Construction de bougies d’allumage

Les bougies d’allumage sont l’un des composants les plus mal compris d’un moteur. De nombreuses questions ont fait surface au fil des ans, laissant beaucoup de gens confus.

Ce guide a été conçu pour aider le technicien, l’amateur ou le mécanicien de course à comprendre, à utiliser et à dépanner les bougies d’allumage. Les informations contenues dans ce guide s’appliquent à tous les types de moteurs à combustion interne: moteurs à deux temps, moteurs rotatifs, moteurs haute performance / de course et véhicules de rue.

Les bougies d’allumage sont la « fenêtre” de votre moteur (votre seul témoin oculaire de la chambre de combustion) et peuvent être utilisées comme un outil de diagnostic précieux. Comme le thermomètre d’un patient, la bougie d’allumage affiche les symptômes et les conditions de performance du moteur. Le tuner expérimenté peut analyser ces symptômes pour trouver la cause profonde de nombreux problèmes, ou pour déterminer les rapports air / carburant

La bougie d’allumage a deux fonctions principales:

• Pour allumer le mélange air/carburant
• Pour évacuer la chaleur de la chambre de combustion

Les bougies d’allumage transmettent de l’énergie électrique qui transforme le carburant en énergie de travail. Une quantité suffisante de tension doit être fournie par le système d’allumage pour provoquer une étincelle à travers l’espace de la bougie. C’est ce qu’on appelle « Performance électrique.”

La température de l’extrémité de mise à feu de la bougie doit être maintenue suffisamment basse pour éviter le pré-allumage, mais suffisamment élevée pour éviter l’encrassement. Ceci est appelé « Performance thermique » et est déterminé par la plage de chaleur sélectionnée.

Il est important de se rappeler que les bougies d’allumage ne créent pas de chaleur, elles ne peuvent qu’éliminer la chaleur. La bougie fonctionne comme un échangeur de chaleur en éloignant l’énergie thermique indésirable de la chambre de combustion et en transférant la chaleur au système de refroidissement du moteur. La plage de chaleur est définie comme la capacité d’un bouchon à dissiper la chaleur.

Le taux de transfert de chaleur est déterminé par:

• La longueur du nez de l’isolant
• Volume de gaz autour du nez de l’isolant
• Les matériaux / la construction de l’électrode centrale et de l’isolant en porcelaine

La plage de chaleur d’une bougie n’a aucune relation avec la tension réelle transférée par la bougie. La plage de chaleur est plutôt une mesure de la capacité de la bougie à évacuer la chaleur de la chambre de combustion. La mesure de la plage de chaleur est déterminée par plusieurs facteurs; la longueur du nez de l’isolant central en céramique et sa capacité à absorber et à transférer la chaleur de combustion, la composition du matériau de l’isolant et le matériau de l’électrode centrale.

Indice de chaleur – Trajet du flux de chaleur

La longueur du nez de l’isolant est la distance entre la pointe de cuisson de l’isolant et le point où l’isolant rencontre la coque métallique. Étant donné que la pointe de l’isolant est la partie la plus chaude de la bougie d’allumage, la température de la pointe est un facteur primaire de pré-allumage et d’encrassement.

Que les bougies soient montées dans une tondeuse à gazon, un bateau ou une voiture de course, la température de la pointe de la bougie doit rester comprise entre 500C et 850 ° C. Si la température de la pointe est inférieure à 500 ° C, la zone isolante entourant l’électrode centrale ne sera pas assez chaude pour brûler le carbone et les dépôts de la chambre de combustion.

Ces dépôts accumulés peuvent entraîner un encrassement des bougies d’allumage entraînant des ratés d’allumage. Si la température de la pointe est supérieure à 850 ° C, la bougie d’allumage surchauffe, ce qui peut provoquer une boursouflure de la céramique autour de l’électrode centrale et la fusion des électrodes. Cela peut entraîner un pré-allumage / détonation et des dommages coûteux au moteur. Dans les types de bougies identiques, la différence d’une plage de chaleur à l’autre est la capacité d’éliminer environ 70 ° C à 100 ° C de la chambre de combustion. La température de la pointe de mise à feu d’une bougie de style projeté est augmentée de 10 ° C à 20 °C.

