Allumage (moteur)
L'allumage est l'amorce de la combustion de l'essence dans un moteur à allumage commandé.
Description du phénomène
Pour s'enflammer, le mélange air-essence, un gaz contenu dans le cylindre, doit subir une élévation de température permettant de porter une partie de sa masse au-dessus de sa température d'inflammation (ti-380 °C).
Sur les premiers moteurs, on utilisait une lame de platine chauffée au rouge par un brûleur.
Sur les moteurs modernes, on utilise une bougie électrique.
L’inflammation du mélange air-essence est provoquée par un arc électrique (étincelle) qui jaillit entre les électrodes d'une bougie d'allumage placée dans la chambre de combustion.
L'énergie calorifique dissipée par l'étincelle élève localement la température du mélange et provoque ainsi son inflammation depuis la petite zone proche de la bougie, provoquant la combustion dans la chambre.
L'avance à l'allumage
L'avance à l'allumage est définie par l'angle de rotation volant qui sépare l'instant d'étincelle du PMH (point mort haut).
- Un décalage du point d'allumage en direction du PMH correspond à une variation dans le sens retard.
- Une correction dans l'autre sens correspond à une variation dans le sens avance.
Point d'allumage et cliquetis
Un excès d'avance engendre des pressions et des températures très fortes dans le cylindre. Dans certains cas de fonctionnement, ces conditions peuvent entraîner un processus de combustion anormale : le cliquetis.
Les conditions de fonctionnement moteur variant, il est nécessaire d'adapter en permanence l'avance à l'allumage en fonction des paramètres moteur (régime moteur, remplissage des cylindres, température moteur et échappement…)
Calcul de l'avance à l'allumage :
Angle =
= Nombre de tours par minute
Longtemps l'avance à l'allumage fut réglée de manière plus ou moins fine à l'aide des automatismes situés sur l'allumeur : avance à dépression (pompe à vide reliée à la pipe d’admission) et avance centrifuge (‘masselottes’ animées par la force centrifuge à l’intérieur même de l’allumeur).
Aujourd'hui, les calculs sont précis et exécutés par un calculateur.
Cela permet entre autres une plus grande fiabilité par la disparition d'éléments mécaniques soumis à l'usure, ainsi qu’une précision accrue du déclenchement et de la durée de l'étincelle pour des performances optimales.
Nombre de systèmes d'allumage
Le plus souvent, on utilise un seul système d'allumage, même s'il y a plusieurs cylindres. Dans ce cas, on répartit les étincelles grâce à un distributeur (Delco).
On peut aussi utiliser un système d'allumage indépendant par cylindre ou groupe de cylindres. Par exemple, un moteur à trois cylindres peut avoir trois systèmes d'allumage indépendants. Cela permet de se passer de distributeur, mais oblige à utiliser plusieurs bobines et rupteurs.
Les motocyclettes utilisent souvent des bobines à deux sorties, permettant d'utiliser une seule bobine pour deux cylindres sans nécessiter de delco (il se fait une étincelle dans deux cylindres simultanément, l'une des deux se faisant au temps d'échappement, donc sans aucun effet : on parle d'étincelle perdue). C'est aussi la solution retenue pour le moteur des 2cv.
Cette astuce, très employée dans le monde de la motocyclette, permet d'utiliser deux bobines pour 4 cylindres, sans répartiteur.
Allumage classique
Dans l'allumage classique, un rupteur (vis platinées) s'ouvre et se ferme en fonction de la position angulaire du moteur, envoyant un courant électrique à une bobine, qui transforme le 12 V de la batterie d'accumulateur embarquée en une impulsion de très haute tension, permettant la formation d'une étincelle au niveau des électrodes de la bougie.
L'allumage classique comporte plusieurs inconvénients :
- Usure et déréglage du rupteur, provoquant une perte de performance et nécessitant des interventions régulières.
- Qualité de l'impulsion électrique moyenne.
Détails
Lorsque le rupteur (vis platinées) se ferme, le courant croît paraboliquement dans la bobine, de zéro vers un maximum déterminé par la résistance de la bobine, jusqu'à ce que le rupteur s'ouvre. L'énergie emmagasinée par la bobine est W = 1/2 L x I² t (où L est la self-inductance en henry (H), I le courant en (A) et t le temps de passage du courant pendant la fermeture du rupteur). On voit ainsi que l'énergie va diminuer avec le régime moteur. Comme le courant circulant dans la bobine continue à circuler (c'est une inductance), il charge la capacité parasite de l'inductance ainsi que le condensateur additionnel et la tension monte. - 'Le condensateur monté en parallèle avec le rupteur sert uniquement a absorber l'étincelle de disrupture qui apparaît à l'ouverture du rupteur.'Elle peut atteindre 300 V au primaire de la bobine, ce qui correspond à 10 000 V au secondaire. Cette montée est extrêmement rapide, de l'ordre de 10 µs. On a atteint alors la tension de claquage de 10 kV aux bornes des électrodes de la bougie et une étincelle s'y produit. Cette étincelle est un arc électrique qui crée un plasma, lequel est un bon conducteur de l'électricité. La tension tombe donc très bas, quelques volts, tant au primaire qu'au secondaire. Lorsque le courant ne parvient plus à maintenir l'arc, le courant cesse dans la bougie et la tension devient une oscillation amortie. Cette dernière phase est totalement inopérante.
Le condensateur que l'on met en parallèle sur le rupteur a pour but d'éviter la production d'étincelles entre ses contacts. En effet, la tension de claquage est proportionnelle à la distance entre les contacts. En l'absence de condensateur, la tension croît trop vite et il se produit des oscillations de relaxation produites par une suite de claquages entre ces contacts.
Une erreur fréquente est de tester un allumage avec des bougies à l'air libre et d'en tirer une conclusion. En effet, la tension de claquage est proportionnelle à la pression. Ainsi, la tension de claquage d'une bougie peut varier d'à peine 1000 V à l'air libre à 10 kV dans un moteur ayant un taux de compression de 10.
Concernant ce sujet, de nombreuses informations incorrectes sont communément répandues, essentiellement en raison de la grande difficulté technique à obtenir des oscillogrammes corrects. Ainsi, on a pu trouver à la vente des allumages électroniques à "haute tension" (25 kV par exemple) alors que la tension de claquage ne peut dépasser 10 kV, ou des allumages à haute fréquence car les concepteurs croyaient que les oscillations amorties qui apparaissent après la fin de l'arc étaient utiles.
Allumage électronique
Un allumage électronique est une évolution de l'allumage classique par batterie/bobine d'un moteur à allumage commandé.
Voir aussi
Articles connexes
