Nature Humaine (amocalypse)
Théorie>Automobile>Motorisation>Moteur thermique>Moteur à explosion
(essence)>Allumage>Classique
Première version: 28/02/2001
Dernière version: 2019-01-21
L'allumage classique
Sommaire de la page
Préambule
Le moteur de la deuche est un moteur à allumage commandé, c'est à dire
qu'il existe un système permettant d'enflammer le mélange au moment opportun.
Le but de cette page est d'étudier en détail ce système, que l'on appelle
l'allumage, et sans lequel le moteur ne peut fonctionner.
Nous verrons tout d'abord le système permettant de générer une étincelle,
puis nous nous occuperons de générer cette étincelle au bon moment.
But de l'allumage
Le but de l'allumage est de fournir suffisamment d'énergie au mélange
comprimé (PMH avant explosion) pour enflammer celui-ci.
L'énergie suffisante pour enflammer un mélange ainsi que la tension de
claquage du mélange (le mélange étant un diélectrique pour les électrodes
de bougie, la tension de claquage étant celle à fournir pour ioniser les
molécules du mélange et ainsi amorcer un arc électrique) caractérisent le
besoin en haute tension.
Ce besoin doit être satisfait pour que les molécules de réactifs (carburant
+ oxygène), placées au voisinage des électrodes de la bougie, soient
décomposées en atomes. Ces atomes vont ensuite se recombiner en gaz brûlés,
ce qui va libérer beaucoup d'énergie dont une partie va décomposer les
molécules voisines, et la réaction va ainsi entretenir jusqu'à épuisement
des réactifs (c'est la combustion).
L'énergie est envoyée juste le temps d'amorcer la réaction.
Pour un mélange stoechiométrique, l'énergie à fournir est de 0,2 mJ.
Le besoin en haute tension augmente si le mélange est pauvre (moins de
réactifs à proximité des électrodes => nécessité d'augmenter la
distance entre électrodes), si les électrodes sont écartées, si c'est du
GPL, si le mélange est froid (démarrage du moteur, les molécules sont moins
énergisées), si la pression est plus faible (mauvais remplissage aux bas et
hauts régimes), etc.
A chaud et pour un mélange riche, ainsi que pour une forte compression (bon
remplissage), le besoin en haute tension est diminué.
Cette énergie est fournie sous forme d'un arc électrique, ou étincelle, produit entre les deux électrodes d'une bougie d'allumage, sous une tension de 30 000 à 50 000 Volts.
Si l'étincelle n'est pas assez puissante et ne touche pas assez de réactifs, la réaction peut ne pas se faire (ratés de fonctionnement), soit se faire plus lentement (combustion se prolongeant dans l'échappement, ce qui augmente la température du moteur et est néfaste à sa longévité).
Donc, il nous faut une étincelle dont l'énergie corresponde au cas le plus néfaste (mélange pauvre (carburant liquide se déposant sur les parois froides du moteur) et faible pression) et dont la longueur soit suffisante pour initier le plus rapidement possible la combustion.
Nous allons voir en détail par quels systèmes nous pouvons obtenir cette
étincelle.
Attention, le texte est difficile, faites bien attention aux termes employés.
Il vous faut avoir compris la loi d'ohm (U=RI) et l'équation de la
puissance électrique (P=UI). Il vous faut surtout avoir compris que
sous l'effet d'une différence de potentiel électrique (la tension U)
les électrons vont s'écouler dans un conducteur électrique, leur débit
étant appelé l'intensité électrique I.
Allumage d'origine
Pour produire une étincelle, l'énergie est préalablement emmagasinée
soit :
- dans une bobine (allumage à décharge inductive, énergie emmagasinée
dans le champ électro-magnétique),
- soit dans un condensateur (allumage à décharge capacitive, énergie
emmagasinée dans le champ électrique).
Avec l'allumage à décharge de condensateur, l'étincelle a une durée trop
brève pour pouvoir être utilisée efficacement sur une voiture de tourisme
qui tournent à des régimes moteurs moyens. C'est pourquoi ce type d'allumage
n'est utilisé que sur certaines voitures de compétition, où son faible temps
de chargement et la montée en tension rapide dans le secondaire lui permettent
d'atteindre des régimes moteurs plus élevés. Le principe est le suivant: Le
condensateur une fois chargé se décharge à travers un transfo (comme la
bobine classique), ce qui élève sa tension jusqu'à celle nécessaire pour
provoquer une étincelle.
