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Allumages à rupteurs et allumages électronique.

Publié : Le 30 Décembre 2011 à 16:30
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Publié par : nico_mobcustom - Corrigé par : nico_mobcustom
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Tout le fonctionnement des allumages à rupteurs ainsi que ceux électroniques (Source : Revue Cyclo News de décembre 1989).

L'allumage dans tous ses états

Les définitions à propos de l'allumage ont été traitées dans un article dédié. Nous pouvons passer au fonctionnement de l'allumage.

Seront traités les paragraphes suivants : 
- Importance de l'allumage
- Le rôle de l'allumage
- La création du couple moteur
- Les 3 qualités techniques necessaires à un allumage
- Les différentes phases de fonctionnement
Et pour les ferrus de connaissance sur le fonctionnement d'un Allumage, un bonus traite le
- Fonctionnement détaillé 

Importance de l'allumage

Dans le cas de nos mob kitées de partout, le problème de l'allumage est très important car les régimes atteints (quasi­ment en permanence lorsque le vario est bien ré­glé) sont tels que le vo­lant magnétique doit donner à tout moment, le meilleur de lui-même.

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Le rôle de l'allumage

Cependant la fonction allumage n'est qu'un phénomène fugitif, car une seule étincelle ne dure que quelques micro-secondes (Micro). En fait on a, dans la plupart des sys­tèmes d'allumage, un train d'étincelles dû à la nature du circuit haute tension (HT). Cela as­sure une plus grande sé­curité dans le cas où la première n'aurait pas at­teint son but. En admet­tant que seules les quel­ques premières étin­celles peuvent être efficaces, en moyenne le train qu'elles forment s'étale environ sur 1 de­gré (1°) d'angle de rota­tion du vilebrequin. Sur un tour (360°), l'allu­mage n'est efficace que le 1/360ème du temps et cela tour après tour, soit sur 1 heure de fonction­nement (3 600s). 3600 / 360 = 10 s. 

La création du couple moteur

En fai­sant cette constatation, on se rend compte que la fonction allumage de­mande beaucoup de pré­cision ainsi que beau­coup d'énergie concentrée qui ne devra être li­bérée qu'au moment très précis où le fonctionne­ment du moteur le récla­mera; c'est à dire juste quand le mélange d'air et d'essence aspiré par le moteur et enfermé entre culasse et piston qui monte vers celle-ci qui sera à la bonne pression pour brûler efficacement et produire ainsi la meil­leure poussée. Elle chas­sera alors le piston vers le bas. C'est la création même du couple moteur. Plus le moteur tourne vite, plus ces opérations doivent se dérouler rapi­dement car les phases angulaires restent constantes, étant déter­minées en grande partie à la distribution (temps d'échappement surtout). Notre brave allumage va fonctionner comme un détonateur à répétition qui se déclenche et se ré­arme tour après tour. No­ter qu'à 12 000 tr/min (ré­gime assez banal sur un bon moteur cyclo Gl) il y a 12 000/60 = 200 ex­plosions par seconde. Impressionnant!

 

Les 3 qualités techniques necessaires à un allumage

1. Ponctualité: définie par le point d'allumage; c'est à dire l'endroit pré­cis du cycle moteur par rapport au point mort haut de la trajectoire du piston (PMH) où l'étin­celle doit jaillir.

2. Dosage: la puissance électrique mise en oeu­vre doit être suffisante pour déclencher l'explo­sion mais pas trop afin de ne pas user trop vite les électrodes de bougie par un débit de courant trop important.

3. Fiabilité: vu le rôle imparti à l'allumage dans le fonctionnement du moteur, ce dernier est conditionné par une ab­sence de ratés quasi-to­tale. 1 raté sur 100 conduit à une baisse de puissance d'au moins 1 pour 100.

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Les différentes phases de fonctionnement

Phase 1: Production d'é­nergie...

* Rupteur: par l'alter­nateur formé par les aimants qui tournent devant la bobine d'excitation. 

* Electronique: idem.

Phase 2: Stockage de cette énergie...

*  Rupteur: le courant produit par le fonc­tionnement de la bo­bine d'excitation, va circuler dans celle-ci via le rupteur.

* Electronique: le cou­rant d'excitation va charger un condensateur (envi­ron 0,5 Micro) sous une tension d'envi­ron 400 V.

Phase 3: Libération qua­si-instantanée de cette énergie...

