DE NOUVELLES TECHNOLOGIES PERFECTIONNENT L'ANCIENNE TECHNIQUE

LES BOUGIES AIDENT LES SYSTEMES D'ALLUMAGE A ATTEINDRE LES EURONORMES

Une petite prouesse technique, à ne pas sous-estimer, dans le système d'allumage d'un moteur à combustion est la bougie. Sur les moteurs à essence, celle-ci doit garantir au mieux l'allumage difficilement contrôlable du mélange air-carburant. Cet article vous guide à travers l'évolution technologique au cours des plus de cent ans d'existence des bougies.

ALLUMAGE ELECTRIQUE

Un moteur à combustion (à compression) nécessite toujours un allumage. Depuis le début du siècle précédent, les moteurs à essence utilisent une bougie à cet effet. Celle-ci subit une haute tension et donne, quand un allumage est souhaité, une impulsion de courant (étincelle électrique) dans la chambre de combustion, ce qui enflamme le mélange air-carburant. Ce principe n'a que peu varié durant les plus de cent ans de la bougie.

EVOLUTION HISTORIQUE

Développements

La première bougie avec allumage magnétique haute tension est apparue vers 1902. En 1975 est apparu le premier développement notable avec du cuivre dans les électrodes. Le cuivre dans les électrodes centrale et de masse améliore la dissipation de la chaleur, ce qui limite l'usure. Vers 1983, les premières bougies avec électrodes centrales en platine ont été commercialisées. Celles-ci résistent très bien à l'usure et ont donc une plus longue durée de vie. Dès 1998, la longévité moyenne des bougies s'allonge. Le platine est désormais soudé au laser sur les deux électrodes, d'où des étincelles plus fortes et une combustion complète.

Euronormes

L'évolution des bougies coïncide avec les développements technologiques du système d'allumage. A son tour, celui-ci évolue en parallèle avec les Euronormes (voir tableau). Depuis la première norme (mi-1992), les fabricants travaillent d'arrache-pied sur la longévité des bougies, afin que celles-ci puissent garder l'émission au sein de la norme.

Technique d'étincelle

Une meilleure combustion aide aussi à conserver un niveau bas de l'émission par une combustion plus complète. Depuis les années 80, on utilise dès lors des bougies avec électrodes multiples. Plusieurs électrodes donnent toujours une étincelle, qui suit le chemin le plus court. Il existe trois sortes d'étincelles (voir illustration en bas à gauche sur la page suivante):

• une étincelle à travers l'air;
• une étincelle glissante;
• une étincelle semi-glissante.

Cependant, les étincelles glissantes ont bel et bien l'inconvénient de causer une explosion dans la bougie, ce qui est néfaste pour le rejet. Vers 2005, les producteurs ont conclu qu'une étincelle à travers l'air est la meilleure méthode d'allumage. On est donc revenu aux bougies avec une seule électrode, mais avec des matériaux de plus grande valeur, ce qui allonge la durée de vie. Ces bougies sont certainement nécessaires dans les moteurs 'downsized' dans les voitures plus petites. Naturellement, l'inconvénient est que le prix des bougies devait être quelque peu relevé.

Aujourd'hui

Les bougies contemporaines sont plus étroites et plus longues. La place occupée par les bougies dans la tête de cylindre est aussi de plus en plus ténue, ceci sous l'influence du 'downsizing' des moteurs. Les fabricants utilisent aussi de plus en plus des métaux précieux comme le platine, l'iridium, le rhodium et le titane. Les électrodes résistent mieux à la corrosion et à l'érosion. C'est également nécessaire, parce que les bougies occupent une position plus centrale (plus chaude) dans la chambre de combustion. Le matériau d'isolation s'améliore sans cesse. Ceci, pour répondre à la résistance demandée face aux hauts courants électriques dans les nouveaux moteurs. L'utilisation de céramique de haute qualité prend de l'essor.

CONSTRUCTION DE LA BOUGIE

Le principe de fonctionnement de la bougie est inchangé; idem pour la construction de cet élément du système d'allumage. Car, celle-ci se compose des trois éléments ci-après.

Culot

La pièce métallique avec filetage métrique et six pans est le culot de la bougie. Ce culot est muni d'une ou plusieurs électrodes de masse. L'ouverture de clé du filetage de bougie a été choisie pour nécessiter l'utilisation de clés à bougie. Des clés plates ordinaires pourraient endommager l'enveloppe de bougie.

Isolant

L'isolant porcelaine/céramique est accroché au culot de bougie métallique. Il offre une bonne isolation à hautes températures et une grande résistance thermique.

