Que fait une bougie d'allumage et comment fonctionne-t-elle ?

Comme les moteurs diesel, les moteurs à essence reposent sur la combustion d'un mélange de carburant et d'air dans leurs cylindres pour faire fonctionner le moteur, raison pour laquelle ils sont collectivement connus sous le nom de moteurs à combustion interne. Toutefois, contrairement à un moteur diesel, où la combustion peut se produire spontanément sous l'effet de la compression du mélange air/carburant, un moteur à essence a besoin d'une étincelle pour enflammer le mélange, ce qui est possible grâce à l'utilisation de bougies d'allumage.

Lorsque l'étincelle se produit, elle est contrôlée avec précision par le système de gestion du moteur, mais au bon moment, le système d'allumage délivre une brève impulsion d'énergie à haute tension à la bougie d'allumage, ce qui crée une étincelle qui traverse un petit espace entre l'électrode centrale et l'électrode de masse à l'extrémité de la bougie d'allumage, qui est vissée dans la partie supérieure du cylindre du moteur. Au centre de cette étincelle, la température peut brièvement atteindre ou même dépasser 10 000 °C, ce qui fournit suffisamment de chaleur pour enflammer le mélange dans le cylindre.

Le processus de combustion est donc l'une des parties les plus importantes de l'ensemble du cycle de fonctionnement du moteur et si la combustion n'est pas efficace, le moteur ne produira pas la puissance requise. En outre, une combustion inefficace génère des niveaux élevés de polluants et entraîne une consommation excessive de carburant.

C'est la chaleur produite par le processus de combustion qui provoque l'expansion des gaz comprimés dans le cylindre et pousse le piston vers le bas du cylindre, mais c'est la bougie d'allumage qui est nécessaire pour créer l'étincelle initiale à haute température qui démarre tout le processus de combustion et la bougie d'allumage doit être capable de continuer à fournir une étincelle pendant plusieurs milliers de kilomètres et plusieurs millions de cycles de combustion.

Ainsi, bien que l'objectif de la bougie d'allumage soit de garantir que le mélange air/carburant est enflammé de manière cohérente et efficace, sa tâche principale est d'utiliser l'énergie haute tension pour produire une étincelle très rapide et intensément chaude. Les tensions sont généralement comprises entre 10 000 et 40 000 volts (10 kV à 40 kV), mais la tendance est à l'augmentation des tensions de 45 kV et plus. La construction de la bougie d'allumage doit donc comprendre une bonne isolation entre les différents composants de la bougie afin de garantir que la haute tension ne s'échappe pas ou ne court-circuite pas d'autres composants.

Le cycle de compression et de combustion produit également des pressions très élevées, ce qui signifie qu'il doit y avoir une étanchéité efficace entre le carter de la bougie d'allumage et le moteur. Cependant, la construction de la bougie d'allumage doit également comprendre une étanchéité interne pour empêcher le passage de gaz chauds et à haute pression entre les différents composants de la bougie d'allumage, car, outre la perte de pression, si des gaz pouvaient passer à travers l'assemblage de la bougie d'allumage, ils endommageraient les composants de cette dernière.

Les caractéristiques importantes de la conception des bougies d'allumage sont donc la capacité de résister à des températures élevées et à des changements de température, ainsi que la capacité de résister à des pressions élevées ; mais en même temps, la bougie d'allumage doit fonctionner avec des tensions élevées pour produire une étincelle chaude tous les quelques millièmes de seconde pendant toute la durée de vie de la bougie d'allumage.

Pour éviter les effets néfastes des températures élevées, la bougie d'allumage doit être capable de dissiper ou de transférer la chaleur hors de la bougie et à travers le carter du moteur. Mais surtout, si trop de chaleur est évacuée ou dissipée par la bougie, cela peut réduire la température de l'étincelle et provoquer un mauvais allumage et une mauvaise combustion. En outre, si la chaleur dissipée est trop importante, la bougie d'allumage risque de ne pas pouvoir brûler les contaminants.

Construction des bougies d'allumage

Pour pouvoir fonctionner efficacement dans ces conditions de fonctionnement difficiles et répondre aux exigences de performance correctes, les bougies d'allumage sont construites en trois sections principales : le logement, l'isolateur et les électrodes, et ces sections contiennent ensuite des composants individuels fabriqués à partir de matériaux soigneusement sélectionnés.

L'exemple ci-dessus montre la construction d'une bougie d'allumage DENSO Iridium Power.

