L’ALLUMAGE DES MOTEURS ESSENCE

1 - ROLE La combustion peut s’effectuer de 2 manières différentes: La température en fin compression est assez importante pour enflammer le mélange air/carburant La température en fin compression est trop faible pour provoquer la combustion Il faut un système annexe pour obtenir l’amorçage de la combustion C’est le principe de fonctionnement des moteurs diesel C’est le principe de fonctionnement des moteurs essence

2 - PRINCIPE On peut obtenir de l’énergie calorifique soit : Par frottements (pierre d’un briquet…) Par éclatement d’un arc électrique (orage, allume gaz…) C’est cette deuxième solution qui sera retenue pour des raisons de simplicité et de fiabilité Problème : pour obtenir un arc électrique dans la chambre de combustion, il faut une tension de or, nous n’avons qu’une source de . Il faut un transformateur, c’est le rôle de 10 à 20 kV 12 V la bobine d’allumage.

3 - REALISATION La bobine d’allumage utilise les 2 grands principes de l’électricité en l’occurrence : Passage d’un courant dans une bobine Création d’un champ magnétique ET Variation de champ magnétique dans une bobine Création d’une FEM

La bobine d’allumage est en fait l’union de 2 bobines : Sortie haute tension Dans le primaire se créé le champ magnétique Bobine primaire Dans le secondaire se fait sentir la variation du champ magnétique et donc la production de la haute tension Bobine secondaire La haute tension sera fonction de : - l’importance du champ magnétique du primaire Il sera fonction de : - le nombre de spires du secondaire - l’intensité du courant dans le primaire - la vitesse de la variation du champ magnétique - du nombre de spires du primaire

SCHEMA THEORIQUE Primaire Secondaire On a donc une bobine primaire dans laquelle se produit le champ magnétique On a une bobine secondaire dans laquelle se crée la FEM Réalisation pratique Interrupteur de commande de l’allumage Batterie Bobine Bougie Haute tension Entrée Vers la commande Sortie

FONCTIONNEMENT Bougie Contact Batterie Module allumage Bobine Intensité primaire Temps Tension secondaire

création du champ magnétique. L’interrupteur de la commande d’allumage est Il y a passage de courant dans et donc fermé. le primaire création du champ magnétique. Intensité primaire Temps Tension secondaire Batterie Contact Bougie Bobine Module allumage

L’intensité du champ magnétique est fonction de l’intensité du courant dans le primaire. Tension secondaire Temps Batterie Contact Bougie Bobine Module allumage Intensité primaire

Le champ magnétique agit sur le secondaire Le champ magnétique agit sur le secondaire. Mais la variation n’est pas assez rapide pour provoquer une FEM. Intensité primaire Temps Tension secondaire Batterie Contact Bougie Bobine Module allumage

L’intensité du courant au primaire est à saturation, le champ magnétique est maximum,… Intensité primaire Temps Tension secondaire Batterie Contact Bougie Module allumage Bobine

Le circuit primaire est coupé. Le courant est Le circuit primaire est coupé. Le courant est . Le champ magnétique devient La variation du champ magnétique dans le secondaire est et donne naissance à Cette très haute tension permet de ioniser le gaz entre les électrodes de la bougie, c’est-à-dire de rendre conducteur électriquement. coupé nul. rapide une FEM. Tension secondaire Temps Intensité primaire Batterie Contact Bougie Bobine Module allumage

L’écart entre les électrodes étant électriquement conducteur, il y a passage de l’étincelle Intensité primaire Temps Tension secondaire Batterie Contact Bougie Bobine Module allumage

Toute l’énergie accumulée dans le secondaire est transformée en arc électrique. Batterie Contact Bougie Bobine Module allumage Intensité primaire Tension secondaire Temps

Lorsqu’il n’ y a plus assez d’énergie, il n’y a plus de passage d’étincelle. Un résiduel d’énergie peut se montrer sous forme d’oscillations amorties. Tension secondaire Temps Intensité primaire Batterie Contact Bougie Bobine Module allumage

4 – LES AVANCES A L’ALLUMAGE Problème : Calculez l’angle de rotation du vilebrequin à 900 tr/min (calcul effectué au ralenti environ) pendant la combustion du mélange, c’est-à-dire 2 millisecondes. Pression maxi 900 x 360 = 324000 °/min 324000 : 60 = 5400 °/s 5400 : 1000 = 5,4 °/ms 5,4 x 2 = 10,8 ° pendant la combustion Sachant qu’il faut impérativement que la fin combustion se fait juste après le PMH pour obtenir les plus grandes pressions, il faut que l’allumage se déclanche 10,8 ° avant. Il faut que l’allumage déclenche avant le PMH : c’est P maxi impératif PMH AA l’avance initiale AA.

BILAN

On provoque le début d’allumage avant le PMH…

La combustion ne se faisant pas instantanément…

Le piston se déplace en même temps que le front de flamme…

Ce qui permet d’avoir le mélange complètement brûler après le PMH.