Electrode

L'électrode centrale est connectée au-dessus par un câble de bougie. Elle guide la haute tension vers l'électrode de masse. Par ailleurs, l'électrode doit dissiper la chaleur du nez de l'isolant. Aussi, celle-ci est fabriquée dans un bon matériau conducteur thermique.

ACTION

La bougie est raccordée dans le haut à une bobine (transformateur) qui fournit la haute tension pour l'étincelle. Les électrons se déplacent vers les électrodes, ce qui crée un voltage entre les électrodes centrale et latérale.
Le mélange air-carburant agit comme isolant entre les deux, mais dès que la tension augmente encore, la structure gazeuse est adaptée. Lorsque le voltage dépasse la force diélectrique des gaz, le gaz est ionisé. Ceci guide le gaz et permet aux électrons de franchir la distance. Ce flux d'électrons entraîne une hausse de la température, ce qui fait que le gaz dilate rapidement (explose). La chaleur et la pression font réagir les gaz entre eux, le front de flammes se propage et le contenu de la chambre de combustion s'enflamme.

FONCTIONNEMENT

Une bonne action de la bougie dépend des trois points d'attention suivants.

Distance d'électrode

L'électrode se consume un peu à chaque utilisation. Aussi, la distance d'électrode doit être contrôlée régulièrement. Une trop grande distance induit une tension d'allumage supérieure, au détriment de la durée d'étincelle.

Degré de chaleur

La bougie délivre des prestations optimales à des températures entre 400 et 850 °C. Une température trop élevée fait s'enflammer le mélange gazeux à travers l'isolant incandescent. A une température trop basse, la température d'autonettoyage n'est pas atteinte et de la suie (conducteur électrique) peut se former. Il existe des bougies 'froides' et 'chaudes':

• sur les bougies froides, la partie isolante exposée à la chaleur des gaz de combustion est relativement courte. La chaleur est aussi rapidement restituée à la tête de cylindre;
• les bougies chaudes ont un plus long nez d'isolant, d'où une plus grande absorption de chaleur.

Situation générale

Les bougies ne peuvent pas être encrassées par un dépôt de carbone ou des résidus de plomb. Utilisée dans des conditions normales avec la bonne température de service, une bougie présente un dépôt légèrement coloré ou gris.

REMPLACEMENT

Usure

Pendant la conduite, la bougie d'allumage subit l'usure et le dépôt de carbone. Aussi, elle doit être remplacée régulièrement. En effet, les changements sur la bougie induisent un besoin accru de tension d'allumage. Si ce besoin dépasse la réserve de haute tension, l'allumage est perturbé. Les conséquences en sont une hausse substantielle de la consommation de carburant (une bougie usée contraint le conducteur à enfoncer davantage la pédale d'accélération) et l'affichage d'un avertissement EOBD.

Montage

Pour le montage correct des bougies, on utilise une clé dynamométrique et on respecte les couples de serrage recommandés. Ils dépendent du type de matériau de la bougie, du type de joint et des conditions de fonctionnement spécifiques du véhicule (voir tableau).

BOUGIES ACTUELLES ET FUTURES

Entailles

Récemment sont apparues sur le marché des bougies avec rainures ou peignes sur l'électrode de masse ou avec entaille en V sur l'électrode centrale. Les rainures assurent une quintuple action électrique en vue d'une meilleure production d'étincelles à travers l'air. En outre, l'entaille en V sur l'électrode fait que l'étincelle se produit sur le côté de l'électrode, le plus près possible du mélange de carburant.

Décharge corona

Certaines bougies recourent à une décharge corona, soit comme prédécharge délibérée, soit dans une forme prolongée comme outil d'allumage. L'effet corona est une décharge électrique aux nombreuses ramifications, tout comme la foudre. Sa variante courte ne crée pas de chemin de décharge complet (nettoyage de bougie). Si la décharge corona est assez longue, le contenu de cylindre combustible peut s'enflammer sur un très large front. Ce système autorise l'allumage fiable de mélanges de carburant plus pauvres.

Haute fréquence

Différents systèmes utilisent des bougies à courant magnétique autour de l'extrémité. Ce concept garantit une décharge plus contrôlable, avec l'intensité de courant qui dépend de la pression sur la pédale d'accélération. Ces bougies permettent aussi le pilotage séparé des cylindres. On peut ainsi utiliser moins de cylindres dans les embouteillages. Ce système réduirait l'azote de 80% et le CO2 de 50% et serait prêt pour l'Euro 7. La première monte de ces mécanismes d'allumage vient de débuter, il faut donc encore attendre un peu avant de voir ces systèmes d'allumage dans l'atelier.