Le logement (article 1) forme une enveloppe extérieure qui entoure et soutient l'isolateur et fixe l'ensemble de la bougie d'allumage au moteur. La rondelle ou le joint d'étanchéité (article 2) assure une étanchéité isolante entre le logement de la bougie et le moteur afin d'éviter toute fuite de gaz lors de la compression et de la combustion. L'électrode de terre (article 10) est montée sur la partie inférieure filetée du logement, ce qui permet au courant électrique de circuler à travers le moteur jusqu'à la batterie.

L'isolateur à base de céramique (article 3) assure l'isolation électrique entre la borne, l'arbre central, le logement et l'électrode centrale. Avec des tensions d'étincelles dépassant 40 kV sur certains systèmes d'allumage modernes, l'isolateur, d'une épaisseur de quelques millimètres seulement, doit offrir les propriétés isolantes requises. Par conséquent, les bougies d'allumage DENSO intègrent un matériau céramique avec de l'oxyde d'aluminium de haute pureté pour fournir des caractéristiques supérieures de résistance à la chaleur, de résistance mécanique et d'excellente isolation électrique. Les deux joints annulaires (article 4) assurent un ajustement sûr et une étanchéité à l'air entre le logement et l'isolateur.

La haute tension est fournie par l'intermédiaire de la borne (article 5), soit par un montage direct à la base de la bobine d'allumage, soit par l'utilisation d'un fil/câble de bougie qui relie la borne de la bougie à la bobine.

L'arbre central en acier (article 6) relie la borne et l'électrode centrale et permet au courant haute tension de circuler de la borne à l’électrode centrale. La résistance (article 7), également appelée suppresseur, réduit le courant de crête de l'étincelle. Sans résistance, le courant de crête crée des rafales de champs électromagnétiques ou de bruit radioélectrique, qui peuvent interférer avec les équipements électriques de la voiture.

L'électrode centrale (article 9) est fabriquée à partir de matériaux, tels que les alliages de nickel, qui peuvent résister à des températures élevées. Ces matériaux doivent également être extrêmement durs et durables pour minimiser l'usure causée par l'érosion par étincelles. La partie centrale de l'électrode (point 8) contient souvent un noyau en cuivre pour améliorer la conductivité thermique.

Pour améliorer les performances et la durabilité, les électrodes centrales peuvent également être fabriquées avec une pointe d'électrode en métaux précieux qui sont encore plus résistants que les matériaux d'électrode traditionnels. Ces matériaux plus résistants peuvent fonctionner à des températures plus élevées avec une usure réduite, mais un autre avantage majeur est qu'ils permettent l'utilisation d'électrodes plus fines, ce qui se traduit par de meilleures performances d'allumage. Ces électrodes plus petites réduisent la tension nécessaire, assurent une étincelle fiable et réduisent l'effet d'extinction, améliorant ainsi les performances d'allumage.

L'électrode de terre (article 10) est soumise aux changements de température extrêmes à l'intérieur de la chambre de combustion et, bien qu'un alliage nickel-chrome soit utilisé pour la plupart de ces électrodes, du platine peut être ajouté pour prolonger leur durée de vie. Certaines bougies d'allumage sont toutefois équipées d'une électrode de terre en cuivre pour améliorer la conductivité thermique. Comme pour l'électrode centrale, les petites électrodes de terre de type aiguille abaissent la tension requise, garantissant une étincelle fiable, ce qui réduit l'effet d'extinction et améliore les performances d'allumage.

Vous trouverez plus de détails sur la technologie des bougies d'allumage dans le manuel des bougies d'allumage DENSO.

Doivent-elles être remplacées ?

Indépendamment de la qualité de la bougie d'allumage, comme elle fonctionne dans un environnement très hostile, à haute température et à haute pression, son efficacité diminue avec le temps et elle doit être remplacée, c’est pourquoi les constructeurs de voitures incluent le remplacement de la bougie d’allumage dans leurs intervalles d’entretien programmé.

Gamme de bougies d’allumage DENSO

Comment trouver la bonne bougie d'allumage ?

Bien qu'il y ait de nombreux facteurs à prendre en compte, tels que les dimensions, la projection et la plage de température, le moyen le plus simple de trouver l'option DENSO appropriée sur la base des informations relatives à la marque et au modèle ou des références croisées est de consulter le catalogue électronique DENSO.

De plus amples détails sur les bougies d'allumage DENSO sont disponibles en ligne dans la section produits DENSO et dans la section de téléchargement.