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Comprendre : L'allumage, la combustion, le cliquetis ...

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Ce qui est génial, avec une communauté telle que la nôtre, c'est la richesse et la diversité que l'on y rencontre. Les informations sont nombreuses, et les compétences ne demandent qu'à s'exprimer, avec pour un seul but clair et avoué, servir de vecteur à notre passion et en faire profiter le plus grand nombre et ainsi ensemble avancer. Voici encore la preuve des compétence latentes, avec cet article rédigé de main d'expert par Vincent LAUMOND, qui nous éclaire et nous exp(l)ose un sujet brulant : l'allumage et son influence sur la combustion [...] Petits rappels :
Nos flats fonctionnent sur le cycle à 4 temps "essence" ou appelé "allumage commandé". C'est l'humain qui décide, après essai, quel est le moment opportun pour démarrer la combustion

La combustion :
On dit combustion lorsque la vitesse de propagation du front de flamme < 50m/s et explosion si V>500m/s. Si vous essayez d'enflammer de l'essence dans votre barbecue, vous avez de fortes chances d'y arriver et d'y laisser des plumes. Surtout si la chaleur est au rendez-vous. Sous l'effet de celle-ci le carburant se vaporise (passage à l'état gazeux) et grâce au mélange dans l'air ambiant (comburant) vous obtenez le cocktail idéal. Le dernier ingrédient est l'apport d'énergie pour déclencher la combustion.
Exemples :

 

Carburant

Comburant

Apport d’énergie

Balle de fusil

Poudre

Air

Percuteur (choc)

Explosif

Plastic

Air

Détonateur(choc ou chaleur)

My Flat4

Supercarburant

Air

Etincelle (chaleur)

Gazinière

Butane

Air

Flamme (chaleur)

C'est donc l'apport d'énergie qui va débuter la combustion. Cette notion est fondamentale car si l'on veut améliorer le fonctionnement d'un moteur, c'est l'un des points sur lequel on devra jouer. Inversement, si je ne peux pas décider de ce moment précis, les performances ne seront pas optimums. Voyons quel est le moment idéal pour obtenir le meilleur rendement.

Pour une richesse donnée, plus la masse est élevée (pédale d'accélérateur s'approchant du plancher), plus la combustion sera longue. Sachant que les motoristes conviennent que le rendement maxi de combustion est obtenu lorsqu'au PMH on a brûlé 50 % de la masse totale à brûler, celà signifie qu'il faut évidemment commencer la combustion avant le PMH.

Et de plus en plus tôt, si je brûle des masses de plus en plus importantes ( 40 IDF et leurs grands frères...). Rappelons également que la masse à brûler va nettement augmenter si l'on augmente la richesse, si l'on améliore le remplissage (conduits grossis, arbre à cames perfo, échappement 4 en 1 qui va jouer par résonance sur le remplissage, etc...) Tous les moteurs modernes sont équipés de capteurs de pression dans la tubulure d'admission afin de pouvoir adapter le point d'avance à l'allumage en fonction de la masse à brûler (plus la masse est importante et plus la pression tubulure se rapproche de la pression atmosphérique). L'équivalent sur nos chers katraplats, c'est la capsule à dépression reliée à la tubulure d'admission par un petit tuyau. On augmente donc l'avance en fonction de la pression de la tubulure d'admission.

Mais il ne faut pas oublier un 2° point important. Le régime moteur varie en permanence. Prenons par exemple une combustion qui dure 2 milli-secondes ( 0, 002 s), à 1000 t/mn, le moteur aura tourné pendant ce temps de 1000 : 60= 16,6 tr/s donc 16,6 x 360° = 6000°/s donc 6000 x 0,002 s = 12° et comme pour un rendement maxi la moitié doit-être réalisée au PMH, il faut que je commence à peu près 12 :2 = 6° avant le PMH. (que les non-mathématologues me pardonnent, je suis obligé..)

