Poulies de vilebrequin et d’alternateur

L’alternateur permet d’alimenter électriquement la voiture et de recharger la batterie. Il est relié au moteur via une courroie qui est entraînée par le vilebrequin. Le régime de rotation de l’alternateur est donc proportionnel à celui du moteur. Le souci, c’est que les moteurs Rover que nous avons dans nos Lotus étaient initialement destinés à des… Rover dont l’usage était bien entendu moins sportif que celui de nos autos.

Pour bien comprendre le problème, il faut visualiser le moteur côté distribution. Au bout du vilebrequin, on trouve la poulie de vilebrequin (ou poulie damper). Elle a un diamètre de 129 mm. Grâce à une courroie, elle entraîne la poulie d’alternateur qui a un diamètre de 48 mm. De cette différence de diamètre découle une différence de régime de rotation. Pour un régime moteur de 800 tr/m, le régime de l’alternateur sera de 2150 tr/m. Cette situation est tout à fait normale, l’alternateur étant conçu pour tourner plus vite. Le problème, c’est que l’usage sportif de nos Lotus fait que nous roulons plus souvent haut dans les tours et que l’alternateur a une limite à ne pas dépasser sous peine de le griller : 18000 tr/m.

Sur circuit, il est fréquent de prendre 7000 tr/m ce qui correspond pour l’alternateur à 18813 tr/m. Nous sommes donc au-delà de la limite théorique et c’est pour ça que cette pièce grille souvent lors d’un usage intensif de l’auto. La solution pour limiter le régime de l’alternateur consiste soit à diminuer le diamètre de la poulie entraînante (damper), soit augmenter le diamètre de la poulie entraînée.

Premier cas : réduction du diamètre de la poulie damper

Deux écoles s’affrontent concernant le remplacement de cette poulie. En effet, elle est lourde (1,755 kg – donnée non vérifiée par mes soins), présente une piste inutile et est donc à priori la meilleure voie à suivre pour ralentir l’alternateur. Elle offre aussi un intérêt : elle est amortie. Son rôle est donc d’amortir les vibrations générées sur le vilebrequin. Certains pensent que c’est inutile sur nos autos sans climatisation et qu’on est vraiment dans le détail, le moteur ayant de toute manière beaucoup plus de contraintes par ailleurs. Les autres estiment que si elle est là, c’est tout de même qu’elle a un rôle et qu’on engage la fiabilité du moteur en la supprimant. On trouve cette poulie en alu et non-amortie chez Elise Parts par exemple pour un poids de 370 grammes (1,385 kg de gain). Cette dernière a le même diamètre que la poulie d’origine et ne permet pas de ralentir l’alternateur. Elise-Spares propose un autre modèle dont le diamètre est de 85 mm. On trouvait également sur le forum Garage111 une commande groupée organisée par Picolo pour une poulie en alu de diamètre minoré (107 mm contre 129) pesant 275 g. Elle cumule donc les avantages en permettant d’économiser 1,48 kg et de ralentir l’alternateur (15604 tr/m pour un régime moteur de 7000 tr/m au lieu de 18813 à l’origine). A noter, la commande groupée offrait également la possibilité d’avoir une poulie damper allégée en alu mais de diamètre standard pour un poids de 365 grammes. Toutes ces poulies allégées (non-amorties) offrent également le gros avantage de pouvoir faire la distribution sans descendre le moteur.

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Deuxième cas : augmentation du diamètre de la poulie d’alternateur

Elise-Shop propose une poulie majorée (avec pour seule information « increases the diameter of the OE pulley by nearly twice the size »). J’ai toutefois pu obtenir le diamètre exact auprès du très réactif Yvo : 80 mm. Elle est (beaucoup) plus grande, nécessite une courroie plus longue et n’est pas en aluminium donc n’offre pas de gain de poids. Avec un tel équipement, à 7000 tr/m l’alternateur ne tourne plus qu’à 11288 tr/m. Il me semble donc clairement sous-exploité. Encore une fois, c’est Picolo qui nous offre la meilleure solution avec une poulie en alu de diamètre 58 mm (au lieu de 48) et différenciée S1 / S2 (contrairement à la solution Elise-Shop qui nécessite l’utilisation d’une cale). Avec 116 grammes sur la balance, le gain de poids est de 300 grammes environ et le régime de l’alternateur chute à 15569 tr/m à un régime moteur de 7000 tr/m. Cette solution est donc parfaite.

