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)?
...
Vous en voulez encore plus, alors
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