Présentation
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RÉSUMÉ
Cet article est consacré à la présentation de la nécessité de l’allumage dans les moteurs à combustion interne. Sont tout d’abord rappelés les éléments et le fonctionnement d’un moteur à allumage commandé (essence) basé sur un cycle à 4 temps, avant de présenter la physique de la combustion et les types de combustion anormale. Le principe de l’allumage est ensuite détaillé, avec le déclenchement de l’étincelle, avec le phénomène de claquage, puis les caractéristiques fonctionnelles du système d’allumage.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Vanessa PICRON : Responsable R&D — Études avancées sur les nouvelles architectures moteur
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Alexis MORCRETTE : Responsable R&D — Allumage
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Ilhame MAGGARTOU : Chef de projet R&D — Projets études allumage
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Claudine ROCHETTE : Responsable R&D — Allumage - Valéo
INTRODUCTION
Ce dossier présente l’allumage commandé pour les moteurs à combustion interne.
Un moteur à combustion interne est constitué d’un ou plusieurs cylindres dans lesquels ont lieu les combustions. Ce sont ces combustions qui permettent de libérer l’énergie contenue dans le carburant.
On distingue deux types de moteurs à combustion interne :
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les moteurs à allumage par compression (diesel) : le carburant est injecté dans un volume d’air fortement comprimé. Dans ce cas, la pression élevée dans la chambre de combustion provoque une importante élévation de la température de l’air : le carburant s’enflamme instantanément au contact de l’air chaud ;
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les moteurs à allumage commandé (essence) : l’allumage du mélange air-carburant est assuré par une étincelle électrique (arc électrique entre les électrodes de la bougie) qui permet d’élever la température du mélange au-delà de sa température d’inflammation (initiation de la combustion).
Seuls les moteurs à allumage commandé (essence) nécessitent l’emploi d’un système d’allumage pour enflammer le carburant.
Cette première partie concerne la nécessité et le principe de l’allumage. Elle traite des besoins de la combustion et du moteur ainsi que des caractéristiques fonctionnelles du système d’allumage.
Une deuxième partie Allumage commandé pour moteur à prémélange : techniques concerne les techniques d’allumage et décrit l’historique des systèmes d’allumage, des premiers systèmes jusqu’à nos jours, le principe de fonctionnement de l’allumage électronique intégral, la bougie, les caractéristiques d’implantation, le contrôle de l’allumage et, enfin, la compatibilité électromagnétique des systèmes d’allumage.
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Nécessité de l’allumage
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2. Principe de l’allumage
L’allumage consiste à enflammer le mélange air-carburant comprimé dans la chambre de combustion du moteur à un instant voulu pour initier la combustion dans le cylindre.
Pour s’enflammer, une partie au moins du mélange air-carburant doit subir une élévation de température permettant de la porter au-delà de sa température d’auto-inflammation. L’énergie nécessaire pour cette élévation de température est apportée par une étincelle. L’étincelle est créée par une différence de potentiel entre deux électrodes présentes sur la bougie. Pour créer cette étincelle, la bougie est alimentée en haute tension par une bobine d’allumage. L’alimentation et la commande de la bobine d’allumage sont issues du calculateur de contrôle moteur. Quant à la connexion électrique de la bobine avec la bougie, elle est assurée par un ressort situé dans le nez haute tension de la bobine. Sur les systèmes d’allumage déportés, la connexion avec la bougie nécessite l’implantation de câbles spéciaux, appelés faisceaux haute tension.
Le pic de pression dans le cylindre (combustion du mélange air-carburant) doit être en phase avec la position de la bielle, pour transmettre le maximum d’efforts au vilebrequin. Pour cela, il faut déclencher l’étincelle avant que le piston n’atteigne son point mort haut. Cette « avance » à l’allumage, variable en fonction du régime moteur, est donc à prendre en compte dans le développement du système global d’allumage de tous les moteurs à allumage commandé.
Les principales difficultés d’allumage ont lieu lors des accélérations (fort besoin en tension, mélange inhomogène) et lors du démarrage à froid (mélange inhomogène, environnement froid du moteur, faible tension d’alimentation), ainsi que lors d’un fonctionnement en pleine charge à très haut régime où la régularité et la qualité de l’allumage sont menacées par les très fortes pressions et températures régnant dans la chambre de combustion.
C’est pourquoi, depuis plus d’un siècle, les technologies d’allumage n’ont cessé d’évoluer et évoluent encore avec, pour objectif, d’assurer la régularité de l’allumage dans toutes les conditions de fonctionnement du moteur.
Aujourd’hui, les véhicules neufs sont tous équipés d’un système...
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