Info tech - Bougies

La bougie a deux fontions principales :

•  Enflammer le mélange air-carburant
•  Faire sortir la chaleur de la chambre de combustion

Guide des symboles d'identification des bougies

Les bougies transmettent l'énergie électrique qui transforme le carburant en énergie motrice. Une quantité suffisante d'électricité doit être fournie au système d'allumage pour qu'il produise une étincelle dans l'écartement de la bougie. C'est ce qu'on appelle le rendement électrique.

En outre, la température de la pointe d'allumage de la bougie doit être suffisamment basse pour empêcher le préallumage et suffisament élevé pour prévenir l'encrassement. C'est ce qu'on appelle le rendement thermique, lequel est réglé en fonction de la valeur thermique sélectionnée.

Il est essentiel de se rappeler que les bougies NE créent PAS de chaleur, mais la retirent. La bougie fonctionne comme un échangeur de chaleur qui retire l'énergie thermique superflue de la chambre de combustion pour la transférer au système de refroidissement du moteur. La valeur thermique se définit comme la capacité de la bougie de dissiper la chaleur.

Le taux de transfert de chaleur est déterminé par:

• La longueur du bec de l'isolateur
• Le volume de gaz autour du bec de l'isolateur
• Les matériaux ou la composition de l'électrode centrale et de l'isolateur de porcelaine

Le degré thermique d'une bougie d'allumage n'a aucun lien avec la tension électrique transmise par celle-ci. Elle indique la capacité de la bougie de retirer la chaleur de la chambre de combustion. La mesure du degré thermique tient à plusieurs facteurs : la longueur du bec de l’isolateur central de céramique et sa capacité d’absorber et de transférer la chaleur de combustion, le matériau de fabrication de l’isolateur, ainsi que la composition de l’électrode centrale.

La longueur du bec de l’isolateur est la distance entre la pointe d’allumage de l’isolateur et le point où ce dernier entre en contact avec le culot métallique. Étant donné que la pointe de l’isolateur est la partie la plus chaude de la bougie, sa température est un facteur primordial pour prévenir le pré-allumage et l’encrassement. Qu’une bougie se retrouve dans une tondeuse, un bateau ou une voiture de course, la température de sa pointe d’allumage doit rester entre 450 ºC et 850 ºC. Si elle est inférieure à 450 ºC, la zone de l’isolateur entourant l’électrode centrale ne sera pas assez chaude pour brûler le carbone et les dépôts provenant de la chambre de combustion. Ces dépôts accumulés pourront finir par encrasser la bougie et entraîner des ratés d’allumage. Si la température de la pointe est supérieure à 850 ºC, la bougie surchauffera, ce qui pourra entraîner le bris de la céramique autour de l’électrode centrale et la fonte des électrodes, donc des problèmes de pré-allumage, des détonations et des dommages coûteux au moteur. La différence de degré thermique entre des types de bougies identiques réside dans leur capacité d’extraire environ 70 ºC à 100 ºC de la chambre de combustion. Dans le cas d’une bougie de type à projection, la température d’allumage augmente de 10 ºC à 20 ºC.

DIAGRAMME

L’apparence de la pointe d’allumage d’une bougie dépend également de sa température. En cette matière, il existe trois critères pour un diagnostic: bonne, encrassée, surchauffée. La limite entre la zone d’encrassement et la zone de fonctionnement optimal (500°C) est la << température d’auto nettoyage >>. C’est la température à laquelle le carbone accumulé et les dépôts de combustions sont brûlés.

On se rappellera que la longueur du bec de l’isolateur est un facteur déterminant en ce qui concerne le degré thermique d’une bougie : plus le bec est long, moins la chaleur est absorbée et plus elle doit faire du chemin pour atteindre le circuit de refroidissement de la culasse. La bougie atteint donc une température interne plus élevée et on l’appelle << bougie chaude >>. Une bougie chaude conserve une température de fonctionnement plus élevée pour brûler les dépôts d’huile et de carbone, ce qui n’a aucune incidence sur la qualité de l’étincelle ou son intensité.

Par contre, le bec d’isolateur d’une bougie froide est plus court; il absorbe davantage la chaleur de la chambre de combustion. Cette chaleur parcourt une distance plus courte, ce qui permet à la bougie de fonctionner à une température interne plus basse. Une valeur thermique plus froide peut être nécessaire lorsqu’un moteur a été modifié pour donner un meilleur rendement, lorsqu’il est soumis à une lourde charge ou lorsqu’il tourne à haut régime pendant une période prolongée. Une bougie plus froide retire la chaleur plus rapidement et réduit les risques de pré-allumage et de détonations, ainsi que les dommages à la pointe d’allumage. (La température du moteur peut avoir un effet sur la température de fonctionnement d'une bougie, mais non sur son degré thermique.)

Voici une liste des facteurs externes qui peuvent influencer les températures de fonctionnement d'une bougie d'allumage. Les symptômes ou conditions qui suivent peuvent avoir un effet sur la température réelle d'une bougie. La bougie ne peut créer ces conditions, mais doit être en mesure de composer avec les fluctuations de températures, sinon son rendement en souffrira et le moteur pourra être endommagé.

Mélange air-carburant: affecte sérieusement le rendement du moteur et les températures de fonctionnement d’une bougie d’allumage.

• Un mélange riche peut faire tomber la température de la pointe, entraînant l’encrassement de la bougie et réduisant le plaisir de conduire.
• Un mélange pauvre fait augmenter la température de la pointe de la bougie et du cylindre, entraînant des pré-allumages, des détonations et éventuellement des dommages graves à la bougie et au moteur.
• Il est important de vérifier souvent le rendement d’une bougie durant la mise au point d’un moteur pour s'assurer d'un mélange air-carburant optimal.

