chapitre 5 circuit d'allumage

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Dans un moteur à allumage commandé l’inflammation du mélange carburé est produite par un arc électrique jaillissant entre deux électrodes d’une bougie. Le circuit d’allumage va amorcer la combustion du mélange gazeux par des étincelles électriques aux électrodes de bougies.

Énergie Calorifique HT

U=2KV à

20KVA - 0

Système d’allumage

+ contact

Vitesse de

rotation

PMH

Remplissage ( pression tubulure)

Produire des arcs

électriques à un moment

précis pour amorcer la

combustion

CARACTERISTIQUES FONCTIONNELLES

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Énergie électrique BT

U=12V

Energie mécanique

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Production du courant d’allumage

Allumage par magnéto

Allumage par batterie

Allumage par magnéto

Magnéto basse tensionMagnéto haute tension

Ce type d'allumage a vu le jour dès les années 1900, pour exemple, la FORD T en 1907 possédait ce système.

Avantage : Bon refroidissement de la bobine.

Inconvénient : rendement médiocre.

Plus connue sous le simple terme de magnéto, elle fût très répandue et est toujours employée actuellement sur des petits moteurs monocylindre à 2 ou 4 temps, motos, tondeuses et autres. Pour exemple, le tracteur FORDSON E27N de 1947 possédait une magnéto de ce type.

Avantage : Absence de batterie d'où autonomie.

Inconvénients : Insuffisance de puissance à basse vitesse et surtout au démarrage sauf si équipé d'un système de lanceur à ressort durant la phase de lancement du moteur.

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2 6

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Batterie

Contact allumage / démarrageModule d’allumage

( Pilote le primaire bobine )

Bobine d’allumage

Distributeur haute-tensionBougies

Capteur volant

Capsule manométrique

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Allumage par batterie

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La tension de la batterie sera transformée en haute tension à l’aide d’un transformateur appelé bobine d’allumage.

BATTRIE

Isolant

Culot

Nervures

Électrode

centrale

Joint d’étanchéit

éÉlectrod

e de masse

-

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FONCTIONNEMENT BOUGIE

Elles fournissent l’énergie nécessaire pour amorcer la combustion du mélange gazeux grâce à des étincelles électriques jaillissant entre leurs électrodes.

La température de fonctionnement d’une bougie doit rester dans une plage précise:

400°C mini pour éviter l’encrassement

850°C maxi sous risque d’auto-allumage

Les bougies RôleLa bougie est l’organe qui produit l’étincelle à l’intérieur de la chambre de combustion au moyen de deux électrodes métalliques soumises à une différence de potentiel électrique très élevée (15.000 à 30.000 Volts)

Fonctionnement

L’électrode extérieure étant reliée à la masse, l’étincelle éclate au moment où l’on applique un courant à haute tension sur l’électrode centrale.

Pour aller de cette électrode jusqu’à la masse, le courant choisit le trajet le plus court et, par conséquent, il aboutit à l’autre électrode en traversant le mélange carburé.

La valeur de l’écartement entre les électrodes des bougies se situe entre 0,5

et 0,7mm, selon les applications.

culot creux constitué par un corps en acier qui se visse dans

la culasse du bloc-moteur et qui porte, à son extrémité inférieure, une ou plusieurs électrodes négatives ou électrodes de masse.

Une tige métallique centrale dont le sommet reçoit le courant à haute tension au

moyen d’un fil électrique venant du distributeur. Cette tige est fabriquée en un alliage spécial, de manière à pouvoir résister à la corrosion et à l’oxydation dues à la température très élevée de la combustion

manchon

C’est par ce manchon isolant qu’est évacuée la chaleur accumulée dans l’électrode centrale pendant le fonctionnement du moteur. Cependant, il faut que cette électrode conserve une certaine température pour que l’allumage se produise dans de bonnes conditions.

Type de bougie Il y a deux types de bougies: -Une bougie froide: Isolant court ce qui implique évacuation

rapide de la chaleur, convient pour un moteur à régime rapide et taux de compression élevé. Une bougie trop froide s’encrasse (court-circuit).