Température de la pointe et apparence de la fin de mise à feu

L’apparence de la fin de mise à feu dépend également de la température de la pointe de la bougie. Il existe trois critères de diagnostic de base pour les bougies d’allumage: bonnes, encrassées et surchauffées. La limite entre les zones d’encrassement et de fonctionnement optimal (500 ° C) est appelée température d’autonettoyage de la bougie d’allumage. La température à ce stade est l’endroit où le carbone accumulé et les dépôts de combustion sont brûlés.

Compte tenu du fait que la longueur du nez de l’isolant est un facteur déterminant dans la plage de chaleur d’une bougie d’allumage, plus le nez de l’isolant est long, moins la chaleur est absorbée et plus la chaleur doit se déplacer dans les tourillons d’eau de la culasse. Cela signifie que la fiche a une température interne plus élevée et qu’elle est dite chaude. Une bougie d’allumage chaude maintient une température de fonctionnement interne plus élevée pour brûler les dépôts d’huile et de carbone, et n’a aucun rapport avec la qualité ou l’intensité des étincelles.

À l’inverse, une bougie froide a un nez isolant plus court et absorbe plus de chaleur dans la chambre de combustion. Cette chaleur parcourt une distance plus courte et permet au bouchon de fonctionner à une température interne plus basse. Une plage de chaleur plus froide est nécessaire lorsque le moteur est modifié pour des raisons de performance, soumis à de fortes charges ou fonctionne à des régimes élevés pendant une période de temps significative. Le type plus froid élimine la chaleur plus rapidement et réduit les risques de pré-allumage / détonation et de fusion ou d’endommagement de l’extrémité de mise à feu. (La température du moteur peut affecter la température de fonctionnement de la bougie, mais pas la plage de chaleur de la bougie).

Voici une liste de certaines des influences externes possibles sur les températures de fonctionnement d’une bougie d’allumage. Les symptômes ou conditions suivants peuvent avoir un effet sur la température réelle de la bougie d’allumage. La bougie d’allumage ne peut pas créer ces conditions, mais elle doit être capable de faire face aux niveaux de chaleurif sinon, les performances en souffriront et des dommages au moteur peuvent survenir.

Les mélanges air/carburant affectent gravement les performances du moteur et les températures de fonctionnement des bougies.

• Les mélanges riches air / carburant font chuter la température de la pointe, provoquant un encrassement et une mauvaise maniabilité
• Les mélanges maigres air / carburant provoquent une augmentation de la température de la pointe de la bougie et du cylindre, ce qui entraîne un pré-allumage, une détonation et peut-être de graves dommages à la bougie et au moteur
• Il est important de lire les bougies plusieurs fois pendant le processus de réglage pour obtenir le mélange air / carburant optimal

Des taux de compression plus élevés / une induction forcée élève les températures de la pointe de la bougie et du cylindre

1. réduction du volume de la chambre de combustion (p. ex. : pistons bombés, têtes de chambre plus petites, têtes de fraisage, etc.)
2. ajout d’une induction forcée (charge Nitreuse, Turbo ou suralimentation)
3. changement d’arbre à cames

• À mesure que la compression augmente, une prise de plage de chaleur plus froide, un indice d’octane de carburant plus élevé et une attention particulière au calage de l’allumage et aux rapports air / carburant sont nécessaires. Le fait de ne pas sélectionner une bougie d’allumage plus froide peut endommager la bougie d’allumage / le moteur

• L’avance du calage de l’allumage de 10° entraîne une augmentation de la température de la pointe d’env. 70°-100 ° C

• Les augmentations de la température de fin de cuisson sont proportionnelles au régime et à la charge du moteur. Lorsque vous voyagez à une vitesse élevée constante ou lorsque vous transportez / poussez des charges très lourdes, une bougie d’allumage à plage de chaleur plus froide doit être installée

• Lorsque la température de l’air diminue, la densité / volume d’air augmente, ce qui entraîne des mélanges air / carburant plus maigres. Cela crée des pressions / températures de cylindre plus élevées et entraîne une augmentation de la température de la pointe de la bougie. Ainsi, la livraison de carburant devrait être augmentée. À mesure que la température augmente, la densité de l’air diminue, tout comme le volume d’admission, et la livraison de carburant devrait être réduite.