* Rupteur: Par inter­ruption brutale du courant ci-dessus lors de l'ouverture du rupteur. Le pri­maire de la bobine HT va recevoir l'é­nergie accumulée et produira la haute tension dans le se­condaire par effet de transformateur élé­vateur de tension

* Electronique: Par décharge directe du condensateur ci-des­sus dans le primaire de la bobine HT. C'est le même phé­nomène, mais en beaucoup plus bru­tal, car concerne une énergie plus impor­tante libérée en bien moins de temps.

 

Ces deux sortes d'allumages ont bien des points com­muns. La grosse diffé­rence réside dans la façon de stocker et de li­bérer l'énergie et qui mettra le feu au mélange carburé.

 

Fonctionnement détaillé

On re­prend le paragraphe précèdent des phases de fonctionne­ment.

 

1. Phase de production d'énergie

* Les aimants perma­nents sont logés dans une cloche métalli­que qui assure le re­tour du flux magnétique via les entrefers. Comme le flux magnétique cir­cule beaucoup mieux dans le fer que dans l'air on bobine les induits sur une forme faite d'un em­pilage de tôles spé­ciales (dites magnétiques). De plus, l'entrefer doit être le plus faible possible (2 à 3/10) afin de diminuer les fuites magnétiques qui sont autant de flux perdu qui ne passe pas dans le noyau des bobines. Donc, soignez bien le centrage de vos bobines lors de leur remplacement ou lors d'un change­ment d'allumage surtout s'il y a du jeu aux centrages sur les carters moteurs.

* Lorsque le moteur tourne, les aimants alternativement N-S inversent leurs places par rapport aux bobines. Ainsi le flux qui les parcourt s'inverse, donc représente une variation rapide, donc crée une tension aux bornes des bobines. La bobine lumière alimentera le circuit général de la machine en courant alternatif dont la fréquence sera, dans le cas le plus courant, d'un rotor à 4 aimants, le double (2 alternances par tour) partant de celle qui correspond à la vitesse de rotation du moteur. Ainsi à 3 000 tr/min le moteur fait 3000/60 = 50 tours/seconde, soit une fréquence de 50 Hertz. Le courant produit est à l00 Hz.

En fait, la fréquence de fonctionnement de l'allumage est celle du moteur. Donc, il y a pléthore d'énergie disponible dans la bobine d'allumage. C'est vrai pour les allumages à rupteur et moins avec les électroniques.


2. Phases de stockage et 
de libération de l'énergie de l'allumage.

 

Cas de l'allumage à rupteur: nous allons prendre le film en cours alors que l'explosion vient d'avoir lieu, que le piston descend et que le rupteur vient de se refermer, la bobine d'excitation est refermée sur un circuit qui comprend en parallèle:

-  le primaire de la bobine HT

-  le condensateur

-  le rupteur fermé (soit un court circuit)

Le court-circuit représente le parcours le moins résistant pour le courant, donc les 2 autres éléments seront quasiment oubliés des électrons. Mais alors, les plus heureux vont penser que la bobine d'excitation va cramer. Il n'en est rien! Ouf, on ne sera pas en panne ce coup-là. En effet, la bobine d'excitation faite de 1000 spires environ en fil de 3 à 4/10 de mm de diamètre, présente une résistance propre qui s'oppose à la circulation courant en créant chute de tension (U=R.I). Tout va bien, on approche du moment fatidique à quelques dixièmes de mm du point d'allumage. Le courant approche de valeur maxi qu'il peut atteindre. Si le rupteur ne s'ouvrait pas à cet instant le courant décroîtrait et l'allumage ne se ferait peut-être pas. Mais le réglage est top et la came heurte au bon moment le toucheau, les grains s'écartent, le courant de la bobine d'excitation ne trouve plus son passage direct et se trouve dans l'obligation de se ruer dans les 2 directions lui sont offertes:

- le primaire de la bobine HT et le condensateur.

Ce dernier va, juste au début de l'ouverture des grains, se comporter comme un court-circuit et recueillir presque instantanément l'énergie qui, sans lui, passerait en force en créant un arc  entre les grains qui sont encore à peine écartés. A partir de cet instant, le scénario s'emballe; on se trouve au coeur d'un phénomène transitoire violent et complexe car s'y impliquent de nombreux paramètres que l'on contrôle parfaitement en théorie, mais qui dans la réalité sont perturbés par la construction pratique du système qui ne peut-être idéalement parfaite:

-  résistances de contact qui ne sont pas nulles.