L'allumage d'une 2cv se fait par décharge d'une bobine (allumage inductif), l'énergie étant accumulée dans le champ magnétique de la bobine. Cet allumage est dit par batterie, c'est à dire que le courant primaire est fourni par la batterie, au contraire des allumages dits par magnéto qui utilise le courant généré par le volant magnétique, et qui peuvent donc démarrer sans batterie. Le désavantage de l'allumage par magnéto est que le courant passant dans le primaire est moins élevé (car le courant et la tension sont sinusoïdals), alors que pour l'allumage par batterie la tension aux bornes du primaire est constante (14 V, la tension du circuit électrique lorsque le moteur fait tourner l'alternateur. Nous dirons par la suite que c'est la tension de la batterie, bien qu'en réalité la tension batterie au repos soit de 12,6V en moyenne).
Principe général de l'allumage inductif
Présentation mécanique du système
Nous avons vu que c'est la bobine le coeur de l'allumage, c'est elle qui
emmagasine l'énergie qui va servir aux étincelles.
La bobine est reliée par ses deux petites cosses à un circuit électrique où
le courant est important (environ 3A), et où la tension est celle de la
batterie. Ce circuit est appelé le circuit primaire.
|
Le circuit primaire est constitué (voir fig. 1) : |
|
Les deux grosses cosses de part et d'autre de la bobine sont
reliées au circuit secondaire (voir fig. 2). Dans le
secondaire, la tension est bien plus élevée que dans le primaire (de
30 000 à 50 000 V), mais l'intensité y est très faible. Le
secondaire est constitué : |
Fonctionnement du système
- Rupteur fermé, le courant passe à travers le primaire de la bobine
d'allumage, chargeant le champ magnétique dans la bobine.
- Quand le courant est coupé par le rupteur qui s'ouvre, ce champ magnétique
va se décharger à travers le condensateur d'allumage, générant un courant
alternatif dans le primaire de la bobine d'allumage, avec une surtension
relativement élevée (300 V).
- Ce courant alternatif au primaire permet de générer une tension alternative
100 fois plus élevée (pic de tension à 30 000 V) dans le secondaire de la
bobine d'allumage, la bobine étant un transformateur (augmente la tension).
- Le courant dans le secondaire part d'une borne, créé une étincelle en
passant entre les électrodes de la première bougie, puis une deuxième
étincelle lorsqu'il traverse la deuxième bougie pour rejoindre l'autre borne
du secondaire.
- Le rupteur se ferme et un courant s'établit de nouveau dans le primaire,
rechargeant la bobine.
Principe détaillé
Il ne faut pas confondre la bobine d'allumage avec une bobine utilisée dans les circuits électriques. Le nom bobine d'allumage est d'ailleurs impropre, il faudrait parler de transformateur élévateur de tension.
* Une bobine (ou inductance) est un enroulement du fil électrique du circuit, formant un cylindre. Lorsqu'un enroulement fait un tour, on l'appelle une spire. A l'intérieur d'une inductance parcourue par un courant, il se forme un champ magnétique (Voir Fig. 3).
Fig. 3 : bobine, inductance ou enroulement sont la même
chose
Le champ magnétique à du mal à circuler dans l'air, il sera donc faible s'il n'y a rien dans la bobine. Par contre, si l'on place dans la bobine un conducteur magnétique (comme une barre de fer), la circulation du champ magnétique est facilitée et le champ magnétique est plus intense.
* Bobine d'allumage: C'est en fait un transformateur, permettant de passer d'une faible tension (14V) à une tension plus élevée (50 000 V). Elle est constituée de 2 enroulements (soumis au même champ magnétique) alimentés chacun par un circuit électrique différent. Le rapport entre la tension d'entrée U1 (circuit primaire) et la tension de sortie U2 (circuit secondaire) est le même que celui du nombre de spire N1 de l'enroulement du circuit primaire par rapport au nombre de spire N2 de l'enroulement du circuit secondaire.
U1 / U2 = N1 / N2 = k
Par la suite, la "bobine d'allumage" sera appelée, par abus de langage, la "bobine" tout court.
Constitution de la bobine
En général, l'enroulement du circuit secondaire d'une bobine contient 100
fois plus de spires que l'enroulement du circuit primaire, ce qui fait que en
sortie de la bobine la tension est 100 fois plus élevée qu'en entrée.
Si l'on met une barre de fer doux à l'intérieur des spires d'une inductance,
le champ magnétique induit va passer à l'intérieur de cette barre de fer
doux (le fer doux étant "conducteur" du champ magnétique). Dans une bobine,
le même noyau de fer doux passe à l'intérieur des deux enroulements primaire
et secondaire, les deux enroulements sont donc exposés au même champ
magnétique.
L'enroulement primaire transmet une puissance au circuit magnétique, sous la
forme du champ magnétique induit par le passage du courant dans le
primaire.
