🧰 Le coup d'écrou #4 - L'allumage

L'allumage

L'allumage est, dans un moteur thermique, la fonction par laquelle se fait l'inflammation du mélange gazeux comprimé dans la chambre de combustion. (voir article carburation) 

Principe

L'allumage consiste à amorcer la réaction de combustion. Celle-ci se propage à partir du point d'inflammation.
Dans les moteurs fonctionnant à l'essence, l'inflammation du mélange comprimé se fait à l'aide de la bougie d'allumage. 
Placée dans le fond de la chambre de compression, elle génère une étincelle électrique. L'étincelle est créée peu avant que le piston ait atteint le point mort haut au cours de la phase de compression. Ce moment est appelé avance à l'allumage.

Le courant utile à l'allumage

La bougie d'allumage est constituée essentiellement par deux tiges métalliques, isolées électriquement entre elles, appelées électrodes.

Les extrémités de ces électrodes trouvent à quelques dixièmes de millimètre l'une de l'autre et sont situées à l'intérieur de la chambre de combustion. Le courant qui arrive par une des électrodes, isolée de la masse, passe à la seconde, qui elle est à la masse, et produit une étincelle.
Pour que cette étincelle puisse jaillir dans le gaz comprimé, il est nécessaire que le courant qui la produise ait une tension très élevée (environ 15000 à 20000 volts suivant le taux de compression du moteur). 

Avance à l'allumage

L'avance à l'allumage est variable et dépend notamment :
- De la vitesse de rotation du moteur : plus le moteur tourne vite, plus le piston se déplace rapidement et plus il faut avancer le moment de l'allumage.

- De la richesse du mélange et de la qualité de l'essence : le mélange brûle plus ou moins vite suivant le dosage du mélange et suivant son inflammabilité.

- Des conditions atmosphériques : lorsque l'air est frais, il est plus dense et le remplissage des cylindres est plus complet. Il en résulte une compression finale plus élevée et une combustion plus rapide nécessitant moins d'avance.

- Du remplissage du cylindre : lorsque le volet de gaz est peu ouvert, c'est le cas au ralenti, la pression en fin de compression est moins élevée et il faut augmenter l'avance.

Les constructeurs indiquent pour chacun de leurs moteurs une avance fixe. Pour que l'avance augmente en fonction de la vitesse de rotation du moteur, il existe sur certains appareils d'allumage un dispositif automatique de réglage.
Certains appareils d'allumage sont munis, en plus du dispositif précédent, d'un correcteur d'avance à main permettant au conducteur de faire varier l'avance depuis l'habitacle du véhicule suivant les conditions de marche du véhicule.

Il existe différents modes d'allumage employés sur les moteurs à explosion. Tous génèrent un courant de haute tension mais diffèrent en fait par la nature de la source de courant utilisée.

Différents modes d'allumage

Parmi ces modes d'allumage, on trouve :
-    L'allumage par magnéto (qui pourra faire l’objet d’un article dédié)
-    L’'allumage par batterie.

Allumage par batterie

Contrairement à l'allumage par magnéto, la batterie est ici indispensable. Elle fournit un courant de basse tension qui est ensuite transformé en courant de haute tension pour les besoins de l'allumage.

Le courant fourni par la batterie est transformé dans un accessoire appelé bobine qui n'est autre qu'un transformateur fonctionnant en élévateur de tension.
La bobine emmagasine le courant transmis par la batterie pour pouvoir délivrer un courant haute tension dans les bougies du moteur qui créeront une étincelle. 

Les organes 

- La bobine : 
Extérieurement, une bobine d'allumage classique se présente sous l'aspect d'une boîte métallique cylindrique. Ce boitier est fermé à sa partie supérieure par un chapeau (1), en matière isolante (ébonite).
Au centre de ce chapeau se trouve la prise de courant haute tension (douille de laiton). Sur le chapeau se trouvent deux bornes, diamétralement opposées (2).

