Petit récapitulatif; jusqu'à maintenant on a vu les temps moteurs, les composantes moteurs et la distribution. Dans la dernière leçon je vous parlais du rapport stœchiométrique et du triangle du feu. Je vais revenir sur ce dernier ici. Comme je le disais pour avoir du feu on a besoin de trois choses, un carburant (l'essence), un comburant (l'oxygène dans l'air) et de la chaleur. Jusqu'à maintenant, je vous ai expliqué comment les deux premiers pouvaient entrer dans la chambre de combustion. C'est bien beau tout cela, mais où on prend notre chaleur? Déjà le fait de compresser notre mélange air-essence à l'aide du piston en crée beaucoup, mais ce n'est pas suffisant. C'est ici qu'entre en jeu la fameuse bougie et on nomme les systèmes qui la gère, l'allumage. C'est donc de l'allumage que je vais vous jaser aujourd'hui. On va y aller en ordre décroissant en partant de la chambre de combustion et en sortant du bloc moteur.
La bougie d'allumage (« spark plug » en anglais).
Comme je le disais plus haut, c'est la bougie qui amène la chaleur dans notre triangle du feu. Il s'agit en fait d'un petit dispositif électrique qui émet une étincelle au moment voulut. Cette étincelle allumera à son tour le mélange air-essence. C'est pas vraiment plus compliqué que ça en théorie, mais en pratique il y a beaucoup de petits détails.
Premièrement, on a au minimum une bougie par cylindres. Donc, dans un moteur quatre cylindres on aura quatre bougies. Des moteurs plus archaïques ou demandant plus de chaleur peuvent utiliser plus d'une bougie, mais c'est plutôt l'exception que la règle. On peut facilement savoir à quel type de moteur on a affaire en comptant le nombre de fils à bougie que l'on voit sous le capot. Un moteur 4 cylindres par exemple aura 4 fils à bougies.
Regardez bien la photo ci-dessous je vous l'explique en détails.
La bougie est normalement placée, dans cette position, dans un orifice prévu à cet effet dans la culasse du moteur. Les filets métalliques que l'on voit dans le bas viennent se visser dans les filets correspondants sur la culasse. Tout de suite au-dessus de ça, on a un bout de métal hexagonal qui vous permettra, avec une douille hexagonale de la même dimension, de dévisser la bougie. La partie blanche est normalement fait en céramique, quoique d'autres matériaux ont été ou sont utilisés. Elle isole le corps de la bougie du courant électrique qui traversera l'électrode. Tout en haut, c'est là que le fil à bougie viendra se connecter pour amener l'électricité. J'oubliais le plus important, l'espèce de petit crochet tout en bas est l'électrode. C'est elle qui produira l'étincelle tant recherché.
On va se concentrer sur l'électrode pour l'instant. On envoi un haut voltage dans la cathode, la partie qui est tout en bas sur la photo juste en-haut du petit crochet. Quand le courant arrive à cet endroit il n'y a plus de conducteur où les électrons peuvent se déplacer. Étant donné qu'un courant électrique cherche toujours à retourner à la terre de la façon la plus « facile » possible, le seul endroit où cela devient possible est l'anode. L'anode c'est le petit crochet justement. Vous remarquerez qu'il ne touche pas du tout à la cathode. Pourtant due au haut voltage de la cathode, le courant passera quand même. Il se créera alors un arc électrique. Cet arc électrique c'est notre étincelle. En fait, l'air ambiant ou dans notre cas le mélange air-essence, s'ionisera et deviendra conducteur, un peu à la façon d'un éclair lors d'un orage. C'est exactement le même principe. Il est alors facile de comprendre que le mélange air-essence, ainsi ionisé, devient extrêmement chaud. Un éclair peut facilement enflammer un arbre comme le prouve chaque été nos nombreux feux de forêt. Ce petit volume de mélange air-essence ionisé créera assez de chaleur pour allumer le reste du mélange. Et voilà, on a notre chaleur dans le triangle du feu et notre explosion dans le moteur.
Évidemment, on a besoin de beaucoup d'électricité pour accomplir cette tâche. Si on compare un courant électrique à un tuyau d'eau, on besoin de beaucoup de pression pour que l'électricité est assez d'énergie pour passer de la cathode à l'anode. Cette « pression », c'est ce que l'on appelle le voltage et on la mesure en volts. Pour que la bougie s'allume convenablement on a besoin de 10 000 à 20 000 volts dépendent de la bougie et de la construction du moteur. De plus, l'espace entre la cathode et l'anode est extrêmement important. Si l'espace est trop petit, l'arc électrique sera faible et ne sera pas suffisant pour enflammer le mélange. Si l'espace est trop grand, on aura peut-être pas assez de voltage pour créer l'arc tant convoité. Ces deux critères sont normalement décidés au moment du design du moteur. C'est pourquoi chaque modèle moteur nécessite des bougies spécifiques. On ne peut pas mettre des bougies d'un moteur Honda dans un moteur de Volkswagen etc...
L'espace entre la cathode et l'anode est ce que l'on appel le « gap » en anglais. Ça veut dire carrément trou ou espace. Si on veut on peut jouer avec cet espace pour avoir plus ou moins de performance. Je ne rentrerai pas dans les détails tout de suite, laissez plutôt ça à votre mécanicien d'expérience.
Le distributeur (« distributor » en anglais).