Comme la puissance transmise par le primaire est la même (moins les pertes)
que celle induite dans le secondaire, et que la tension au secondaire est bien
plus élevée que dans le primaire, il s'ensuit que l'intensité dans le
secondaire est bien plus faible que celle du primaire (P = UI). Les
fils électriques utilisés pour l'enroulement secondaire sont plus fins que
ceux du primaire (car intensité inférieure). Si les fils de bougies (câbles
HT) sont aussi épais, c'est dû à l'épaisseur de l'isolant : en effet, avec
une différence de potentiel aussi élevée (jusqu'a 50 000 volts entre le fil
du secondaire et les masses métalliques de la carrosserie), un isolant trop
fin ou une fissure dans celui-ci provoquerait une fuite de courant vers la
masse du véhicule.
Le matériau de cette gaine est donc un isolant capable de tenir une certaine
différence de potentiel, mais comme un condensateur, si cette ddp est
dépassée, l'isolant claque et laisse passer le courant, tout en se
détruisant. C'est pourquoi, afin de ne pas générer un champ électrique trop
important entre le fil électrique à 50 000 V et la masse métallique (0V) à
laquelle est attachée le câble, on augmente l'épaisseur de l'isolant, et du
même coup on diminue le champ électrique E (E=U/d, d étant la distance entre
les deux potentiels).
Nécessité de faire bouger le champ magnétique
Si on passe un aimant dans un enroulement, une tension croissante est alors
détectée aux bornes de l'enroulement. Arrêtons le mouvement de l'aimant, la
tension diminue et devient nulle avec un temps de retard.
Nous remarquons donc que :
- c'est uniquement le mouvement d'un champ magnétique par rapport à
l'enroulement qui créé la tension (l'inverse est vrai si on déplace
l'enroulement le long de l'aimant, on détecte une tension aux bornes de
l'enroulement)
- cette tension évolue de façon décalée par rapport à l'évolution
du champ magnétique (un enroulement s'oppose à l'effet qui tend à modifier
le courant qui le traverse, ce courant générant un champ magnétique qui
"protège" le courant qui l'a créé, en cherchant si le courant est coupé à
le faire passer quand même...)<>.
Pour qu'une tension soit générée au secondaire, il faut une variation du champ magnétique, donc le courant primaire doit être alternatif. Le courant dans la voiture étant continu, nous verrons plus loin comment générer un courant alternatif. Le circuit d'allumage jongle donc avec des moments où le courant est alternatif (périodes transitoires) et où le courant est continu (régime permanent).
La tension au secondaire va dépendre :
- de la tension du primaire
- du rapport du nombre de spires du primaire et du secondaire comme déjà
énoncé
- de la rapidité de coupure
Concernant la rapidité de coupure, nous avons vu que l'enroulement s'opposait à la coupure brutale du courant, ce qui ralentit la coupure.
Voyons maintenant plus en détails (si si!) le fonctionnement du circuit d'allumage :
Rupteur fermé
|
Lorsque le rupteur est fermé (Fig. 4), U1 passe à 14V (borne - reliée à la masse de 0V, borne + au +14V), et un courant électrique s'établit dans l'enroulement primaire de la bobine et charge progressivement le champ magnétique de la bobine. Ce courant va progressivement s'élever (régime transitoire pendant 3 à 6 ms) jusqu'à atteindre l'intensité du courant de repos (environ 3 A, régime permanent). Pourquoi le courant de repos de s'établit pas immédiatement ? |
Explication du courant I1 croissant
Si je récapitule, lorsque se ferme le rupteur, la tension mesurée entre les 2 bornes primaires de la bobine (la ddp U1 (attention, j'insiste sur le fait que l'on mesure une différence de potentiel, c'est pourquoi on utilise la lettre U et non la lettre V, qui désigne un potentiel)) passe de 0 V à 14 V (un côté relié au +14V, l'autre au 0V).
En effet, juste avant que le rupteur se ferme, U1 était de 0 V ( lorsque le
rupteur est ouvert, il n'y a pas de courant qui passe donc pas de chute de
tension aux bornes de la bobine. Le potentiel électrique est le même en tous
les points du circuit, il est de 14V à l'entrée de la bobine (borne +), de
même qu'à la sortie de la bobine (borne -) et à la lame du rupteur reliée
à la sortie bobine. La différence de potentiel entre les bornes + et - de la
bobine est donc U1 = 14 V - 14 V = 0 V).
Quand le rupteur se ferme, un courant circule et va donc provoquer une chute de
tension, car il prend de l'énergie pour circuler à travers l'enroulement, qui
possède une certaine résistance en Ohm. La borne + sera toujours au potentiel
de +14 V, car elle est reliée au + de la batterie, et la borne - va prendre la
tension de 0 V, car reliée à la masse donc au - de la batterie, ce qui nous
donne U1 = 14 V - 0 V=14 V).
