Nécessité de l’allumage
Il existe deux types de moteurs, les moteurs à allumage par compression (moteur diesel) et les moteurs à allumage commandé (moteur essence, GPL…).
- Allumage par compression : la température généré par la compression est suffisante pour déclencher l’inflammation du mélange.
- Moteur à allumage commandé : un système auxiliaire est nécessaire pour amener le mélange gazeux à l’inflammation.
Etudions ici l'allumage sur les moteurs essence, GPL.
L’ordre d’allumage
L’ordre d’allumage est l’ordre dans lequel les étincelles se produisent dans les cylindres.
Cet ordre est déterminé par le cycle à quatre temps, il prend en compte de nombreux paramètres :
- Le nombre de cylindres
- La forme du vilebrequin.
- La vitesse d’écoulement des gaz (admission et échappement)
- L’équilibrage du moteur (vibrations, bruit…)
- Les performances du moteur (rendement, puissance, couple)
- .......
Le cylindre numéro 1 est sur la majorité des moteurs le cylindre situé du coté de la distribution.
L’ordre d’allumage prédominant pour ce type de moteur est : 1 - 3 - 4 - 2
Fonction du système d’allumage
L’allumage a pour but d’amorcer la combustion en apportant la chaleur nécessaire à l’augmentation de température, afin d’atteindre celle d’inflammation du mélange.
Pour ceci, un arc électrique de courte durée, jaillissant entre les électrodes d’une bougie, enflamme la partie de mélange en contact avec ces électrodes. Cet amorçage de la combustion est provoqué en un instant précis du cycle. La combustion se poursuit par auto inflammation dans toute la masse gazeuse.
Création de l’arc électrique
A l’air libre, la création d’un arc électrique entre les électrodes de la bougie nécessite une tension de 2000 volts. Dans le moteur, la tension doit être d’un minimum de 4000 volts jusqu'à 10000 volts.
La tension dépend de :
- De la pression dans la chambre de combustion.
- De la richesse du mélange air essence.
- Des électrodes de la bougie.
- De la températures de la chambre de combustion et du mélange.
Tous ces facteurs varient au cours du fonctionnement du moteur. De plus, le circuit comporte des ruptures et des défauts pouvant apparaître au cours du fonctionnement, le système doit donc fournir une tension comprise entre 12 000 volts et 20 000 volts afin de disposer de réserve.
La bougie
Lorsque le moteur tourne à 6000 tours minute, il faut 50 étincelles par seconde et par cylindre. Le choix du type de bougies est donc très important.
Caractéristiques principales des bougies :
- L’indice thermique, en fonction du type de moteur.
- Le type de culot, siège plat ou conique.
- Le nombre d’électrodes.
- Les dimensions, diamètre et longueur du culot.
Transformation de la tension
La batterie d’accumulateur fournie une tension d’environ 12 volts, on vient de voir qu’il faut une tension comprise entre 12 000 et 20 000 volts pour créer un arc électrique entre les électrodes de la bougie.
La tension de la batterie sera donc transformée en haute tension à l’aide d’un transformateur appelé bobine d’allumage.
La bobine d’allumage
Le courant haute tension est obtenu grâce à la création d’un courant induit dans un bobinage par variation de flux magnétique.
Chaque bobine est composée de :
- Un bobinage primaire
- Un bobinage secondaire
- Un noyau en fer doux
Si l’on fait passer un courant électrique dans le bobinage primaire, nous constatons l’apparition d’un champ magnétique autour du noyau de fer doux.
Lorsque l’on coupe le circuit primaire, le champ magnétique disparaît.
Le flux magnétique est l’unité de mesure du champ magnétique, il est exprimé en webers son symbole est Φ (phi). Pour un bobinage donné à tension constante, la valeur du flux magnétique est proportionnelle à l’intensité du courant. Donc, si l’on fait varier l’intensité dans le bobinage primaire, on va faire varier le flux magnétique.
L’ouverture et la fermeture du circuit primaire seront effectuées grâce à un rupteur. Le rupteur est commandé par les cames de l’allumeur.
Le bobinage secondaire est lui aussi autour du noyau de fer doux. On constate qu’a chaque variation de flux magnétique dans le bobinage primaire, il y création d’un courant électrique induit dans le bobinage secondaire.
