 8743 (pour 100 RPM paires) ou MSD 87431 (100 RPM impaires) .

La plupart des 3S GTE modifiés devront ouvrir le TVIS entre 3600 et 3900 RPM. Le seul moyen pour savoir exactement est de passer la voiture au banc, et de faire un test à 4500RPMs avec le TVIS ouvert et un autre avec le TVIS fermé en gardant tout le reste inchangé. Alors, le point qui joint les deux courbes de couple sera votre meilleur point d'ouverture.

Le meilleur endroit pour installer le switch MSD 8950 est dans la baie moteur près de la bobine. Couper les boucles rouges et bleues sur le switch puisque vous allez utiliser un moteur de 4 cylindres. Mettez à la masse le fil noir à n'importe quel boulon qui entre en contact avec le châssis.

Avec la clef de contact sur la position OFF, tirer le connecteur (2 pins) de la bobine et soudez le fil rouge du commutateur au fil noir avec une raie rouge. Soudez le fil blanc du commutateur au fil noir avec une raie blanche. Je vous recommande d’utiliser une bonne soudure ou connexions pour faire ceci. Replacer le connecteur dans la bobine.

Maintenant aller sous l’admission et localiser la soupape de TVIS. Cette soupape a un tuyau de « vide » qui va au mécanisme de positionnement du TVIS, un autre tuyau de « vide » allant à une boîte métallique bleu/violet montée sous l’admission et un connecteur électrique de 2 broches. Débrancher le connecteur et coupé le fil vert avec une raie noire à plus ou moins deux pouces du connecteur. Couvrir la fin de ce fil du harnais moteur avec la bande adhésive. Connecter l'autre bout de ce fil allant au connecteur au fil gris du MSD 8950. Utiliser une paire de connecteurs « spade » pour que vous puissiez facilement revenir aux règlages d’origine ou contrôler le TVIS à la main pour vous aider à trouver le point d’ouverture au dyno. Reconnecter le connecteur

Pour l'intérim, installer un module 3800 ou 3700 RPM dans le commutateur. Maintenant vous avez juste besoin de trouver le meilleur point de d’ouverture au dyno comme expliqué cidessus. Pour garder le TVIS ouvert, vous pouvez débrancher le fil gris de la soupape de contrôle de TVIS et le laissez pendre dans l'air. Pour fermer le TVIS, mettez le fil qui va à la soupape de TVIS à la masse. Si vous ne remarquez pas de différence, votre système de TVIS ne fonctionne pas convenablement et vous devez suivre les directions dans le BGB pour le diagnostiquer.

La modification suivante est plus difficile et exige l'usage d'un sensor wideband O2 (l'oxygène). La plupart des établissements qui font des passages au banc accrocheront un de ceux-ci à votre voiture pendant que vous utilisez le dyno (et s'ils ne font pas, aller ailleurs). L'ECU d’origine (-- l'ordinateur qui contrôle le moteur) est programmé pour délivrer beaucoup de carburant supplémentaire au dessus d’une pression boost de 12 PSI(0.82bar) pour éviter le risque de détonation. Ce carburant supplémentaire, cependant, réduit le puissance en abaissant les températures de combustion que nous pouvons regagner en « abaissant » le mélange d'aircarburant pour qu'il y a un petit peu moins de carburant et un petit plus d'air que ce que l’ECU est programmé pour livrer.

La « meilleure » proportion d'air-carburant (AFR) pour le 3S GTE est autour du 11.5:1. La manière la moins chère pour baisser l’AFR de façon sure sera d’ obtenir un régulateur de pression de carburant ajustable, une jauge de pression de carburant bon marché et une gestion de carburant informatique tel que le S-AFC. Certains vous diront que vous avez seulement besoin d'un S-AFC, mais la combinaison la plus sûre sera d’ utiliser ces trois éléments.
Installer le régulateur de pression de carburant et le S-AFC. Régler le S-AFC à zéro ajustement et ajuster la pression de base de carburant à 35 PSI(2.41bar) (la pression de carburant de base est la pression quand la pompe de carburant fonctionne mais le moteur pas, insérer un trombone dans votre connecteur diagnostique entre +B et FP pour produire cette condition).

Prendre la voiture à un dyno et accrocher lui un wideband O2 sensor. Ajuster la pression de carburant de base à 30 PSI(2.07bar) et ajouter environ 10% carburant à chaque point RPM.

Faire une mesure sur le dyno et imprimer le graphique AFR. Il doit commencer autour de 14.5:1 et rapidement baisser pour approcher du 10.0:1 ou même plus bas.

Utiliser le S-AFC pour retirer un petit peu de carburant dans les zones au-dessus de 3500 RPM où le AFR est sous les 11.5:1 mais n’allez pas sous le niveau d’origine (0%). Quand vous (ou le tuner) aurez fini, vous devriez être ou approcher un AFR de 11.5:1 sous haute pression et vous devriez avoir gagné un autre 10-15rwhp pour vous situer dans les 240- 245rwhp.
Ceci équivaut à 300 hp au volant, ce qui est 50% de plus que le 3S-GTE d’origine.
Pas mauvais pour un investissement de $1000-$2000 dollars.

Ceci est le maximum que vous pourrez sortir du 3S GTE avec le CT 26 d’origine. …Vous avez maintenant une grande décision à prendre : restez-vous là où vous êtes et est-ce assez bon, voulez vous un petit peu plus ou voulez vous véritablement de la puissance plus sérieuse (et donc plus chère)?
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