Nous nous retrouvons donc, juste après que les contacts du rupteur se soient touchés, avec une tension aux bornes du primaire (le rupteur devenant un fil de résistance supposée négligeable) qui vaut celle qui est aux bornes de l'enroulement primaire, c'est à dire 14 V. Avec un fil normal, il devrait y avoir établissement d'un courant électrique de 3 A. Or, lorsque les premiers électrons se mettent à circuler, ils sont embêtés par le champ magnétique que leur passage commence à établir dans le noyau de la bobine. C'est comme si la bobine possédait une résistance, c'est ce que l'on nomme l'opposition au changement du courant.
|
La bobine s'oppose au changement par l'existence d'une
contre-tension induite Ui, représentant l'énergie prise au
courant qui passe et qui est chargée dans le champ magnétique. Au fur
et à mesure que le champ magnétique se sature, la contre-tension
Ui diminue, le courant I1 augmente. Figure 5, on s'aperçoit que le courant suit bien l'évolution de Uw, la composante efficace de U1. |
Uc est nulle, le rupteur se comportant comme un fil ne consomme pas
de puissance.
Lorsque le champ magnétique est rempli d'énergie, on dit que la bobine est
chargée. La tension Uw vaut U1, l'intensité I1 se
stablise au courant de repos (il n'y a plus de ponction
d'énergie pour la mettre dans la bobine, celle-ci étant chargée à bloc),
l'enroulement primaire commence à s'échauffer sous l'effet d'un courant de 3
A, qui est une intensité déjà honorable. Il ne faut pas rester trop
longtemps dans cet état.
Le temps pendant lequel le rupteur est fermé et laisse passer le courant
dans le primaire est exprimé en "Dwell", qui est un pourcentage
définit comme le rapport du temps de fermeture du rupteur sur le temps total
du cycle (fermeture + ouverture). Il est de 60% pour le moteur de 602 cm3
dernier modèle, alors qu'il était de 80% sur les premiers modèles. Ce temps
peut aussi être appelé l'angle de came (en °VIL).
Le temps qu'il faut pour charger la bobine est de 3 à 6 ms.
Pour la 2cv, il n'est pas réglable. Au ralenti, la bobine est plus longtemps
parcourue par le courant de repos, il y a donc perte d'énergie électrique
inutile (n'oublions pas que c'est l'alternateur qui fournit derrière, donc
l'essence mise dans le moteur pour fournir de l'énergie à l'alternateur)
ainsi qu'une chauffe de la bobine néfaste à sa durée de vie. A hauts
régimes, la bobine n'a pas le temps de se charger, l'étincelle est faiblarde,
l'inflammation du mélange très mauvaise.
Rupteur ouvert
Quand le rupteur s'ouvre, le circuit prend la forme suivante (Fig. 6):
Fig. 6 : circuit d'allumage rupteur ouvert
La bobine n'étant plus sous tension, elle va chercher à se décharger (elle s'oppose aux changements de courant, ici la coupure du courant, c'est ce qui explique l'apparition d'une étincelle aux bornes du rupteur). Plus la rupture est brutale, plus la contre-tension induite au secondaire est élevée.
Le condensateur d'allumage empêche la formation d'une
étincelle lors de l'ouverture du rupteur, étincelle qui aurait pour effet de
détruire à court terme le rupteur et de prolonger le passage du courant, ce
qui diminuerait la contre-tension induite (donc la qualité de
l'étincelle).
Lors de l'ouverture rupteur, le condensateur absorbe le courant, puis le
renforce ensuite en restituant ce qu'il vient d'absorber lors de la coupure.
Comme un condensateur ne laisse passer que du courant alternatif, il se créé
donc un courant alternatif I1 dans le circuit primaire grâce
aux cycles de charge et décharge du condensateur. Ce courant contient un pic
lors de l'ouverture du rupteur. Ce pic est d'autant plus important que la
rupture est franche, et que le condensateur à une grande capacité.
Malgré la présence du condensateur, lorsque le rupteur s'ouvre, il se produit
toujours une petite étincelle entre les contacts. Cette étincelle use le
rupteur et ne permet pas une coupure franche du courant.
C'est pour diminuer cette étincelle que le courant dans le primaire est
limité, ce qui diminue les performances de l'allumage.
Ce courant engendre dans le secondaire de la bobine une haute tension qui aurait la forme suivante si on enlève les bougies (donc pas d'étincelle) et que l'on laisse les câbles HT non reliés (pas de courant créé, on dit que le circuit secondaire est à vide) :
Fig. 7 : courant primaire I1, tension condensateur Uc, et
tension induite à vide U2 dans le secondaire de la bobine
Si l'on met les bougies, il se produit une étincelle aux bornes de celle-ci. Mais pour faire cette étincelle, il faut consommer de la puissance. Or cette puissance consommée va influer sur la tension U2. Tout comme lorsque l'on essaie de démarrer avec les phares, l'intensité lumineuse baisse parce que le démarreur fait diminuer la tension de la batterie. Il se produit exactement la même chose dans les circuits d'allumage primaire et secondaire. Nous obtenons donc les courants et tensions suivants:
Fig. 8: courant primaire I1, tension aux bornes du
condensateur Uc, et tension induite en charge U2dans le secondaire de la
bobine.
