Fonctionnement d'une bougie d'allumage
Plan de l'article :
La bougie d’allumage est une pièce centrale du moteur essence, jouant un rôle crucial dans le processus de combustion du mélange air/carburant qui va produire une force de travail. Contrairement aux moteurs diesel, qui s’appuient sur la compression de l'air pour provoquer l’explosion du carburant, les moteurs essence nécessitent une étincelle pour initier cette réaction. Ce petit composant, simple en apparence, est donc au cœur du système d’allumage. Sans la bougie d’allumage, le moteur à essence resterait inerte, incapable de transformer le carburant en énergie mécanique.
Voyons donc comment à partir d'une source électrique il arrive à enflammer le carburant ...
De quoi se compose une bougie ?
Au centre, on trouve l’électrode centrale, une tige métallique qui conduit la haute tension provenant de la bobine d’allumage. Cette électrode est généralement fabriquée en alliages résistants à la chaleur et à l’usure, comme le nickel, le platine ou l’iridium, ces deux derniers étant particulièrement prisés pour leur durabilité. La bougie subit de grosses contraintes physiques (et thermiques).
Autour de cette électrode se trouve un isolant en céramique, qui joue un rôle critique en empêchant le courant électrique de fuir vers le moteur. La céramique, capable de résister à des températures élevées et à des contraintes électriques importantes, garantit que l’électricité circule uniquement entre les électrodes.
L’électrode de masse, ou électrode latérale, est fixée à la base métallique de la bougie. Elle est reliée au moteur, servant de point de retour (masse) pour le courant électrique. L’espace entre l’électrode centrale et l’électrode de masse forme l’écartement où se produit l’étincelle.
Enfin, la bougie est équipée d’un filetage métallique qui permet de la fixer solidement à la culasse du moteur. Ce filetage (associée à un joint torique) est également responsable de l’étanchéité, empêchant les gaz de combustion de s’échapper (la compression d'un moteur est importante pour son rendement et même son fonctionnement). La partie supérieure de la bougie est dotée d’un connecteur, souvent recouvert d’un embout en métal ou en caoutchouc, pour assurer la transmission électrique depuis le faisceau d’allumage (des bobines ou un distributeur pur les vieux moteurs).
Comment fonctionne-t-elle ?
Le fonctionnement d’une bougie d’allumage repose sur la création d’un arc électrique entre ses électrodes, permettant alors d'enflammer le mélange air-carburant dans un moteur à essence. Ce processus se base sur des principes simples de l’électricité, mais sa mise en œuvre est finement calibrée.
Tout commence avec la haute tension générée par la bobine d’allumage. Cette dernière transforme la basse tension du système électrique de la voiture (12 volts) en une tension extrêmement élevée, pouvant atteindre plusieurs dizaines de milliers de volts. Cette haute tension est transmise à la bougie via un faisceau ou un connecteur direct, et se concentre sur l’électrode centrale.
La bougie d’allumage crée alors un champ électrique intense dans l’espace qui sépare l’électrode centrale de l’électrode de masse. Cet espace, généralement de l’ordre de 0,6 à 1,1 millimètre selon les spécifications du moteur, agit comme un isolant naturel en temps normal, car l’air ne conduit pas facilement l’électricité à faible tension.
Cependant, lorsque la tension appliquée atteint un seuil critique, appelée tension de claquage, le champ électrique devient suffisamment puissant pour ioniser le gaz situé entre les deux électrodes. Cette ionisation transforme les molécules d’air et de carburant en particules chargées (ions), créant un chemin conducteur.
Une fois ce chemin formé, le courant électrique peut circuler entre les deux électrodes, provoquant une décharge rapide sous forme d’un arc électrique. L’arc, extrêmement chaud (environ 10 000 °C), est capable d’enflammer instantanément le mélange air-carburant, déclenchant ainsi la combustion dans la chambre.
Les types de bougies
Il existe plusieurs types de bougies d’allumage en fonction des moteurs et de leur conception. Les bougies classiques, équipées d’électrodes en alliage de nickel avec un coeur en cuivre, sont les plus courantes et offrent un bon rapport qualité-prix, bien qu’elles aient une durée de vie plus courte (le nickel s'use vite). Les bougies à électrode en platine ou iridium, plus chères, se distinguent par leur résistance accrue à l’usure et leur capacité à maintenir un écartement constant des électrodes sur de longues périodes. Ces modèles sont particulièrement adaptés aux moteurs modernes qui ont une compression accrue en raison de l'injection directe.
Certaines bougies, dites multibrins, possèdent plusieurs électrodes de masse pour augmenter la fiabilité de l’étincelle, notamment dans des environnements où l’allumage peut être perturbé.
Enfin, on trouve des dites froides, conçues pour dissiper rapidement la chaleur dans des moteurs très puissants, ou au contraire les bougies chaudes, qui maintiennent une température élevée pour éviter l’encrassement dans des moteurs fonctionnant à bas régime.
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