Taux de compression plus élevé et induction forcée: fait grimper la température de la pointe de la bougie et de l’intérieur du cylindre.

• On peut faire augmenter la compression en apportant l’une ou l’autre des modifications suivantes:
• réduction du volume de la chambre de combustion (c.-à-d. pistons-dômes, têtes de chambre plus petites, usinage des culasses, etc.)
•  induction forcée (acides nitreux, turbocompresseur ou suralimentation)

changement d’arbre à cames.

Lorsque la compression augmente, il faut une bougie à valeur thermique plus froide, de l’essence à indice d’octane plus élevé, ainsi qu'une attention spéciale à la séquence d’allumage et les rapports air-carburant. Négliger d’utiliser une bougie d’allumage plus froide pourrait entraîner des dommages à la bougie ou au moteur

Une avance à l'allumage de 10º fait augmenter la température de la pointe d'une bougie d'environ 70 ºC à 100 ºC.

Les augmentations de température à la pointe d’allumage sont proportionnelles à la vitesse et à la charge du moteur. Si l’on se déplace constamment à haute vitesse ou si l’on transporte ou pousse des charges très lourdes, une bougie à valeur thermique plus froide s’impose.

Lorsque la température de l’air, sa densité ou son volume augmente, le mélange air-carburant est plus faible.

D’où une augmentation de la pression et de la température dans le cylindre et une hausse de la température de la pointe de la bougie. Il faut donc augmenter l’apport en carburant.

Lorsque la température grimpe, la densité de l’air décroît, ainsi que le volume d’air entrant. L’apport en carburant doit donc diminuer.

À mesure que l'humidité augmente, le volume d'air aspiré décroît.

D'où des pressions et des températures de combustion plus basses, entraînant une diminution de la température de la bougie et une réduction de la puissance disponible.

Le mélange air-carburant devrait être plus pauvre, selon la température ambiante.

Ces facteurs affectent également la température de la pointe de la bougie.

Plus l'altitude est élevée, plus la pression du cylindre diminue. Lorsque la température du cylindre décroît, il en est de même de celle de la pointe de la bougie.

Beaucoup de mécaniciens cherchent à faire leurs mises au point en changeant la valeur thermique de la bougie.

La véritable solution consiste à régler le jet ou le mélange air-carburant de manière à augmenter la quantité d'air dans le moteur.

Autoallumage

• Définition : allumage du mélange air-carburant avant le moment préétabli
• Occasionné par les points chauds dans la chambre de combustion. Ils peuvent être causés ( ou amplifiés) par une trop grande avance à l'allumage, une bougie trop chaude, un carburant à indice d'octane trop faible, un mélange air-carburant pauvre, une trop grande compression ou un moteur insuffisamment refroidi
• Il peut être conseillé de passer à un indice d'octane plus élevé, d'utiliser une bougie plus froide, un mélange de carburant plus riche ou de réduire la compression.
• Il est possible que vous ayez à retarder le temps d'allumage et à vérifier le système de refroidissement du véhicule
• L'autoallumage entraîne habituellement des détonations. L'autoallumage et la détonation sont deux différents problèmes.
• ignition and detonation are two separate events

Détonation

• Le pire ennemi de la bougie d'allumage ! (À part l'encrassement)
• Elle peut briser les isolateurs ou les électrodes de masse
• La plus part du temps, l'autoallumage produit des détonations
• La température de la pointe d'une bougie peut grimper à plus de 3000 ºF pendant la combustion (dans un moteur de course)
• Le plus souvent provoquée par des points chauds dans la chambre de combustion. Ces points chauds amènent le mélange air-carburant à s'enflammer prématurément. Comme le piston est poussé vers le haut sous l'action de la bielle, l'explosion prématurée essaie de repousser le piston vers le bas. Si le piston ne peut monter (sous l'impact de l'explosion prématurée) ni descendre (en raison du mouvement ascendant de la bielle), il est secoué de gauche à droite. L'onde de choc cause un cognement audible: c'est la détonation.
• La plus grande partie des dommages qu'un moteur subit au moment d'une détonation est causée par la chaleur excessive.
• La bougie d'allumage est endommagée à la fois par les températures élevées et par l'onde de choc ou l'explosion.

Ratés d'allumage

• On dit d'une bougie qu'elle a des ratés lorsque la tension électrique n'est pas suffisante pour enflammer tout le carburant présent dans la chambre de combustion au bon moment (quelques degrés avant le point mort haut).
• Une bougie d'allumage peut produire une étincelle faible (ou aucune étincelle) pour diverses raisons: bobine défectueuse, trop de compression et écartement inapproprié, encrassement sec ou humide, temps d'allumage insuffisant, etc.
• De faibles ratés réduisent le rendement pour des raisons évidentes. (Si le carburant n'est pas enflammé, aucune énergie n'est produite.)
• Des ratés importants augmentent la consommation, réduisent le plaisir de conduire et peuvent endommager le moteur

Encrassement

• Il survient lorsque la température de la pointe de la bougie est insuffisante pour brûler le carbone, le carburant, l'huile ou d'autres dépôts
• L'étincelle se perd dans l'enveloppe de métal… L'absence d'étincelles dans l'écartement est la cause de ratés
• Les bougies donc l'encrassement est humide doivent être changées… Elles ne produiront pas d'étincelles
• Les bougies encrassées à sec peuvent parfois être nettoyées en amenant le moteur à sa température de fonctionnement
• Avant de changer des bougies encrassées, assurez-vous d'éliminer la cause première de l'encrassement