Avec: 1 : aiguille d'ionisation ou impulsion d'allumage - 2 : tension
d'allumage - 3 : durée de l'arc - 4 : durée de l'amortissement - 5: tension
d'arc
Voyons en détail ce qu'il se produit lorsque l'arc s'amorce :
- Lorsque l'impulsion d'allumage, véhiculée par les câbles haute tension
(HT) de la bougie, arrive à l'électrode centrale de celle-ci, on observe tout
d'abord une augmentation très rapide de différence de potentiel (ddp) entre
les deux électrodes de bougies, dont l'une (celle en forme de bec) est reliée
à la masse.
- Lorsque cette ddp atteint la valeur de la tension d'allumage (environ 15 000
Volts), les molécules d'air entre les deux électrodes s'ionisent et il y a
formation d'un arc électrique, dégageant beaucoup de chaleur (c'est le même
principe que la soudure à l'arc). C'est la fameuse étincelle.
- Dès l'éclatement de l'étincelle, la tension retombe jusqu'à la tension
d'arc. Cette tension est suffisante pour entretenir l'étincelle, qui dure 1,5
ms environ, afin de brûler complètement le mélange qui ne l'a pas été dès
la première décharge. Les oscillations observées sont l'équivalence des
oscillations alternatives observées à vide, sauf que dans notre cas la
tension ne passe pas en dessous de zéro.
L'arc, qui est un échange d'électrons entre les deux électrodes,
nécessite le passage d'un courant assez important. Comme la puissance du
courant HT est la même que celle contenue dans le champ magnétique de la
bobine en train de se décharger, selon la formule P=UI, il faut que la tension
chute (ce qui est vérifié par la tension d'arc moins élevée que les
tensions obtenues à vide). De plus, une fois l'arc établit, le courant ne
peut circuler que dans le même sens. C'est pourquoi durant l'étincelle le
courant entre les électrodes des bougies est continu avec de faibles
variations.
- Quand l'étincelle s'éteint, les variations de tension s'amortissent
progressivement afin de dissiper l'énergie résiduelle du champ magnétique de
la bobine (c'est la phase d'amortissement).
|
FIG.8.bis : Courbe de la tension à la bougie
d'allumage en fonction du temps. |
Les spécificités de la deuche:
L'allumage de la deuche est intégral, c'est à dire qu'il n'y a pas de
distributeur d'étincelle (le "delco" bien connu), ce qui fait une pièce
d'usure de moins. Il fonctionne de fait à étincelle perdue, c'est à
dire que les deux bougies sont allumées en même temps, une étincelle sur les
deux étant inutile, car se produisant entre le temps d'échappement et
d'admission.
L'étincelle perdue a comme désavantage de provoquer dans certains cas
(soupapes d'échappement restant ouvertes au début de l'admission pour
favoriser le remplissage...) un allumage jumostatique, c'est à dire
qu'il peut se produire des explosions à l'admission. C'est de plus une
réduction inutile de l'énergie d'allumage, ce qui diminue l'efficacité de
l'inflammation du mélange. Autre inconvénient, les bougies s'usent 2 fois
plus vite que nécessaire.
Sur une 2cv, les bougies ne sont pas branchées en parallèle mais en
série, ce qui évite l'utilisation d'un deuxième enroulement secondaire.
La bobine de l'allumage de la deuche se différencie des bobines classiques par
le fait qu'il n'y a pas de borne commune entre le secondaire et le primaire,
alors que sur les autres voitures un des fils du secondaire est relié soit à
la masse via le rupteur (Fig. 9), soit à la borne positive de la batterie. Sur
la deuche les deux extrémités du secondaires sont reliées chacune à une des
bornes haute tension de la bobine (Fig. 10), donc aux deux bougies.
|
|
Le courant haute tension passe dans une des deux bougies, puis rejoint
l'autre à travers le carter moteur et retourne à la bobine.
Pour cela, les tensions aux deux bornes du secondaire s'équilibrent par
rapport à la masse (par référence à 0 V), du genre + 15 000 V d'un côté
et - 15 000 V de l'autre. Il y a donc bien la différence de potentiel
nécessaire à la création de l'arc aux électrodes de chacune des bougies,
cette différence de potentiel étant de 15 000 V pour chaque bougies, au lieu
des 30 000 V espérés si les bougies n'étaient pas en série.
Donc la tension aux bornes de chaque bougies est celle de la bobine divisée
par 2. Le désavantage est une puissance d'étincelle moindre, ce qui
diminue l'inflammation du mélange air-essence et provoque une perte de
rendement.
Quand je vous disais que cet allumage jumostatique est une vraie plaie. Ses seuls avantages sont sa simplicité mécanique et le fait qu'il n'y a pas de pertes électriques dans un distributeur mécanique (la fameuse "tête de delco", inexistante sur le flat-twin).
