Technique : La bougie

La bougie est l'élément du système d'allumage qui fait jaillir l'étincelle dans la chambre d'explosion des moteurs à combustion interne. La bougie doit conduire le courant à haute tension et le décharger sous forme d'étincelle pour enflammer le mélange air-essence.

L'ISOLANT

L'isolant a deux fonctions :

- Assurer l'acheminement de la haute tension le long de l'électrode centrale en évitant sa dispersion (pour obtenir ceci, l'isolant doit empêcher la dispersion du courant électrique - au-delà de 30 000 V - à des températures comprises entre - 46 °C et + 930 °C)

- Étre un bon conducteur de chaleur de manière à dissiper la chaleur produite par la combustion, laquelle pourrait endommager l'électrode. et avoir un coefficient de dilatation permettant une dilatation uniforme des éléments de la bougie.

Enfin, en dehors de ses qualités d'isolation électrique et thermique, l'isolant doit présenter une résistance mécanique importante, capable de supporter les pressions de la chambre d'explosion (env.60 atm).

Il doit posséder une résistance élevée aux effets des divers additifs du carburant et être capable de supporter, sans risque de fêlure ou de rupture, d'importantes variations de température. Les isolants des meilleures marques résistent aux plus sévères écarts thermiques (de - 75 °C, en glace sèche, à la chaleur rouge en quelques secondes) sans perdre de leur dureté (environ 9 de l'échelle de Mohs - la dureté du diamant est 20).

Les matériaux les plus souvent employés pour la fabrication des isolants et qui, en général, satisfont les conditions requises sont : la sillimanite d'alumine pure ou en alliage, la stéatite et la mullite (composé d'alumine et de sillimanite).

L'isolant est fabriqué grâce aux procédés d'injection ou d'extrusion, poli et passé au four à cuire, où ses dimensions diminuent d'environ 20%.

De nombreux fabricants de bougies fournissent des isolants avec des nervures qui, en augmentant le parcours que devrait effectuer l'étincelle entre l'embout de la bougie et la masse, évitent un éventuel court-circuit dû à l'humidité.

Le culot de la bougie est en acier au soufre (à teneur moyenne de carbone) et au manganèse. Ces aciers sont fournis aux fabriques sous forme de barres octogonales qui sont, par la suite, coupées et polies d'après le dessin.

Depuis peu, les plus grands fabricants de bougies emploient la technique de l'extrusion sous presses de formage à froid. Ces machines effectuent le profilage complet du culot, à l'exception du filetage extérieur.

L'électrode de masse est ensuite soudée et les culots sont passés à la taraudeuse pour le filetage. Ils subissent ensuite une finition qui peut être le polissage, le cadmiage ou le zincage. afin d'obtenir une protection ultérieure contre la rouille pendant le stockage et l'utilisation.

LE DEGRE THERMIQUE DE LA BOUGIE

Le degré thermique d'une bougie caractérise sa capacité de transmettre la chaleur depuis le bec de l'isolant jusqu'au système de refroidissement. La quantité de chaleur transmise dépend principalement de la distance que doit parcourir la chaleur pour rejoindre la culasse du moteur et, par conséquent, le système de refroidissement.

On appelle bougie froide, une bougie qui, par rapport aux autres. possède un bec d'isolant relativement court et transmet très rapidement la cha- leur au systéme de refroidissement du moteur.

Ce type de bougie est employé pour éviter la surchauffe des moteurs poussés. La bougie chaude, au contraire, possède un bec d'isolant beaucoup plus long qui transmet la chaleur à l'extérieur beaucoup plus lentement.

Elle atteint ainsi une température plus élevée et. par conséquent, brûle mieux les dépôts de combustion qui pourraient autrement encrasser la bougie lors d'un fonctionnement prolongé au ralenti.

Chaque fabricant de bougies propose sur le marché une gamme de bougies de divers degrés thermiques susceptibles de répondre aux conditions de fonctionnement des moteurs.

Pendant de nombreuses années. pour déterminer le degré thermique d'une bougie, on mesurait le temps nécessaire à une bougie montée sur un moteur déterminé pour atteindre la température de préallumage (allumage de la charge de carburant avant l'allumage normal par étincelle).

Actuellement, le degré thermique d'une bougie. ou plus exactement son point de préallumage, est déterminé par un procédé établi par la S-A-E- (Society of Automotive Engineers).

Un moteur spécial monocylindre à quatre temps de 288.6 cm3 de cylindrée, avec avance et rapport de compression constants, est mis en marche à 2 700 tr/mn. Le degré thermique est déterminé par la pression moyenne relevée au point au-dessous duquel la bougie atteint le préallumage.

LE CHOIX DE LA BOUGIE PAR RAPPORT AU CARBURANT EMPLOYE

Les données sur l'application des bougies fournies par les fabricants se référent généralement aux moteurs marchant à l'essence. Toutefois, de nombreux moteurs peuvent être adaptés ou modifiés pour fonctionner au kérosène, au gaz de pétrole liquéfié, au gaz naturel (méthane) ou avec une combinaison de ces carburants.

La modification consiste souvent à changer seulement le carburant ou à introduire des appareillages spéciaux destinés. dans le cas de gaz comprimés, à assurer la fonction de réducteurs de pression.

En tout cas, il est nécessaire de faire varier le degré thermique de la bougie et la distance entre les électrodes. On peut consulter les constructeurs pour des informations sur la conversion des moteurs. mais la relation entre les différents types de carburant peut, en général, être schématisée.