- L’allumeur : 
L'allumeur se présente sous la forme d'un corps cylindrique creux (alliage), prolongé à la partie inférieure par une partie cylindrique également creuse mais de diamètre inférieur.
Le corps de l'appareil est fermé à sa partie supérieure par un couvercle ou chapeau (ébonite) qui constitue le distributeur. La partie cylindrique inférieure s'engage dans un logement du bloc moteur où se trouve l'arbre à cames.

A l'intérieur du corps de l'allumeur, on trouve :
- L'arbre d'entraînement en deux parties : l'arbre principal et l'arbre secondaire
- Le dispositif d'avance automatique
- Le rupteur
- Le doigt rotatif du distributeur appelé également disrupteur

La partie inférieure de l'arbre principal (66691) se termine par une lame tournevis qui s'engage dans la fente d'une douille d'entraînement. Cette dernière, qui commande la pompe à huile du moteur dans un but de simplification, est en prise sur l'arbre à cames du moteur.
L'arbre principal (66691) porte un plateau sur lequel sont fixés deux axes diamétralement opposés. L'arbre secondaire (66631) est creux et s'engage sur la partie supérieure
de l'arbre principal, sur lequel il tourne librement. Le graissage entre les deux parties se fait par une mèche de feutre (66721) huilée. L'arbre porte à sa périphérie des bossages en nombre égal à celui des cylindres du moteur et qui ont pour rôle d'écarter les contacts du rupteur. A la partie inférieure est fixée une pièce transversale portant deux axes verticaux.

Note : L'arbre de l'allumeur tourne à demi-vitesse du vilebrequin.

Le dispositif automatique de réglage de l'avance à l'allumage

Le rôle de ce dispositif consiste à décaler en rotation, en cours de marche, l'arbre secondaire par rapport à l'arbre principal, afin d'avancer plus ou moins le moment d'action de chacune des cames en suivant la vitesse de rotation du moteur et d'obtenir ainsi une variation de l'avance à l'allumage. Le but de ce dispositif est d'optimiser le rendement du moteur à tous les régimes.

Le rupteur (66780)

Au-dessus du dispositif d'avance automatique, l'allumeur possède une plaque évidée en son centre, pour le passage de l'arbre. C'est sur cette plaque qu'est fixé le rupteur. Ce dernier se compose essentiellement de deux grains de contact, souvent nommés vis platinées ; l'un fixe, l'autre mobile.
Le grain de contact fixe est rivé sur une plaquette (66749) vissée elle-même sur la plaque support (66753). Cette plaquette porte un axe vertical qui reçoit le levier du rupteur (66771).
Sur l'extrémité opposée à l'axe est rivé le grain de contact mobile.
Le levier porte en outre une pièce de fibre appelée toucheau, maintenue en contact avec les cames du rupteur.
Un ressort constitué par une lamelle d'acier maintient les grains de contact appuyés l'un contre l'autre lorsqu'aucune des cames n'attaque le toucheau du levier.

Le condensateur (66824)

Le condensateur se présente sous la forme d'un boîtier cylindrique et est branché en dérivation des contacts du rupteur. Il se trouve mis en série dans le circuit primaire et lorsque les contacts du rupteur sont écartés, il absorbe le courant de self induit et évite ainsi la détérioration des contacts du rupteur.

Le distributeur (66784)

Le distributeur est constitué en partie par le chapeau en matière isolante qui se fixe sur le dessus de l'allumeur. A la périphérie du chapeau sont noyés, dans la matière isolante, autant de plots qu'il y a de cylindres dans le moteur. Ces plots, qui sont équidistants les uns des autres, communiquent électriquement avec les douilles, également noyées dans le chapeau, d'où partent les fils allant aux bougies.

Au centre du chapeau est noyée la douille qui reçoit le fil haute tension venant de la bobine. Sur la partie supérieure de l'arbre portant les cames du rupteur s'engage le doigt de distributeur (66660), appelé encore rotor ou disrupteur.
Le rotor transmet le courant de haute tension qui arrive au centre du chapeau
en passant successivement aux différents plots sous la forme d'une étincelle
dite « étincelle de disrupture » qui renforce l'étincelle de la bougie.