Dans une bougie, l'électrode centrale est faite dans un alliage plus dur
que l'électrode de masse (le bec recourbé). En effet, l'électrode centrale
étant au potentiel de 50 000 V (cas d'un allumage électronique dont sont
dotées toutes les voitures modernes, et dont doit tenir compte le fabricant de
bougies) et la masse à 0V, le courant va de l'électrode centrale vers la
masse, ce qui se traduit, le sens de circulation des électrons étant
contraire au sens conventionnel du courant, par un flot d'électrons
jaillissant de l'électrode de masse et allant percuter à haute vitesse
l'électrode centrale. C'est l'électrode centrale qui subie toutes les
contraintes. L'électrode de masse est généralement réalisé dans un alliage
moins cher donc moins résistant, car il ne subit pas ces contraintes.
Sauf sur la deuche, où comme d'un côté l'arc passe de l'électrode centrale
à l'électrode de masse, il se passe l'inverse de l'autre côté. Il va donc
se créer un cratère d'un coté sur l'électrode de masse, la distance
inter-électrode augmentant au fil du temps. C'est pourquoi, lors du nettoyage
des bougies, on peut interchanger les bougies des deux cylindres afin
que l'usure soit équilibrée entre les deux cylindres (astuce
donnée par Jacques Vérot du Lyon 2cv Club).
Toujours à propos des électrodes, du fait qu'elle soit plus isolée l'électrode centrale est toujours plus chaude que l'électrode recourbée soudée au culot de la bougie (meilleure dissipation thermique). Les électrons étant plus facilement émis d'une cathode chaude (voir le fonctionnement d'un tube à vide de télévision), une électrode centrale reliée à un potentiel inférieur à celui de l'électrode de masse diminuera donc le besoin en tension de l'arc. C'est une manière de décharger un peu de la tension sur la bougie branchée en normale (tension positive de l'électrode centrale).
Besoin en tension d'allumage
La quantité d'énergie demandée par l'étincelle pour enflammer le
mélange est de l'ordre de 30 mJ, dépendant du régime, de la charge et de la
température.
Il ne faut pas confondre avec le besoin en tension d'allumage (tension
nécessaire à appliquer aux deux électrodes pour voir apparaître un arc
électrique), dépendant des paramètres suivants pour la bougie :
- écartement des électrodes : Plus il est grand, plus le besoin en
tension est élevé.
- géométrie des électrodes : plus la surface d'échange est faible,
plus la tension demandée est faible (car le champ électrique est
augmenté).
- matériau des électrodes : le travail d'extraction des électrons
dépend des matériaux.
- Polarité de la tension d'allumage : une électrode centrale plus
chaude cède plus facilement ses électrons, si elle est branchée en
négatif par rapport à l'électrode de masse le besoin en tension est moins
élevé.
Bien entendu, l'écartement des électrodes et leur géométrie, s'ils font augmenter le besoin en tension font de même augmenter la quantité de mélange enflammée, donc l'efficacité de l'allumage.
Pour les paramètres dépendant du fonctionnement moteur :
- Régime moteur : plus il diminue, plus le besoin en haute tension croît.
- Avance à l'allumage : Plus l'avance à l'allumage diminue, plus le besoin en
haute tension croît.
- Rapport volumétrique : plus il est élevé, plus le besoin en tension croît
=> diminuer l'écartement des électrodes pour les moteurs à taux de
compression élevés.
- Richesse : besoin en tension faible si on s'approche de la
stoechiométrie.
- Turbulence : La turbulence du mélange donne un mélange homogène
s'enflammant mieux, même en mélange pauvre. Par contre si le tourbillon est
trop fort l'étincelle est soufflée, il faut alors que la bougie soit située
dans un endroit de la chambre de combustion plus calme.
Polarisation de la bobine
Si l'on inverse le sens de branchement d'une bobine, le sens du flux
magnétique dans le noyau va changer, ce qui va inverser le sens du courant
dans le secondaire. La bobine est symétrique dans son principe, mais dans sa
construction l'enroulement n'est pas parfaitement symétrique (sachant que les
deux bornes du primaire sont du même côté, il faut bien que l'une des bornes
soit reliée à un fil tirant tout droit jusqu'au côté opposé, avant de
revenir en faisant la bobine), il vaut donc mieux conserver le sens de
branchement originel. Si l'on inverse les fils de branchement, certains ont
mesurés une tension secondaire diminuée de 5 000 Volts à peu près.
La construction de la bobine et de son noyau magnétique est optimisé dans un
sens plutôt que dans l'autre.