Récapitulatif :
Si l’on fait varier l’intensité dans le bobinage primaire (ouverture et fermeture du contact), on va faire varier le flux magnétique dans le circuit primaire et donc créer un courant induit dans le circuit secondaire.
La tension secondaire est d’autant plus grande que :
- La variation de flux dans le noyau est rapide et importante.
- Le rapport entre le nombre de spires des bobinages est important.
Schématisation du fonctionnement de la bobine
La rupture du courant primaire
En théorie :
- A la fermeture et à l’ouverture la variation devrait être instantanée.
- Les variations de flux devraient être identiques.
- Une étincelle devrait être produite à l’ouverture et à la fermeture du rupteur.
En pratique :
- La variation n’est pas instantanée à cause du phénomène d’auto induction.
- A la fermeture du rupteur la variation est longue, il n’y a pas d’étincelle.
- À l’ouverture, la variation est rapide, une étincelle est produite.
Les effets néfastes de l’auto induction ou de self induction.
Lors de l’ouverture du rupteur, le courant de self induction s’oppose à l’ouverture du circuit et va créer une étincelle aux contacts du rupteur.
Cette étincelle au rupteur présente deux inconvénients :
- Une détérioration rapide des contacts du rupteur.
- La rupture du circuit est lente la tension secondaire est donc faible, l’étincelle aussi.
Pour éviter ces inconvénients, on utilise un condensateur
Le condensateur à deux rôles :
- Protéger les contacts du rupteur à leur ouverture en absorbant le courant de self induction.
- Accélérer la variation et donc de réduire le temps ce qui renforce la haute tension et donc l’étincelle.
Le condensateur se charge à l’ouverture du rupteur et il se décharge aussitôt dans le courant primaire. Par induction ce phénomène renforce la tension primaire, la tension secondaire est donc plus élevée.
Le rupteur (vis platinées)
L’arbre du rupteur comporte autant de cames que de cylindres. L’arbre du rupteur est généralement entraîné par l’arbre à cames.
L’angle de came : c’est l’angle durant lequel les contacts du rupteur sont fermés.
Distribution de la haute tension
Il faut maintenant répartir les étincelles vers les cylindres en tenant compte :
- De la position du vilebrequin.
- De l’ouverture du rupteur.
- De l’ordre d’allumage.
C’est le rôle du distributeur.
L’allumeur
Cet élément est un ensemble constitué des pièces vues précédemment :
- Du distributeur
- Du rupteur
- Du condensateur
Le point d’allumage
Le moment de l’allumage doit être précis afin d’obtenir le maximum de pression sur le piston.
Le calage initial : Ce calage est définit par le constructeur, il est valable pour le régime de ralenti.
Les correcteurs d’avance : Le régime moteur peut varier pour une même position de papillon (accélérateur). Le remplissage du moteur varie en fonction de la position de l’accélérateur.
Il faut donc modifier le point d’allumage en fonction :
- Du régime moteur : correcteur d’avance centrifuge.
- Du remplissage du cylindre : correction d’avance à dépression.
Le correcteur centrifuge
La modification de l’avance en fonction de la vitesse de rotation du moteur est obtenue par le décalage de l’arbre porte cames par rapport à l’arbre de commande. Ce décalage est dû au déplacement des masselottes soumises à la force centrifuge qui est fonction de la vitesse de rotation.
Le correcteur à dépression
La modification de l’avance en fonction du remplissage ou de la charge, se fait par une capsule dont la position de la membrane évolue avec les valeurs de la dépression.
Les mouvement de la membrane entraîne un décalage angulaire du plateau porte rupteur et donc un décalage à l’instant d’ouverture des contacts du rupteur.
Image du haut : au ralenti
La dépression n’a pas d’action sur la membrane, pas de correction d’avance.
Image centrale : lors d'une faible ouverture de papillon
La dépression sur la membrane est importante. Le plateau est décalé, la correction d’avance est importante.
Image du bas : en pleine charge
La membrane n’est plus soumise à la dépression, il n’y a pas de correction d’avance.
Synthèse
| Rupteur fermé | Rupteur ouvert |
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1 - A l’ouverture du rupteur :
- Variation brutale du flux dans le circuit primaire.
- Le condensateur se charge et se décharge aussitôt.
- Naissance d’un courant haute tension dans le secondaire.
2 - Distribution de cette haute tension vers la bougie intéressée.
3 - Étincelle à la bougie.
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