DEPOTS

Des dépôts de toutes sortes se constituent dans la chambre de combustion du moteur et sur les bougies.

Ces dépôts présentent des caractéristiques propres de résistance électrique et de température. Aux bas régimes, par exemple, des sels de plomb peuvent se déposer sur la pointe de l'isolant de la bougie.

Si ces sels sont chauffés, par suite d'une accélération rapide, ils subiront une nette diminution de leur résistance électrique. Ils pourront ainsi former une pellicule de basse résistance autour de la pointe de l'isolant de la bougie en entravant l'accumulation de la haute tension et en provoquant des ratés d'allumage.

Parmi les additifs employés dans les carburants modernes, certains tendent à réduire au minimum l'encrassement et les composants antidétonants comme par exemple, le plomb tètraéthyle ou tétraméthyle. Cependant, ces produits tendent à mettre en évidence le problème des dépôts de plomb sur les bougies.

- 1 : Conditions normales. Dépôts brun clair ou gris fonctionnement correct du moteur et du système d'allumage, degré thermique

convenable.

- 2 : Dépots carbonés. Usage prolongé du starter, allumage faible ou retardé compression basse, bougie trop froide.

- 3 : Surchauffe. Isolant blanc et usure excessive des électrodes, avance excessive, mélange trop pauvre, bougie trop "chaude".

- 4 : Préallumage. Electrodes fondues, pré-allumage, allumage inductif bougies mal serrées mauvaise fermeture de soupape bougie trop"chaude".

- 5 : Encrassement. Problème d'huile manque d'efficacité des guides de soupapes ou des segments Si le cas touche toutes les bougies : usure générale du moteur.

- 6 : Dépôts d'additifs. Dépôts épais mais fragiles du aux carburants modernes pas de solution, remplacer tout de même ces bougies.

- 7 : Détonation. Isolant cassé. carburant à trop faible indice d'octane mauvaise avance, induction entre les câbles de bougies bougies trop serrées.

- 8 : Choc. Isolant cassé, fêlures raisons mécaniques, manque de précaution dans le réglage des électrodes.

L'ALLUMAGE

La température de fonctionnement et la durée de la bougie peuvent être sérieusement compromises par un calage incorrect de l'avance à l'allumage. Il est, par conséquent, essentiel que soit l'avance fixe, soit l'avance maximale et les dispositifs d'avance centrifuge et d'avance à dépression, demeurent dans les tolérances prèvues par le constructeur.

Le calage de l'allumage est le facteur qui influence essentiellement la température de fonctionnement de la bougie et sa durée. Il ne faut donc pas oublier que la courbe d'avance du delco doit être maintenue dans des limites établies par le fabricant.

Augmenter l'avance est une méthode qui est souvent employée pour majorer la puissance moteur. Dans des conditions données, un petit accroissement de puissance est cependant suivi d'une augmentation considérable de la température dans la chambre de combustion, accomgnée d'une surchauffe des bougies et d'un risque de préallumage.

En général. le préallumage se manifeste lorsque des dépôts de la combustion. concentrés dans la chambre. sur les soupapes ou sur une bougie surchauffée. atteignent une température capable l'enflammer le mélange air-carburant avant que le jaillisse l'étincelle.

Un allumage par point chaud est absolument incontrôlable et est capable de provoquer de graves dommages mécaniques. Le dégât qui se manifeste le plus fréquemment est la perforation le la calotte de piston. Il se présente sous la forme d'un trou presque circulaire, avec des bords arrondis et des gouttes caractéristiques de métal fondu sur la tête du piston.

LES DEFAUTS DE CARBURATION

Une carburation trop pauire provoque une augmentation de la température des bougies, par contre. une carburation trop riche entraine un effet contraire.

Dans ce cas, l'abaissement de la température de fonctionnement amène la formaion et l'accroissement de dépôts de carbone noirs et fuligineux sur la pointe de l'isolant.

Par ailleurs. aux bas régimes du moteur, la température peut s'abaisser au point d'empêcher le fonctionnement du moteur et, par conséquent. l'élimination des dépôts qui se forment. Ces divers facteurs peuvent provoquer des ratés d'allumage.

Notons que. même avec des bougies correctement montées et avec le degré thermique préconisé. un mélange trop riche peut, néanmoins. proioquer quelques inconiénients de fonctionnement. Une carburation mal réglée ou un usage excessif du starter ne sont pas les seules causes.

En effet. il faut également prendre en considération un filtre à air encrassé. un starter qui fonctionne mal et, surtout, la façon de conduire. Avec les moteurs modernes, il est conseillé de conduire sans maintenir des régimes trop faibles. Lorsqu'une ou plusieurs bougies ont tendance à s'encrasser en raison d'un mélange trop riche, il contient d'effecteur de temps à autre une bréve « reprise » à haut régime.

Il est pratiquement impossible d'évaluer avec précision les allumages manqués ou les pertes de puissance dans un véhicule, étant donné que ces faits sont en rapport soit avec le type de la voiture. soit avec le conducteur et sa manière de conduire.

On peut toutefois constater que si les ratés d'allumage ou les pertes de puissance ont atteint un niveau tel qu'ils sont perceptibles par le chauffeur. c'est que la voiture a déjà circulé pendant une certaine période avec une puissance réduite.