Les bougies

Les bougies

Définition

La bougie joue un rôle essentiel dans l’allumage des moteurs thermiques.

Elle doit transformer le courant haute tension fourni par la bobine en étincelles produites entre deux électrodes, afin d’enflammer le mélange air / carburant comprimé dans la chambre de combustion.

Ce sont ces deux électrodes qui permettent, et constituent un saut pour le courant électrique que l’on y envoie.

En sautant, les électrons créent une étincelle qui enflamme la masse gazeuse.

Simple de fonctionnement en apparence, la bougie n’en demeure pas moins un organe incontournable que la technologie a sophistiqué au fil du temps.

La plage de température de fonctionnement d’une bougie est comprise entre 300 et 800 degrés.

Le degré thermique d’une bougie est la valeur de comparaison pour le comportement d’une bougie.

Il représente le temps en seconde que va prendre la bougie pour provoquer l’auto allumage (ou inversement l’auto encrassement) d’un moteur étalon.

La bougie doit être en mesure de fonctionner dans une ambiance très sévère, de l’ordre de 2500° (température des gaz pendant la combustion), et de 50 bars de pression.

Composition / structure

Son dessin général n’a guère changé depuis son invention, qui remonte à la deuxième moitié du 19° siècle.

Son principe de base n’a lui aussi pas évolué.

La bougie est toujours principalement formée d’une partie en porcelaine, l’isolant, au sein de laquelle prend place une partie métallique nommée électrode centrale, par laquelle passe le courant électrique géré et envoyé par le système d’allumage.

La structure métallique, qui permet de fixer la bougie au moteur, est la deuxième partie apparente de cet organe.

Cette zone qui est vissée dans la culasse reçoit la seconde électrode, dîtes de masse.

En effet, plutôt que d’installer un second fil électrique qui partirait de la bougie pour aller à la masse, on utilise la métallique du moteur, et de la moto en générale, pour fermer le circuit d’allumage.

Enfin, sa troisième partie visible de la bougie : le joint, situé en haut de la partie filetée, et la borne de connexion, cette fois tout au sommet de la bougie.

L’isolant, la partie en porcelaine, constitue une des zones les plus sensibles de la bougie.

Effectivement il doit assurer sa fonction dans des conditions très délicates.

Lorsque la bougie est visée dans la culasse, une de ses extrémités, invisible, baigne dans la chambre de combustion, devant alors faire face à des températures et des pressions élevées, auxquelles il faut ajouter les attaques chimiques dues aux produits de la combustion d’essence.

Les deux électrodes, elles, font appel à différents métaux nobles, l’acier s’avérant suffisant pour aller de la borne à l’électrode centrale et constituer la carcasse métallique du filetage.

Enfin, un cément assure la  séparation entre la porcelaine de l’isolant et la carcasse métallique, jusqu’à un endroit particulier qui met en contact ces deux parties : le joint d’échange thermique.

Le degré thermique de la bougie constitue un paramètre représentatif de la charge thermique limite de la bougie qui doit être adapté à la caractéristique du moteur.

En effet la température des parties du bec d’isolant qui plongent dans la chambre de combustion ne doit pas être inférieure à 400°C afin d’assurer l’auto nettoyage de la bougie et ne doit pas dépasser 850°C environ afin d’éviter les phénomènes d’auto-allumage.

Des particules de carburant et de lubrifiant sont libérées sous forme de suie pendant la phase de combustion dans le cylindre du moteur avec les gaz d’échappement.

Toutefois, avec le temps, des dépôts se forment dans la chambre de combustion et donc sur la bougie.

Ces résidus peuvent encrasser le bec de l’isolant et établir ainsi une liaison entre l’électrode centrale et le culot.

Ce « shunt » dévie une partie de l’énergie d’allumage (courant de dérivation) et affaiblit ou même neutralise l’étincelle d’allumage.

Chaude ou froide

De la distance entre l’électrode et ce joint dépend le « degré thermique » de la bougie, qui détermine le moteur, selon ses performances, auxquelles  elle est destinée.

