Le moteur à combustion interne est une machine étonnante qui évolue depuis plus de 100 ans. Il continue d'évoluer au fur et à mesure que les constructeurs automobiles parviennent à extraire un peu plus d'efficacité ou un peu moins de pollution chaque année. Le résultat est une machine incroyablement compliquée et étonnamment fiable.
D'autres articles de HowStuffWorks expliquent la mécanique du moteur et bon nombre de ses sous-systèmes, y compris le système de carburant, le système de refroidissement, les arbres à cames, les turbocompresseurs et les engrenages. On pourrait dire que le système d'allumage c'est là que tout se met en place, avec une étincelle parfaitement synchronisée.
À la prochaineDans cet article, nous en apprendrons davantage sur les systèmes d'allumage, en commençant par le calage de l'allumage. Ensuite, nous examinerons tous les composants qui entrent dans la fabrication de l'étincelle, y compris les bougies d'allumage, les bobines et les distributeurs. Et enfin, nous parlerons de certains des systèmes les plus récents qui utilisent des composants à semi-conducteurs au lieu du distributeur.
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Le système d'allumage de votre voiture doit fonctionner en parfaite harmonie avec le reste du moteur. L'objectif est d'enflammer le carburant exactement au bon moment afin que les gaz en expansion puissent effectuer le maximum de travail. Si le système d'allumage se déclenche au mauvais moment, la puissance chutera et la consommation de gaz et les émissions peuvent augmenter.
Lorsque le mélange carburant/air dans le cylindre brûle, la température augmente et le carburant est converti en gaz d'échappement. Cette transformation fait augmenter considérablement la pression dans le cylindre et force le piston vers le bas.
Afin d'obtenir le maximum de couple et de puissance du moteur, l'objectif est de maximiser la pression dans le cylindre pendant la course de puissance . Maximiser la pression produira également la meilleure efficacité du moteur, ce qui se traduit directement par un meilleur kilométrage. Le moment de l'étincelle est essentiel au succès.
Il y a un petit délai entre le moment de l'étincelle et le moment où le mélange carburant/air brûle et où la pression dans le cylindre atteint son maximum. Si l'étincelle se produit juste au moment où le piston atteint le sommet de la course de compression, le piston aura déjà parcouru une partie de sa course motrice avant que les gaz dans le cylindre n'aient atteint leurs pressions les plus élevées.
Pour tirer le meilleur parti du carburant, l'étincelle doit se produire avant que le piston n'atteigne le sommet de la course de compression , donc au moment où le piston commence sa course motrice, les pressions sont suffisamment élevées pour commencer à produire un travail utile.
Travail =Force * Distance
Dans un cylindre :
Ainsi, lorsque nous parlons d'un cylindre, travail =pression * surface du piston * longueur de course . Et parce que la longueur de la course et la surface du piston sont fixes, la seule façon de maximiser le travail est d'augmenter la pression.
Le timing de l'étincelle est important, et le timing peut être soit avancé ou retardé selon conditions.
Le temps que met le carburant à brûler est à peu près constant. Mais la vitesse des pistons augmente à mesure que le régime moteur augmente. Cela signifie que plus le moteur tourne vite, plus l'étincelle doit se produire tôt. C'est ce qu'on appelle l'avance à l'allumage :Plus le régime moteur est rapide, plus il faut d'avance.
Autres objectifs, comme la minimisation des émissions , sont prioritaires lorsque la puissance maximale n'est pas requise. Par exemple, en retardant le calage de l'allumage (en rapprochant l'étincelle du haut de la course de compression), les pressions et les températures maximales du cylindre peuvent être réduites. L'abaissement des températures aide à réduire la formation d'oxydes d'azote (NOx ), qui sont un polluant réglementé. Retarder le timing peut également éliminer le cognement; certaines voitures équipées de capteurs de cliquetis le feront automatiquement.
Ensuite, nous passerons en revue les composants qui font l'étincelle.
La bougie est assez simple en théorie :il force l'électricité à traverser un espace, tout comme un éclair. L'électricité doit être à très haute tension pour traverser l'espace et créer une bonne étincelle. La tension à la bougie peut être comprise entre 40 000 et 100 000 volts.
La bougie d'allumage doit avoir un passage isolé pour que cette haute tension descende jusqu'à l'électrode, où elle peut sauter l'écart et, de là, être conduite dans le bloc moteur et mise à la terre. Le bouchon doit également résister à la chaleur et à la pression extrêmes à l'intérieur du cylindre et doit être conçu de manière à ce que les dépôts d'additifs de carburant ne s'accumulent pas sur le bouchon.
Les bougies d'allumage utilisent un insert en céramique pour isoler la haute tension au niveau de l'électrode, en veillant à ce que l'étincelle se produise à la pointe de l'électrode et nulle part ailleurs sur la fiche ; cet insert remplit une double fonction en aidant à brûler les dépôts. La céramique est un conducteur de chaleur assez médiocre, de sorte que le matériau devient assez chaud pendant le fonctionnement. Cette chaleur aide à brûler les dépôts de l'électrode.