-  fuites magnétiques dues aux entrefers des circuits

-  isolements imparfaits

Plus ça va, plus vous avez l'impression que l'on a affaire à du matériel nul, mais en fait c 'est la même chose pour tous les systèmes électro-magnéto-mécaniques, ça marche suffisamment, seul le résultat compte.

Maintenant que le condo a joué son rôle vis à vis du rupteur, il va aussi aider au fonctionnement de la bobine HT. Car c'est elle qui entre en scène à cet instant et ça va être coton d'expliquer ce qui va se passer. Aussi vais-je un peu résumer au risque de me faire charrier par les diplômés de Sup'Elec qui vont lire la suite.

Il ne reste en jeu que le primaire de la bobine HT et le condo en parallèles, ce qui forme un circuit favorable aux résonances, c'est à dire à l'amplification automatique du phénomène électrique qui s'y déroule (les diplômés ont tout de suite vu qu'il s'agit d'un circuit LC parallèle). Donc, la tension qui apparaît va être durant quelques Micros amplifiée et atteindre quelques centaines de volts, alors que la source, elle, fournit à vide environ 70 volts. Comme la bobine HT est un transfo, il va se trouver produit au secondaire une tension encore multipliée et qui est de l'ordre de 20 à 25 000 Volts. C'est l'instant où jaillit l'étincelle entre les électrodes de la bougie. Le mélange s'enflamme et c'est fini pour l'allumage, la tension chute brutalement dès qu'il y a débit de courant avec l'arc qui jaillit. Il faut alors préparer l'étincelle suivante, pour cela le rupteur va se refermer pour réamorcer un cycle mais pas à n'importe quel moment, car la bobine d'excitation fournit une tension alternative donc qui passe par 0 avant de s'inverser ; et c 'est à cet instant qu 'il va falloir que la came laisse se refermer le linguet du rupteur afin d'éviter un phénomène parasite de création d'un courant inutile (usure des grains, possibilité d'étincelle parasite à la bougie au moment de l'échappement).

 

Cas de l'allumage électronique : ceux qui ont suivi doivent tenir encore un peu car, contrairement aux apparences, cela va être plus vite expliqué. Avec l'électronique, le scénario est plus limpide, plus rigoureux. On contrôle beaucoup mieux les paramètres importants qui conduisent à un allumage efficace, car adapté aux besoins du moteur qu'il équipe. On revient vite au chapitre précédent où l'on a vu que le volant produisait une tension alternative aux bornes de la bobine d'excitation. Avec l'électronique, on va pouvoir stocker progressivement l'énergie ainsi produite dans un condo via une diode qui, ne laissant passer le courant que dans un seul sens, permettra au condensateur de se charger lors d'une 1/2 alternance et de maintenir cette charge lors de la 1/2 alternance inverse qui suit. On a vu précédemment qu'il y avait 2 alternances par tour, donc on peut compléter la charge du condo.

Le condo est bien chargé: on peut calculer alors l'énergie mise en jeu : W = 1/2 CV2

Un condo de 0,5 Micros chargé sous 400V stocke une énergie de 1 sur 2 X 0,5 X 10-6 X 400-2 = 0,04 joule.

C'est elle qui est nécessaire à produire une étincelle d'allumage. On a vu qu'à 3 000 tr/mn on avait 50 allumages par seconde dont la puissance en Watt étant l'énergie utilisée par unité de temps (ici la seconde) à 3 000 tr/min la puissance d'allumage est de 0,04 X 50 = 2 Watts. Une broutille! Non, car le rendement, c'est à dire le rapport entre l'énergie utilisée effectivement et l'énergie produite, d'un volant magnétique est minable (voir les imperfections citées plus haut) et peut-être chiffré à environ 0,33 c'est à dire quil n'est... que le 1/3 de l'énergie produite par les aimants et le bobinage d'excitation. Donc à 3 000 tr/min le moteur fourni 2X3 = 6watts et à 12 000 tr/min c'est 4 fois plus soit 24 W. Cela n'est pas négligeable. Pour libérer l'énergie dans le primaire de la bobine HT on utilise un Thyristor dont le principe de fonctionnement a été vu plus haut. Il est déclenché par un capteur qui donne un signal juste au moment de l'allumage. Le fonctionnement de la bobine HT est le même que dans le cas de l'allumage à rupteur. On pourrait très bien se dépanner, dans le cas d'un allumage à bloc électronique séparé, avec une autre bobine HT. Dans de nombreux cas, cela marche. Mais la plupart des constructeurs adaptent les caractéristiques des différents éléments de leur système les uns aux autres pour avoir un meilleur rendement.

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