l`allumage des moteurs essence - Formation Initiale et apprentissage
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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 de10 à 20 kV or, nous n’avons qu’une source de 12 V. Il faut un transformateur, c’est le rôle de 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 - le nombre de spires du secondaire - la vitesse de la variation du champ magnétique Il sera fonction de : - l’intensité du courant dans le primaire - du nombre de spires du primaire • SCHEMA THEORIQUE On a donc une bobine primaire dans laquelle se produit le champ magnétique Primaire Secondaire On a une bobine secondaire dans laquelle se crée la FEM Bobine Réalisation pratique Haute tension Entrée Vers la commande Bougie Batterie Sortie Interrupteur de commande de l’allumage • FONCTIONNEMENT Bougie Contact Batterie Intensité primaire Module allumage Temps Tension secondaire Temps Bobine L’interrupteur de la commande d’allumage est fermé. Il y a passage de courant dans le primaire et donc création du champ magnétique. Bougie Contact Batterie Intensité primaire Module allumage Temps Tension secondaire Temps Bobine L’intensité du champ magnétique est fonction de l’intensité du courant dans le primaire. Bougie Contact Batterie Intensité primaire Module allumage Temps Tension secondaire Temps Bobine Le champ magnétique agit sur le secondaire. Mais la variation n’est pas assez rapide pour provoquer une FEM. Bougie Contact Batterie Intensité primaire Module allumage Temps Tension secondaire Temps Bobine L’intensité du courant au primaire est à saturation, le champ magnétique est maximum,… Bougie Contact Batterie Intensité primaire Module allumage Temps Tension secondaire Temps Bobine Le circuit primaire est coupé. Le courant est coupé. Le champ magnétique devient nul. La variation du champ magnétique dans le secondaire est rapide et donne naissance à une FEM. Cette très haute tension permet de ioniser le gaz entre les électrodes de la bougie, c’est-à-dire de rendre conducteur électriquement. Bougie Contact Batterie Intensité primaire Module allumage Temps Tension secondaire Temps Bobine L’écart entre les électrodes étant électriquement conducteur, il y a passage de l’étincelle Bougie Contact Batterie Intensité primaire Module allumage Temps Tension secondaire Temps Bobine Toute l’énergie accumulée dans le secondaire est transformée en arc électrique. Bougie Contact Batterie Intensité primaire Module allumage Temps Tension secondaire Temps Bobine 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. Bougie Contact Batterie Intensité primaire Module allumage Temps Tension secondaire Temps Bobine 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 l’avance initiale AA. PMH AA P maxi impératif 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 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) Route plate N = 2000 tr/min Régime moteur Temps de combustion En montée N = 1000 tr/min En descente N = 3500 tr/min 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 AA pour N2 AA pour N1 PMH Fin combustion 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 N = 2000 tr/mn En descente N = 2000 tr/mn Position de l’accélérateur Durée de combustion Ex. : t = 2 millisecondes En appuyant plus sur l’accélérateur, la quantité d’air / essence augmente , la vitesse de combustion est plus rapide , le temps de combustion est plus court La quantité de mélange est faible , l’homogénéité est mauvaise. Le temps de combustion augmente. 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 position vitesse vilebrequin Énergie électrique basse tension Info pression admission Produire l’étincelle au moment optimum Énergie électrique haute tension • ORGANISATION Replacez dans le tableau les éléments de l’AEI Partie capteurs Envoie des infos Capteur vitesse et position vilebrequin Capteur de pression d’admission Grandeurs physiques Transformer des grandeurs physiques en info électriques Capteurs Partie commande Partie opérative Exécute les ordres Gère et envoie des ordres Module de Puissance d’Allumage Bobine d’allumage Infos électriques Gérer les infos et commander la bobine au moment optimum Commande électrique MPA Énergie électrique basse tension Transformer la basse tension en haute tension Bobine Énergie électrique haute tension • FONCTIONNEMENT Moteur à l’arrêt : N = 0 0 Alimentation démarreur : D = 1 1 Rotation du moteur : N = 250 tr/mn Recherche PMH infos PMH - Nmot PMH N mot Recherche de l’avance optimum 2 Déclenchement allumage 3 Rotation du moteur N = 1000 tr/mn D=0 Alimentation moteur = 0