Certaines voitures nécessitent une prise à chaud . Ce type de fiche est conçu avec un insert en céramique qui a une zone de contact plus petite avec la partie métallique de la fiche. Cela réduit le transfert de chaleur de la céramique, ce qui la rend plus chaude et brûle ainsi plus de dépôts. Bougies froides sont conçus avec plus de surface de contact, donc ils fonctionnent plus frais.
Le constructeur automobile sélectionnera la bonne prise de température pour chaque voiture. Certaines voitures équipées de moteurs hautes performances génèrent naturellement plus de chaleur, elles ont donc besoin de bougies plus froides. Si la bougie devient trop chaude, elle pourrait enflammer le carburant avant que l'étincelle ne se déclenche; il est donc important de s'en tenir au bon type de prise pour votre voiture.
Ensuite, nous découvrirons la bobine qui génère les hautes tensions nécessaire pour créer une étincelle.
La bobine est un appareil simple - essentiellement un transformateur haute tension composé de deux bobines de fil. Une bobine de fil est appelée la bobine principale . Enroulé autour de lui se trouve la bobine secondaire . La bobine secondaire a normalement des centaines de fois plus de tours de fil que la bobine primaire.
Le courant circule de la batterie à travers l'enroulement primaire de la bobine.
Le courant de la bobine primaire peut être soudainement interrompu par les points de coupure , ou par un dispositif à semi-conducteurs dans un allumage électronique.
Si vous pensez que la bobine ressemble à un électroaimant, vous avez raison, mais c'est aussi une inductance. La clé du fonctionnement de la bobine est ce qui se passe lorsque le circuit est soudainement interrompu par les points. Le champ magnétique de la bobine primaire s'effondre rapidement. La bobine secondaire est engloutie par un champ magnétique puissant et changeant. Ce champ induit un courant dans les bobines - un courant à très haute tension (jusqu'à 100 000 volts) en raison du nombre de bobines dans l'enroulement secondaire. La bobine secondaire alimente cette tension au distributeur via un fil haute tension très bien isolé.
Enfin, un système d'allumage a besoin d'un distributeur.
Le distributeur gère plusieurs travaux. Son premier travail consiste à distribuer la haute tension de la bobine au bon cylindre. Ceci est fait par le cap et rotor . La bobine est reliée au rotor, qui tourne à l'intérieur du capuchon. Le rotor tourne devant une série de contacts, un contact par cylindre. Lorsque la pointe du rotor passe devant chaque contact, une impulsion haute tension provient de la bobine. L'impulsion passe à travers le petit espace entre le rotor et le contact (ils ne se touchent pas réellement) puis continue le long du fil de la bougie jusqu'à la bougie du cylindre approprié. Lorsque vous faites une mise au point, l'une des choses que vous remplacez sur votre moteur est le capuchon et le rotor - ceux-ci finissent par s'user à cause de l'arc. De plus, les fils de la bougie finissent par s'user et perdent une partie de leur isolation électrique. Cela peut être la cause de certains problèmes de moteur très mystérieux.
Les distributeurs plus anciens avec des points de disjoncteur ont une autre section dans la moitié inférieure du distributeur - cette section fait le travail de couper le courant vers la bobine. Le côté terre de la bobine est connecté aux points du disjoncteur.
Une came au centre du distributeur pousse un levier relié à l'un des points. Chaque fois que la came pousse le levier, elle ouvre les aiguillages. Cela fait que la bobine perd soudainement sa masse, générant une impulsion haute tension.
Les points contrôlent également le moment de l'étincelle. Ils peuvent avoir une avance à vide ou une avance centrifuge . Ces mécanismes font avancer le calage proportionnellement à la charge ou au régime du moteur.
Le calage de l'allumage est si critique pour les performances d'un moteur que la plupart des voitures n'utilisent pas de points. Au lieu de cela, ils utilisent un capteur qui indique à l'unité de commande du moteur (ECU) la position exacte des pistons. Le calculateur moteur commande alors un transistor qui ouvre et ferme le courant vers la bobine.
Dans la section suivante, nous examinerons une avancée dans les systèmes d'allumage modernes :l'allumage sans distributeur.
Ces dernières années, vous avez peut-être entendu parler de voitures qui ont besoin de leur première mise au point à 100 000 milles. L'une des technologies qui permet ce long intervalle de maintenance est l'allumage sans distributeur .
La bobine de ce type de système fonctionne de la même manière que les plus grandes bobines situées au centre. L'unité de commande du moteur contrôle les transistors qui coupent le côté masse du circuit, ce qui génère l'étincelle. Cela donne à l'ECU un contrôle total sur le calage de l'allumage.
Des systèmes comme ceux-ci présentent des avantages substantiels. Premièrement, il n'y a pas de distributeur, qui est un élément qui finit par s'user. De plus, il n'y a pas de fils de bougie d'allumage haute tension, qui s'usent également. Et enfin, ils permettent un contrôle plus précis du calage de l'allumage, ce qui peut améliorer l'efficacité, les émissions et augmenter la puissance globale d'une voiture.
Pour plus d'informations sur les systèmes d'allumage et les sujets connexes, consultez les liens sur la page suivante.
Publié à l'origine :23 janvier 2001
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