Et donc d’avoir les pressions maximales lorsque le piston amorce sa descente vers le PMB. Pression maxi

Conclusion : Il faut que l’avance à l’allumage Problème : A charge moteur égale (position identique sur la pédale d’accélérateur), le temps de combustion n’évolue pas en fonction du régime moteur. Calculez l’angle de rotation du vilebrequin pendant la combustion (2/1000 seconde) à 1000 tr/min, 2000 tr/min et 3500 tr/min. Position de l’accélérateur Toujours la même position (ex. : 1/3 d’accélération) Régime moteur Route plate N = 2000 tr/min En montée N = 1000 tr/min En descente N = 3500 tr/min Temps de combustion Pour une même position de l’accélérateur le temps de combustion reste identique (ex. : t = 2 millisecondes) Vilebrequin durant la combustion 24 12 42 Conclusion : Il faut que l’avance à l’allumage évolue en fonction du régime moteur. L’information vient du capteur vitesse du vilebrequin. AA pour N3 PMH Fin combustion AA pour N2 AA pour N1

Position de l’accélérateur Problème : À régime égale, la durée de combustion varie pour différentes positions de l’accélérateur. Régime moteur Route plate N = 2000 tr/mn En montée En descente Position de l’accélérateur Durée de combustion Ex. : t = 2 millisecondes En appuyant plus sur l’accélérateur, la quantité d’air / essence , la vitesse de combustion est plus , le temps de combustion est plus La quantité de mélange est , l’homogénéité est Le temps de combustion faible augmente mauvaise. rapide augmente. court Conclusion : Il faut que l’avance à l’allumage évolue en fonction de la quantité d’air qui entre dans le moteur L’information vient du capteur de pression d’air d’admission.

Problème : Comment savoir sur quel cylindre il faut envoyer l’étincelle ? L’information vient du capteur de vitesse ET position du vilebrequin + apc ? ? ? ? En fonction de la forme de la cible du volant moteur, le signal électrique du capteur évolue pour indiquer la position du PMH Autre solution : Un capteur de phase positionné sur l’arbre à cames donne l’information PMH au boîtier d’allumage en fonction d’un repère placé sur la poulie

5 – LE CLIQUETIS Le cliquetis est un phénomène provoqué par un mauvais contrôle de la combustion dans les moteurs. Il est très néfaste et est la conséquence de l'auto-inflammation du mélange air-carburant. La combustion du mélange commence normalement après l'étincelle. Un deuxième front de flamme peut se créer dû à un point chaud. Lorsque le piston arrive au PMH, les pressions et les températures sont très importantes.

Les micro explosions qui en résultent produisent des vibrations dans le domaine acoustique (de l'ordre de 5 à 10 Khz). Elles sont très vives et peuvent rapidement créer des points chauds qui accentueront encore plus le problème. L'accumulation de micro explosions peut arracher ou faire fondre une petite quantité de métal sur le sommet du piston et/ou sur les parois du cylindre et des segments. Au bout de quelque temps (selon l'intensité) cela conduira à la destruction du piston, des segments ou des parois du cylindre. Pour limiter ce phénomène, certains moteurs sont équipés de détecteur de cliquetis. Vissé sur le bloc moteur, il « écoute » les fréquences vibratoires émises par le moteur. Lorsque celui-ci repère des fréquences correspondant au cliquetis, l’unité d’allumage diminue l’avance à l’allumage, ce qui permet de diminuer également la température à l’intérieure de la chambre de combustion et donc de limiter l’auto combustion.

5 – L’ALLUMAGE ELECTRONIQUE INTEGRAL BILAN DES ENTREES / SORTIES Bobine d’allumage Énergie électrique haute tension Capteur pression admission Information pression d’admission Information vitesse position vilebrequin Capteur de vitesse et position vilebrequin Module de Puissance d’Allumage Énergie électrique basse tension

RÔLE Info pression admission Info position vitesse vilebrequin Produire l’étincelle au moment optimum Énergie électrique basse tension Énergie électrique haute tension

ORGANISATION Replacez dans le tableau les éléments de l’AEI Partie capteurs Partie commande Partie opérative Envoie des infos Gère et envoie des ordres Exécute les ordres Capteur vitesse et position vilebrequin Capteur de pression d’admission Module de Puissance d’Allumage Bobine d’allumage Transformer des grandeurs physiques en info électriques Infos électriques Grandeurs physiques Gérer les infos et commander la bobine au moment optimum Commande électrique Capteurs Énergie électrique haute tension MPA Énergie électrique basse tension Transformer la basse tension en haute tension Bobine

FONCTIONNEMENT Moteur à l’arrêt : N = 0 1 Alimentation démarreur : D = 1 1 Rotation du moteur : N = 250 tr/mn Recherche PMH PMH N mot infos PMH - Nmot 2 Recherche de l’avance optimum Déclenchement allumage Rotation du moteur N = 1000 tr/mn D = 0 3 Alimentation moteur = 0