• À mesure que l’humidité augmente, le volume d’admission d’air diminue
• Il en résulte des pressions et des températures de combustion plus basses, entraînant une diminution de la température de la bougie et une réduction de la puissance disponible.
• Le mélange air/carburant doit être plus maigre, en fonction de la température ambiante.

• Affecte également la température de la pointe de la bougie
• Plus l’altitude est élevée, plus la pression du cylindre diminue. À mesure que la température du cylindre diminue, la température de la pointe de la bougie diminue également
• De nombreux mécaniciens tentent de « chasser” le réglage en changeant les plages de chaleur de la bougie
• La vraie réponse est d’ajuster le jet ou les mélanges air / carburant dans le but de réinjecter plus d’air dans le moteur

• Défini comme: allumage du mélange air /carburant avant la marque de calage d’allumage préréglée
• Causé par des points chauds dans la chambre de combustioncanpeut être causé (ou amplifié) par un calage trop avancé, une bougie d’allumage trop chaude, un carburant à faible indice d’octane, un mélange air / carburant pauvre, une compression trop élevée ou un refroidissement moteur insuffisant
• Un changement à un carburant à indice d’octane plus élevé, un bouchon plus froid, un mélange de carburant plus riche ou une compression plus faible peut être dans l’ordre
• Vous devrez peut-être également retarder le calage de l’allumage et vérifier le système de refroidissement du véhicule
• Le pré-allumage conduit généralement à une détonation; le pré-allumage et la détonation sont deux événements distincts

• Le pire ennemi de la bougie d’allumage! (outre l’encrassement)
• Peut casser les isolateurs ou casser les électrodes de masse
• Le pré-allumage entraîne le plus souvent une détonation
• Les températures de la pointe du bouchon peuvent dépasser les 3000 ° F pendant le processus de combustion (dans un moteur de course)
• Le plus souvent causées par des points chauds dans la chambre de combustion.
• Les points chauds permettront au mélange air/carburant de s’enflammer. Lorsque le piston est forcé vers le haut par l’action mécanique de la bielle, l’explosion pré-enflammée tentera de forcer le piston vers le bas. Si le piston ne peut pas monter (à cause de la force de l’explosion prématurée) et qu’il ne peut pas descendre (à cause du mouvement ascendant de la bielle), le piston cliquera d’un côté à l’autre. L’onde de choc résultante provoque un bruit de ping audible. C’est la détonation.
• La plupart des dommages subis par un moteur lors de la « détonation” sont dus à une chaleur excessive
• La bougie d’allumage est endommagée à la fois par les températures élevées et par l’onde de choc qui l’accompagne, ou par une commotion cérébrale

• Une bougie d’allumage se serait ratée lorsqu’une tension suffisante n’a pas été délivrée pour allumer tout le carburant présent dans la chambre de combustion au bon moment de la course de puissance (quelques degrés avant le point mort haut)
• Une bougie d’allumage peut produire une étincelle faible (ou pas d’étincelle du tout) pour diverses raisons – bobine défectueuse, trop compression avec un écart de prise incorrect, des bougies d’allumage encrassées à sec ou à l’état humide, un calage d’allumage insuffisant, etc.
• De légers ratés peuvent entraîner une perte de performance pour des raisons évidentes (si le carburant n’est pas allumé, aucune énergie n’est créée)
• Des ratés graves entraîneront une faible économie de carburant, une mauvaise maniabilité et peuvent endommager le moteur

• Se produira lorsque la température de la pointe de la bougie d’allumage est insuffisante pour brûler du carbone, du carburant, de l’huile ou d’autres dépôts
• Provoquera une lixiviation des étincelles au métal shell…no les bougies d’allumage encrassées par voie humide doivent être changées… les bougies d’allumage ne se déclencheront pas
• Les bougies d’allumage encrassées par voie sèche peuvent avant de changer les bougies d’allumage encrassées, assurez-vous d’éliminer la cause première de l’encrassement