En fonctionnement normal, le bec d’isolant capte et évacue une quantité de calories, de manière à ce que  sa température se maintienne entre 500 et 800° environ. Cette température a pour but de griller les résidus de combustion qui pourraient absorber ou dévier l’étincelle. Pour entretenir cet effet, que l’on nomme «  auto nettoyant », la température de la bougie doit se maintenir dans une fourchette précise.

Selon les moteurs la quantité de calories varie.

Sur un moteur peu poussé, cette quantité de calories à évacuer est faible, la bougie ayant alors besoin d’un bec isolant très long, éloigné du joint d’échange thermique.

La transmission de la chaleur sera lente, maintenant le bec d’isolant à un température plus élevée.

Cette bougie sera classée comme chaude.

A l’inverse, un moteur de forte puissance produira beaucoup plus de calories, que la bougie devra évacuer.

Grâce à un bec d’isolant très court, proche du joint d’échange thermique, les calories seront rapidement au contact des masses métalliques qui les dissiperont.

Une bougie trop « chaude », dépassera la barre des 800°,   créant des points d’incandescences  qui allumeront les gaz avant l’étincelle, avec les conséquences possibles de ce mauvais fonctionnement, la destruction du piston.

Dans certains cas le moteur peut tourner contact coupé, en « auto allumage », en raison de la persistance d’un point incandescent au bout de la bougie, et qui n’arriverait pas à refroidir.

Pour sa part une bougie trop froide n’atteint pas la température d’auto nettoyage, s’encrasse rapidement et ne produit plus d’étincelle.

Moins grave quant à ses conséquences sur le moteur.

DERIVATION PROVOQUANT UNE BAISSE DE HAUTE TENSION EN CAS DE BEC D’ISOLANT ENCRASSE

Cette formation de dépôts sur le bec de l’isolant se produit surtout au-dessous de 400°C.

A température plus élevée, les résidus à base d’hydrocarbures brûlent sur le bec de l’isolant, si bien qu’aucune dérivation ne peut se former.

Ainsi la bougie se « nettoie » d’elle-même.

La température limite supérieure à respecter est de l’ordre de 900°C.

En effet, au-delà de cette limite, le mélange air /carburant peut s’enflammer prématurément au contact des parties incandescentes de la bougie.

C’est ce qu’on appelle l’auto-allumage.

La température du culot de la bougie et de la culasse est à peu près la même. L’isolant atteint une température beaucoup plus élevée.

L’apport de chaleur à la bougie dépend du moteur. En général, les moteurs à puissance élevée rayonnent une température supérieure à celle engendrée par les moteurs à faible puissance.

La bougie doit donc avoir une capacité d’absorption thermique adaptée à son type de moteur.

Le degré thermique caractérise la charge thermique limite de la bougie d’allumage.

Les différentes propriétés des moteurs ne permettent pas d’utiliser un seul type de bougie pour tous les moteurs.

Une seule et même bougie s’échaufferait beaucoup dans un premier moteur, mais n’attendrait qu’une température moyenne relativement faible dans un autre moteur.

Dans le premier cas : auto-allumage

Dans le second cas, la pointe du bec de l’isolant s’encrasserait si rapidement que des ratés d’allumage pourraient se produire par suite de dérivations.

COMPORTEMENT DE 3 BOUGIES A INDICE THERMIQUE DIFFERENT SUR LE MEME MOTEUR

Résumé

La bougie : est la pièce chargée de produire l’étincelle. Elle est constituée de deux électrodes métalliques, séparées par un isolant en alumine.

L’isolant : a pour but de refroidir l’électrode centrale. Sa longueur détermine le degré thermique de la bougie.

Une bougie « froide » a la faculté de dissiper rapidement beaucoup de calories. On la destine aux moteurs poussés.

Une bougie « chaude » dissipe peu de calories pour conserver sa température optimale de fonctionnement. On la destine aux moteurs calmes.