Une autre explication du meilleur fonctionnement dans un sens que dans
l'autre, serait la présence d'un parafoudre. En effet, si l'étincelle ne peut
pas jaillir à la bougie (électrodes trempées d'essence suite à un noyage,
l'essence faisant dérivation à l'arc électrique car elle est conductrice, ou
bougie cassée, encrassée, enlevée, etc.) on aura une surtension dans le
secondaire, et par conséquent risque de destruction de l'isolant de
l'enroulement secondaire.
Pour éviter cela, on monte en dérivation sur une des bornes du secondaire un
organe appelé parafoudre (deux peignes écartés d'environ 8 à 10 mm). Quand
une étincelle ne peut se produire à la bougie, elle jaillit entre les pointes
du parafoudre, évitant les coups d'arc, les perturbation hertziennes et la
surchauffe fatale de la bobine.
Enfin les bobines Visa semble-t-il ne supportent pas l'inversion de polarité.
Le branchement des bougies en série n'est pas marqué sur la RTA des Dyane
et méhari. Il y a pourtant un indice caché dans les 132 pages de cet ouvrage.
Sauras-tu le retrouver ?!
Ne cherchez pas au début, ni même au milieu de la RTA, rien n'est dit à ce
propos. Il faut chercher à l'avant dernière page de la RTA (dans la toute
dernière évolution de la méhari, tout en bas de la page), ils se sont enfin
fendus d'un schéma électrique de principe, et si l'on cherche la bobine, on
trouve sa modélisation et donc son intérieur (RTA "Dyane-méhari" page 131,
schéma de principe de la méhari 4x4).
Quand une bougie est débranchée, une des bornes du secondaire est alors dans le vide. Cette borne, en tension flottante, va prendre la tension qui l'entoure, c'est à dire la masse. A ce moment, dans la bougie rescapée, la tension aux bornes des électrodes est de 30 000 Volts. C'est ce qui explique aussi qu'une bougie démontée et reliée à son capuchon fasse une étincelle même sans contact à la masse, l'électrode de masse étant à un potentiel inférieur à celui généré par le secondaire.
A noter que comme les bougies ne s'usent pas dans le même sens toutes les deux, en cas de problème de démarrage, il est possible d'inverser le sens de branchement de la bobine pour faciliter les démarrages (on inverse ainsi le sens de l'étincelle aux deux bougies, l'une va donc fonctionner plus fort qu'avant, car elle n'est pas usée dans ce sens de passage de l'étincelle).
Certains ont roulés pendant 10 ans avec la bobine inversée sans que la bobine ne bronche. D'autres préconisent qu'e cas de difficulté de démarrage ou de calage intempestif à chaud il faille inverser le branchement du primaire. L'importance de la polarité de la bobine reste donc un débat ouvert...
Bougies
Les bougies à résistance sont prévues pour les allumages
électroniques.
Les bougies à 5 électrodes (4 électrodes de masse + 1 plot central positif)
génèrent en théorie 4 étincelles radiales, ce qui est mieux pour
l'inflammation rapide du mélange (augmentation du volume d'inflammation du
mélange, meilleure répartition spatiale des départs de combustion). Il faut
par contre monter derrière un allumage suffisamment puissant pour fournir
l'énergie supplémentaire à la création de 4 étincelles au lieu d'une
(allumage électronique). Je crois que leur principal intérêt est que les
électrodes supplémentaires font du "volume" pour diminuer le volume restant
au PMH, donc d'augmenter le rapport volumétrique.
Indice de température
Concernant les bougies, la différence entre une bougie froide et une bougie
chaude :
Comme on le voit, dans une bougie froide, le trajet d'évacuation de la chaleur
est beaucoup plus court, ce qui permet de refroidir la bougie, d'autant que
l'absorption de chaleur est faible.
Un appauvrissement du mélange augmente la température de combustion et
réclame une bougie plus froide, alors que l'enrichissement nécessite une
bougie plus chaude pour éviter l'encrassement générateur de ratés.
Ce que ne montre pas le dessin, c'est qu'une bougie froide est reconnaissable
à son électrode centrale plus enfoncée dans le culot que celle d'une bougie
chaude.
Ecartement des électrodes
Plus on fonctionne en mélange pauvre, plus il faut écarter les électrodes (au moins 0,9 mm) pour diminuer la consommation spécifique.
Entretien de l'allumage classique
Concernant l'usure des bougies, on peut actuellement augmenter la fréquence des changements : les bougies d'aujourd'hui sont construites en matériaux beaucoup plus résistants qu'avant, et sont désormais conçues pour des allumages électroniques, donc des tensions d'étincelles deux fois plus élevées.