Formation de l'étincelle

L'allumeur est accouplé avec le moteur de manière que les contacts du rupteur s'écartent sous l'action de chaque came au moment où l'un des pistons est au point d'allumage. L'opération par laquelle on réalise cette synchronisation est appelée calage de l'allumeur.

Au moment voulu, les contacts du rupteur s'écartent sous l'action d'une des cames qui attaque le toucheau. Le courant étant interrompu dans tout le circuit primaire et en particulier dans l'enroulement primaire de la bobine, le champ magnétique créé par ce courant cesse brusquement. Il en résulte une brusque variation de flux dans les spires de l'enroulement secondaire qui fait naître, par induction, un courant de haute tension.
Ce courant qui ne dure que pendant l'ouverture des contacts du rupteur parvient au distributeur, puis au doigt de distributeur qui se trouve à ce moment-là en face d'un des plots.
Le courant arrive ensuite à la bougie où il produit, en passant d'une électrode à l'autre, l'étincelle qui enflamme le mélange gazeux comprimé.

Note : D'après le fonctionnement de l'allumeur, si le calage est correct pour un des cylindres, il l'est forcément pour les autres.

Les bougies d'allumage

La bougie d'allumage a pour rôle d'enflammer, au moment voulu, le mélange carburé comprimé dans la chambre de combustion.

Une bougie d'allumage se compose essentiellement de deux électrodes métalliques isolées fortement l'une de l'autre d'un point de vue électrique. L'une des électrodes est isolée de la masse ; c'est par elle qu'arrive périodiquement le courant de haute tension venant du distributeur. La seconde électrode est reliée à la masse du moteur et donc du véhicule.
Les deux électrodes ont leurs extrémités à quelques dixièmes de millimètre (5 à 10) l'une de l'autre. En raison de sa tension élevée, le courant passe de l'électrode isolée à l'électrode de masse et engendre une étincelle qui amorce la combustion du mélange.

La bougie est composé de :
- Un culot
- Une électrode centrale,
- Un isolant,
- Un joint

Degré thermique

Pour remplir son rôle d'une manière satisfaisante, une bougie doit avoir sa température de fonctionnement comprise entre 500 et 800°C environ.

La limite inférieure (500°C) est dite température d'encrassement. Au-dessous de cette température, il se forme sur le culot et le bec de l'isolant de la bougie un dépôt de coke, bon conducteur du courant, qui permet à ce dernier de passer à la masse avant l'électrode de masse, ce qui supprime toute étincelle ou réduit la puissance de celle qui jaillit entre les électrodes.
A la température supérieure dite température d'auto-allumage et au-dessus de cette température, le culot de la bougie devient incandescent et peut provoquer l'inflammation du mélange sans que l'étincelle ne jaillisse. Ce phénomène est appelé auto-allumage. Il cause des perturbations dans le fonctionnement du moteur et fait baisser le rendement de celui-ci.
Une bougie ne doit donc pas atteindre cette température critique, mais elle doit s'en approcher au maximum afin que les produits résiduels, qui ont tendance à se déposer sur le culot, soient brûlés.

Chaque fabricant de bougies présente une gamme de bougies caractérisées par un coefficient thermique particulier permettant de classer les bougies en bougies chaudes ou en bougies froides.

Note : La bougie chaude convient à un moteur ayant tendance à consommer de l'huile et dont les chambres de combustion ont tendance à s'encrasser tandis que la bougie froide convient davantage aux moteurs poussés, à taux de compression élevé, ayant tendance à l'auto-allumage

Pour aller plus loin et conclure les explications, Juan Seren nous propose une animation 3D sur un allumeur à avance centrifuge. (https://www.youtube.com/watch?v=R1TsPPAy2_Q)

Merci à Alexandre Degrandcourt pour ce troisième "coup d'écrou" ! 

Crédits photos : Wikipedia /
Notices d'allumeur SEV

Crédits vidéo : Juan Seren

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