Mais si pour la même masse à brûler (2 millisecondes) mon moteur tourne à 2000 t/mn alors, l'avance sera de (attention accrochez-vous ...) 2000 :60 = 33,3 x 360° = 12000°/s x 0,002 s = 24° :2=12° avant PMH, soit exactement le double et ainsi de suite (18° à 3000, etc...) en théorie... car c'est sans compter sur les combustions anormales.

Vous comprenez maintenant que les allumeurs soient équipés d'avance centrifuge. Et si l'on compile les 2 phénomènes en même temps, çà donne un truc de ce style :

Pour atteindre des régimes importants, j'accélère (j'augmente la masse à brûler donc il faut anticiper le point d'allumage) et le moteur tourne de plus en plus vite (donc il faut commencer de plus en plus tôt la combustion). Conclusion : je mets de l'avance (temps de combustion élevé) et encore de l'avance (vitesse de rotation élevée).

bandeau_all.jpg

Pourquoi certains allumeurs n'ont pas ou plus d'avance à dépression ?
Sur certains allumeurs (009, 019, 010 ...) on met de l'avance en fonction du régime (beaucoup) et c'est tout, la capsule servait à diminuer l'avance (retard) lorsque par exemple le régime était élevé sans que l'on accélère beaucoup (en descente par exemple). On peut très bien vivre sans elle malgré tout.

Limites du système :
Mais comment une si petite étincelle peut-elle enflammer un mélange air-essence ?
Et bien quand le piston remonte vers le Point Mort Haut lors du 2° temps (compression), la pression du mélange gazeux augmente et a pour effet de rendre cet ensemble chimique instable. Plus il sera instable, plus sa combustion sera facile à démarrer. D'ailleurs, il est parfois si instable qu'il s'enflamme tout seul. C'est le phénomène de cliquetis.

loms2.jpg

Si par exemple, je commence très très tôt ma combustion, l'énergie libéré par celle-ci va augmenter la pression dans le cylindre, et si je n'ai pas tout brûlé rapidement, il se peut alors qu'une partie des gaz frais non encore brûlés s'auto-enflamme (car devenus trop instables).

Il y a alors 2 fronts de flammes qui vont se percuter en pleine vitesse, ce qui va engendrer une élévation brutale de la chaleur. Ce phénomène répété plusieurs fois par seconde peut amener certaines pièces à la fusion (soupapes, bougies, pistons...) avec les conséquences désastreuses que l'on imagine... et que vous voyez illustrées ci-dessous.

loms4.jpg A gauche pistons fondus à cause du cliquetis et à droite piston renforcé sur la tête qui a grippé suite à l’élévation de température générée par le cliquetis loms3.jpg
loms5.jpg Bougies ayant également fait connaissance avec ce phénomène. Remarquez la fissure sur l’isolant (bougie de droite)

loms6.jpg

Il y a donc des valeurs d'avance à l'allumage à ne pas dépasser en fonction des configurations des moteurs. Les rapports volumétriques importants augmentent donc la pression dans le cylindre (donc l'instabilité du mélange), les richesses faibles élèvent les températures des gaz (donc l'instabilité du mélange), et les avances à l'allumage trop importantes sont les facteurs les plus nocifs.

loms1.jpg

Conclusion :
Améliorer la performance se fait aussi en augmentant l'avance à l'allumage mais attention à rester raisonnable pour ne pas diminuer la fiabilité du moteur. L'idéal est l'essai sur banc moteur afin de définir les limites admissibles. Vous pourrez, avec moins de risques, augmenter l'avance si vous augmentez le remplissage (conduits, arbre à cames perfo, 4 en 1), la richesse et le refroidissement (radiateur d'huile, turbine perfo, ...) ainsi que la température de l'air d'admission (échangeur réfrigéré qui représente une solution peu viable pour les moteurs atmosphériques quoique jamais approfondie, avis aux amateurs...).

Dossier préparé par Vincent LAUMONT

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