-Une bougie Chaude: Isolant long ce qui implique évacuation

lente de la chaleur, convient pour un moteur à régime lent et taux de compression faible. Une bougie trop chaude rougit (auto allumage).

Contraintes

-Electriques, elles doivent résister à des tensions de l'ordre de 30.000 Volts.

- Mécaniques, les pressions peuvent atteindre plus de 60 kg/cm2.

- Thermiques, les températures extrêmes vont de - 60° à plus de 950° lors de la combustion

classificationLes bougies sont classées par type de filetage,

encombrement et surtout en fonction de leur degré thermique. En effet, les bougies doivent dissiper une partie de la chaleur engendrée lors de la combustion et brûler ainsi les dépôts indésirables sur l'isolant, cette valeur de chauffe doit être calculée en fonction du type et de l'emploi du moteur concerné.

Le choix de la bougie par rapport au type de carburant employé

Les données sur l'application des bougies fournies par

les fabricants se référent généralement aux moteurs marchant à l'essence. Toutefois, de nombreux moteurs peuvent être adaptés ou modifiés pour fonctionner au kérosène, au gaz de pétrole liquéfié, au gaz naturel (méthane) ou avec une combinaison de ces carburants.

En tout cas, il est nécessaire de faire varier le degré

thermique de la bougie et la distance entre les électrodes.

On peut consulter les constructeurs pour des informations sur la conversion des moteurs.

Conditions normalesDépôts brun clair ou gris fonctionnement correctdu moteur et du système d'allumage, degré thermiqueconvenable .

Dépôts carbonésusage prolongé du starter, allumagefaible ou retardé compression basse,bougie trop froide .

SurchauffeIsolant blanc et usure excessive des électrodes.avance excessive, mélange trop pauvre, bougie trop « chaude » 

Problèmes des dépôts de plomb sur les bougies.

Pré allumageélectrodes fondues, pré allumage, allumage inductif bougies mal serrées. mauvaise fermeture de soupape bougie trop "chaude"

Encrassementproblème d'huile manque d'efficacité desguides de soupapes ou des segmentsSi le cas touche toutes les bougies : usuregénérale du moteur

Dépôts d'additifsDépôts épais mais fragiles dû aux carburants modernespas de solution, remplacer tout de même cesbougies.

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Le courant haute tension est obtenu garce 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

La bobine d’allumage

Noyau de fer doux

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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.

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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 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.

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.

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1

2

t

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.

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Intensité

primaire

Temps

Tension

secondaire

Temps

Bobine d’allumage

Remplissage

Batterie

Contact Bougie

Bobine

Module allumage

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FONCTIONNEMENT

Batterie

Contact Bougie

Bobine

Module allumage

Intensité

primaire

Temps

Tension

secondaire

Temps

Bobine d’allumage

FONCTIONNEMENTFONCTIONNEMENT

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Intensité

primaire

Temps

Tension

secondaire

Temps

Batterie

Contact Bougie

Bobine

Module allumage

Bobine d’allumage

FONCTIONNEMENTFONCTIONNEMENT

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Tension

secondaire

Temps

Batterie

Contact Bougie

Bobine

Module allumage

Temps

Intensité

primaire

Bobine d’allumage

FONCTIONNEMENTFONCTIONNEMENT

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Intensité

primaire

Temps

Tension

secondaire

Temps

Batterie

Contact Bougie

Bobine

Module allumage

Bobine d’allumage

FONCTIONNEMENTFONCTIONNEMENT

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Intensité

primaire

Temps

Tension

secondaire

Temps

Batterie

Contact Bougie

Module allumage

Bobine

Bobine d’allumage

Étincelle

FONCTIONNEMENTFONCTIONNEMENT

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Tension

secondaire

Temps

Intensité

primaire

Temps

Batterie

Contact Bougie

Bobine

Module allumage

Bobine d’allumage

FONCTIONNEMENTFONCTIONNEMENT

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Intensité

primaire

Temps

Tension

secondaire

Temps

Batterie

Contact Bougie

Bobine

Module allumage

Bobine d’allumage

FONCTIONNEMENTFONCTIONNEMENT

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Tension

secondaire

Temps

Intensité

primaire

Temps

Batterie

Contact Bougie

Bobine

Module allumage

Bobine d’allumage

FONCTIONNEMENTFONCTIONNEMENT

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L’allumeur est constitué :•Du distributeur.•Du rupteur.•Du condensateur.