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Ci-dessous, ce graphique présente les différentes combinaisons possibles : en bleu, les courbes avec la poulie damper d’origine 129 mm, en vert avec la poulie Elise Spares 85 mm et en orange avec la version 107 mm. Les courbes avec un double trait représentent la poulie d’alternateur d’origine 48 mm, en tirets la poulie 58 mm et en pointillé la version Elise-Shop 80 mm. En combinant la plus petite poulie de vilebrequin et la plus grosse poulie d’alternateur, on arrive à un régime d’alternateur de 7438 tr/m pour 7000 tr/m moteur.

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Les deux solutions retenues

Comme expliqué plus haut, la poulie damper joue un rôle d’amortissement dans les vibrations subies par le vilebrequin. Il est indiqué sur le site 340R.net (paragraphe intitulé « Lightweight alternator ») que ce genre de poulie ne doit être utilisée qu’avec un vilebrequin équilibré et une pompe à huile renforcé. Ce dernier point semble également confirmé par Elise Parts qui recommande d’utiliser un pignon de pompe à huile renforcée (steel oil pump gear) dans la description de sa lightweight crankshaft pulley. Je n’ai pas pu déterminer le risque réel pour le moteur que présente le montage de cette poulie et j’ai donc profité de cette commande groupée pour commander non pas une mais trois poulies.

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Je peux ainsi répondre de manière sûre à mon besoin actuel de fiabilisation et de gain de poids (poulie d’alternateur majorée en alu) mais je pourrai également monter l’ensemble le plus light (poulie de vilebrequin minorée en alu et poulie d’alternateur standard en alu) lorsque je passerai à la préparation du bloc moteur en me penchant sur la question de l’équilibrage.

La solution la plus light et la plus efficace pour l’alternateur :

Elle consiste à monter la poulie de vilebrequin minorée en alu et la poulie d’alternateur de taille standard en alu également. Le gain est alors de 1,78 kg sans compter la courroie plus courte (et donc légèrement plus légère) qui est nécessaire.

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La courroie d’alternateur d’origine porte la référence A111E6041S. Il s’agit d’une courroie à entrainement par adhérence par opposition à la courroie de distribution crantée (ou synchrone). Son type standardisé est 5PK738, soit :

  • 5 = 5 stries (soit 4 creux)
  • PK = pas de 3,56 mm (distance entre le sommet de 2 stries). A titre informatif, il existe également les pas suivants :
    • PH (1,6 mm)
    • PJ (2,34 mm)
    • PL (4,7 mm)
    • PM (9,4 mm).
  • 738 = 738 mm de longueur

Cette courroie est trop longue pour fonctionner avec la poulie damper minorée, il faut donc prendre une 5PK705.

Comme je l’ai dit juste au-dessus, j’effectuerai ce montage en même temps qu’une éventuelle préparation moteur et en passant également au volant moteur allégé.

La solution la plus sûre et la plus efficace pour l’alternateur :

En l’état actuel des choses et pour limiter au maximum les risques pour le moteur, il s’agit pour moi de conserver la poulie damper d’origine avec son amortissement et de monter la poulie d’alternateur majorée en alu. De plus, cette solution permet de conserver la courroie d’origine.

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Les plus observateurs auront relevé une différence (autre que le diamètre) entre mes deux poulies d’alternateur (les deux plus petites) : celle qui est majorée (58 mm) à une piste supplémentaire à l’arrière tandis que celle de taille standard (48 mm) n’en a pas. Il s’agit en réalité d’une petite erreur lors de l’envoi de la commande groupée qui fait que j’ai reçu la version pour Elise S1. Au moment de la prise des photos, je n’avais pas encore procédé à l’échange avec la personne qui a reçu ma poulie d’Elise S2. Cet article sera mis à jour dès que j’aurai pesé les différentes poulies et un second sera consacré au montage. Dans cette attente et pour terminer cet article, je vous propose quelques photos de ces magnifiques pièces. Deux d’entre elles sont prises avec mon récent objectif Nikon Micro 105mm f/2.8G.

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