Pour ceux qui ont compris mes précédentes capsules il vous est évident que les bougies ne s'allument pas tous au même moment. En fait, théoriquement chaque bougie s'allumera seulement au moment où le piston qui lui est assigné entrera dans son temps d'explosion. Ce ne fut pas toujours le cas, mais je reviendrai sur ça plus bas. Pour synchroniser bougies et pistons on a crée ce que l'on appelle le distributeur. Il s'agit la plupart du temps d'un dispositif purement mécanique.
Sur la photo ci-dessus on voit un bel exemple d'un distributeur. La longue partie en métal vient normalement se connecter à ou aux arbres à cames quoique certain distributeur utilise le vilebrequin. Cet arbre tournera à la même vitesse que l'arbre à cames et c'est lui qui envoi le « signal » d'allumage au chapeau de distribution (« distributor cap » en anglais). C'est ce dernier qui nous intéresse ici.
Dans le chapeau, on a un rotor qui est branché sur l'arbre à cames. Il tourne à la même vitesse que ce dernier et distribuera le courant électrique sur les pointes qui sont reliés aux fils à bougies qui amèneront le courant à ces dernières. Le courant arrive de la bobine d'allumage par le centre du chapeau. C'est pas vraiment plus compliqué que ça. Les pointes sont placées précisément pour envoyer le courant électrique au bon moment au cylindre concerné.
Évidemment, les distributeurs peuvent être un peu plus compliqués. On peut se servir du vide créé par un moteur qui force pour faire avancer ou reculer le temps d'allumage des bougies. Le rotor est alors articulé en conséquence et les pointes se déplacent. Pourquoi voudrait-on faire cela? C'est une très bonne question et je vais tenter d'y répondre simplement.
Bon, rappelez vous vos temps moteurs. Le piston remonte vers le point mort haut pour compresser le mélange air-essence. La bougie s'allume ensuite et enflamme le mélange air-essence ce qui pousse le piston vers le point mort bas. C'est bien beau tout ça, mais le mélange air-essence prend du temps à brûler, c'est pas visible à l'œil nu, mais néanmoins vrai. À 6000 tr/min., dans un moteur 4 cylindres, la bougie s'allumera 750 fois par minute dans chaque cylindre. C'est-à-dire que théoriquement le mélange air-essence doit se consumer complètement en 8 centièmes de secondes. C'est trop rapide, l'essence n'aura pas le temps de brûler au complet et on perdra de la puissance. C'est pourquoi on allumera la bougie avant que le piston se retrouve au point mort haut entre son temps de compression et d'explosion. Le mélange air-essence aura eu le temps de brûler un peu et la pression sera à son maximum lorsque ce sera le temps pour le piston de redescendre. On mesure le temps où la bougie s'allume en degré de rotation du vilebrequin. On dira ainsi que la plupart des moteurs ont une avance d'allumage de 20 degrés avant le point mort haut. On y va dans la langue de Shakespeare; « 20 degrees before top dead centre » ou en abrégé 20 deg. BTDC. C'est en général et c'est quelque-chose qui est normalement réglé par le constructeur. Par contre, des ajustements sont possibles et c'est là que votre mécanicien expérimenté entre en jeu. Ce serait trop long de vous expliquez ici tous les détails suffit de dire qu'en règle général si on avance trop l'allumage, disons 25 degrés BTDC, le mélange air-essence s'allumera alors que le piston est encore en train de remonter et on aura détonation (moteur scrappe) et une perte de puissance. Dans le cas contraire, disons 15 degrés BTDC, le mélange air-essence s'allumera quand le piston est en train de redescendre et la pression diminuera d'autant. Résultat, perte de puissance, essence non brûlés et émissions de polluants accrus. Bon maintenant, qu'on a compris ça oubliez tout ce que je viens de vous dire puisque les distributeurs ne sont plus utilisés depuis une bonne dizaine d'années. (Pas vrai essayez de vous en rappeler quand même un peu.)
La ou les bobines d'allumage (« ignition coil » en anglais ou simplement « coil »).
Au début je vous disais que les bougies nécessitent un voltage de 10 000 à 20 000 volts pour bien fonctionner. Évidemment, la batterie fournit seulement 12 volts, on doit donc trouver un moyen de faire augmenter le voltage. C'est le rôle de la bobine d'allumage. Elle fonctionne un peu comme un transformateur électrique accroché à un poteau de téléphone. On a des bobinages de fil de cuivre enroulés autour d'un fil qui part de la batterie. Ces bobinages, par induction électromagnétique, font augmenter le voltage qui est ensuite envoyé vers le distributeur. Et voilà on est passé de 12 à 10 000 volts. En réalité c'est un peu plus compliqué, mais c'est pas un cours d'électricien que je vous fais. Ce que vous devez savoir c'est que si jamais la bobine n'augmente pas le voltage suffisamment, les bougies n'allumeront pas et le moteur ne fonctionnera pas.
En conclusion je vous présent le petit schéma suivant.
On a la batterie en vert qui fournit le courant à la bobine en gris foncé. Cette dernière augmente le voltage et envoi le courant dans le distributeur, les deux cercles en bleu. Ce dernier s'assure que chaque bougie, les quatre « bâtons » blancs, s'allument au moment désiré. Et voilà, le système d'allumage décrit en une seule image. Le petit truc écrit « capacitor » en anglais, est un accumulateur, ils s'assurent que toutes les interférences électriques qui pourrait être créés n'affectent pas les autres systèmes électriques de votre voiture. En clair, il est là pour ne pas que vous entendiez le distributeur au lieu de CHOI Radio X.
C'est tout pour ce soir, apprenez ça par cœur et je vous reviens avec la version électronique de tout ce bazar. Oh!, j'oubliais. Si vous avez des questions, gênez-vous pas pour vous servir de l'option « commentaires » du blog.
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