Allumeur

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Allumage classique, batterie, rupteur et bobine. (pour un monocylindre)C'est le type même de la majorité des allumages de voitures, tracteurs etc.., produit jusqu'à nos jours. Dans ce cas le mécanisme est appliqué à un 4 cylindres.

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Rupteur

L’arbre du rupteur est généralement entraîné par

l’arbre à cames.

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L’angle de came

C’est l’angle durant lequel les contacts du rupteur sont fermés Il est exprimé en degrés ou en % de Dwell

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Influence de l’angle de came.

Pour obtenir un remplissage correct de la bobine, il faut un certain rapport entre l’angle de fermeture et l’angle d’ouverture :Angle de came ou de fermeture : 63% de Dwell

Angle d’ouverture : 37% de Dwell

Pour moteur 4 cylindres :Angle de came ou de fermeture : 57°

Ouverture : 33°

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Angle de came trop grand

Écartement des contacts insuffisantPoint d’allumage retardéRupture pas assez francheVariation de flux pas assez rapideÉtincelle faibleRisque d’échauffement de la bobine

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Angle de came trop petit

Écartement des contacts trop grandsPoint d’allumage avancéRemplissage primaire insuffisantFlux magnétique réduit (saturation)Ratés d’allumage à haut régime

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Rupteur fermé Rupteur ouvert

Passage du courant dans le primaire

Création d’un champ magnétique

Présence d’un flux magnétique

Pas de courant dans le primaire

Pas de champ magnétique

Pas de flux magnétique

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

Étincelle à la bougie

Distribution de cette haute tension vers la bougie intéressée

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Batterie

BobineCondensate

ur Vis platinée Bougies

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distributeur

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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 t2 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 condensateur

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Le moment de l’allumage doit être précis afin d’obtenir le maximum de pression sur le piston.Le calage initialCe calage est défini par le constructeur, il est valable pour le régime de ralenti (vu que la combustion n’est pas instantané (~0,002s) )Les correcteurs d’avanceLe 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 centrifugeDu remplissage du cylindre correction d’avance à dépression

Le point d’allumage

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1. Tube de dépression 2. Protecteur de tube 3. Chapeau d'allumeur 4. Doigt de distribution 5. Rupteur 6. Condensateur 7. Ressort d'avance automatique 8. Correcteur à dépression 9. Plaquette antisable 10. Feutre d'étanchéité.

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Correcteur centrifuge

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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.

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Variation du point d’allumage en fonction de la vitesse de rotation du moteur

L’allumeur étant entraîné par l’arbre à cames,

1°allumeur = 2°moteur

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Correcteur à dépression

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Au ralenti : La dépression n’a pas d’action sur la membrane, pas de correction d’avance.

Lors d’une faible ouverture de papillon : La dépression sur la membrane est importante. Le plateau est décalé, la correction d’avance est importante.

En pleine charge : La membrane n’est plus soumise à la dépression, il n’y a pas de correction d’avance.

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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.

- Plus un moteur tourne vite, plus le temps disponible pour réaliser la combustion diminue. - Plus le régime de rotation augmente, plus l’avance devra être importante.

Conditions d’utilisation

Position papillon RemplissageVitesse de

combustionCorrection

Véhicule en palier

En accélération brutale ou en côte

En décélération ou en descente

Demi-ouvert Moyen Moyenne Moyenne

Grand-ouvert

Important

Élevée

Diminution avancePresque

fermé

MauvaisFaible

Augmentation avance

Avance fonction vitesse

Avance fonction remplissage- La vitesse de combustion étant variable en fonction du

remplissage-il faut modifier la valeur de l’avance en fonction de la charge

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