Comment fonctionnent les bougies d'allumage

Une bougie d'allumage est un appareil électrique qui s'insère dans la culasse de certains moteurs à combustion interne et enflamme de l'essence en aérosol comprimé au moyen d'une étincelle électrique. Les bougies d'allumage ont une électrode centrale isolée qui est reliée par un fil fortement isolé à une bobine d'allumage ou à un circuit magnéto à l'extérieur, formant, avec une borne mise à la terre à la base de la bougie, un éclateur à l'intérieur du cylindre. Les moteurs à combustion interne peuvent être divisés en moteurs à allumage commandé, qui nécessitent des bougies d'allumage pour commencer la combustion, et en moteurs à allumage par compression (moteurs diesel), qui compriment l'air puis injectent du carburant diesel dans le mélange d'air comprimé chauffé où il s'auto-enflamme. Les moteurs à allumage par compression peuvent utiliser des bougies de préchauffage pour améliorer les caractéristiques de démarrage à froid.

La bougie d'allumage a deux fonctions principales :

Pour enflammer le mélange air/carburant. L'énergie électrique est transmise à travers la bougie d'allumage, sautant par l'espace entre l'extrémité d'allumage de la bougie si la tension fournie à la bougie est suffisamment élevée. Cette étincelle électrique enflamme le mélange essence/air dans la chambre de combustion. Pour évacuer la chaleur de la chambre de combustion. Les bougies d’allumage ne peuvent pas créer de chaleur, elles ne peuvent que l’évacuer. La température de l'extrémité d'allumage de la bougie doit être maintenue suffisamment basse pour empêcher un pré-allumage, mais suffisamment élevée pour éviter l'encrassement. La bougie d'allumage fonctionne comme un échangeur de chaleur en extrayant l'énergie thermique indésirable de la chambre de combustion et en transférant la chaleur vers le système de refroidissement du moteur. La plage thermique d’une bougie d’allumage est définie comme sa capacité à dissiper la chaleur de la pointe.

Opération :

La fiche est connectée à la haute tension générée par une bobine d'allumage ou une magnéto. À mesure que les électrons sortent de la bobine, une différence de tension se développe entre l’électrode centrale et l’électrode latérale. Aucun courant ne peut circuler car le carburant et l'air dans l'espace sont un isolant, mais à mesure que la tension augmente encore, la structure des gaz entre les électrodes commence à changer. Une fois que la tension dépasse la rigidité diélectrique des gaz, ceux-ci deviennent ionisés. Le gaz ionisé devient conducteur et permet aux électrons de traverser l’espace. Les bougies d'allumage nécessitent généralement une tension supérieure à 20 000 volts pour « s'allumer » correctement.

Lorsque le courant d'électrons traverse l'espace, il élève la température du canal d'étincelle à 60 000 K. La chaleur intense dans le canal d'étincelle provoque une expansion très rapide du gaz ionisé, comme une petite explosion. Il s'agit du « clic » entendu lors de l'observation d'une étincelle, semblable à la foudre et au tonnerre.

La chaleur et la pression forcent les gaz à réagir les uns avec les autres, et à la fin de l'étincelle, il devrait y avoir une petite boule de feu dans l'éclateur alors que les gaz brûlent d'eux-mêmes. La taille de cette boule de feu ou noyau dépend de la composition exacte du mélange entre les électrodes et du niveau de turbulence de la chambre de combustion au moment de l'étincelle. Un petit noyau fera tourner le moteur comme si le calage de l'allumage était retardé, et un gros noyau comme si le calage de l'allumage était avancé.