Usure de la bobine
L'intensité du courant est régulée par la résistance électrique de la bobine. La bobine noire des 2cv à une résistance du primaire importante, afin que le courant ne soit pas trop important pour qu'il n'y ai pas création d'un arc électrique trop fort lors de l'écartement des contacts du rupteur. Pour la bobine marron de la visa, vu que l'allumage électrique ne provoque pas d'arcs, on peut donc augmenter le courant dans le primaire pour avoir une meilleure étincelle. C'est pourquoi la résistance du primaire de la bobine vis est plus faible, et que mettre une bobine visa sur une deuche ne doit pas se faire, sans quoi on assiste à une usure rapide du rupteur ainsi qu'a un risque de surchauffe de la bobine au ralenti, le dwell n'étant pas réglable, ainsi qu'a une destruction de la bobine au cas ou l'on laisserait le contact moteur éteint.
Attention, vous voyez que si on laisse le contact alors que le moteur ne tourne pas, il y a de grandes chances (60% de chance environ) pour que le rupteur soit fermé, donc que le courant passe dans la bobine. Une fois le champ magnétique saturé d'énergie, les pertes électriques de la bobine vont se faire par la chaleur, c'est à dire que la bobine va devenir brûlante, les isolants des fils vont fondre, et elle risque même d'exploser, projettant son liquide très corrosif dans les airs. En tous les cas elle est foutue en un quart d'heure.
Lors de l'utilisation de la bobine, le champ magnétique qui s'accumule et
qui n'est pas déchargé tout de suite (cas du ralenti et des bas régimes, le
Dwell n'étant pas réglable en fonction du régime) provoque une chauffe de la
bobine, le cuivre chauffe et par électromigration s'affine à certains
endroits. Cela entraîne plus de densité de courant et donc accélère
l'usure. Ces affinements provoquent des points chauds (l'intensité passant par
une surface moins grande => pertes Joules supérieures), la chaleur augmente
encore plus la résistance de la bobine, et au bout d'un moment l'intensité
chute fortement du fait d'une résistance du circuit primaire trop importante.
La voiture à des hoquets, cale et ne redémarre plus à chaud. C'est la bobine
qui est usée.
Pour savoir si la bobine est encore bonne, on mesure la résistance électrique
des circuits primaires et secondaires avec un ohmètre, à froid (la
résistance variant beaucoup en fonction de la température). Attention lors
des mesures à assurer un bon contact avec les pinces de l'ohmètre (voir plus
bas les caractéristiques de mesure).
Une bobine en bon état et avec toute son huile de refroidissement est capable de rester alimentée jusqu'à décharge de la batterie sans se détruire. C'est ainsi que l'on sait qu'on a une bonne bobine qui ne manque pas d'huile et qui ne va pas poser problème un jour à chaud. En effet la surface de la bobine est capable de dégager 36 watts sans échauffement excessif. Si l'huile n'est plus complète une partie de l'échauffement reste à l'intérieur du noyau. (Merci à Luc Laurent)
Caractéristiques électriques d'une bobine
Valeurs données pour des bobines neuves :
* Bobine d’allumage visa 2 cylindres (Ducellier 520014 A) :
Résistance primaire : 0.6 à 0.8 ohms
Résistance secondaire : 10,2 k ohms environ
* Bobine d'allumage 2 CV 12 Volts :
Ducellier résistance primaire 3.6 ohms; résistance secondaire 12 k ohms
Femsa résistance primaire 4.25 +/- 0.25 ohms; résistance secondaire 11 +/- 1k
ohms
(valeurs fournies par Gérard)
On peut ainsi vérifier l'usure de sa bobine en mesurant à l'ohmètre les
valeurs ci-dessus. Ensuite on la secoue pour vérifier qu'il n'y ai pas de
"glouglou" indicateur d'une perte d'huile de refroidissement.
Résumé de l'allumage d'origine
S'il ne fallait retenir que cela :
- Une étincelle par tour moteur
- Les bougies produisent des étincelles en meme temps, une étincelle sur deux
étant inutile
- Seule l'avance à l'allumage en fonction du régime est gérée, de façon
grossière par un dispositif mécanique
- Les bougies sont branchées en série (bobine non classique), mais on peut
tourner sur un cylindre
- Respecter la polarité de la bobine n'est pas trop important, mais ça marche
mieux dans le bon sens.
L'allumage est le premier facteur de bon fonctionnement moteur.
Les défauts de l'allumage d'origine :
- Mauvaise gestion de l'avance à l'allumage mécanique en fonction du régime
moteur.
- Pas de réglage d'avance en fonction de la charge moteur, ou de la
température moteur.
- Pas de gestion du Dwell (surchauffe bobine au ralenti, faible étincelle aux
hauts régimes).
- Usure et imprécision du rupteur mécanique, usure des cames provoquant un
décalage du point d'avance entre les deux cylindres.
- Étincelle lors de l'ouverture du rupteur, provoquant une diminution de la
tension d'étincelle à la bougie.
- Allumage à étincelle perdue, provoquant une étincelle moitié moins forte
et un risque d'allumage jumo-statique.
Page suivante
Voir la suite du dossier sur l'allumage, l'allumage électronique.
à suivre...