Mise à jour du 10 Avril 2020

Nos IE et leur allumage,

On parle de caler son allumeur, de régler les vis, de changer un condensateur, mais à quoi ça sert tous ces trucs et pourquoi on règle, on change, on ajuste.
Là je vous propose une descente exploratrice au cœur d’un allumage.

A quoi ça sert , c’est fait avec quoi et comment ça marche
Chacun sait que le but final de l’allumage est d’enflammer le mélange air essence, qui va provoquer une combustion, qui elle même développe brutalement une expansion de gaz qui repousse le piston et crée ainsi une force bla bla bla, bref ça fait tourner le moteur,
Pour que cet allumage se produise, on a choisi une étincelle d’origine électrique, c’est moins fastidieux  (entre autre)  que claquer à la main de la pyrite contre un silex  ou, plus sérieusement, moins dangereux et moins couteux que d’injecter de l’éther.
Pour créer cette étincelle , les 2 éléments indispensables, ce sont la bobine et la bougie alimentées par une source de courant: la batterie 

(il y a  d’autres systèmes d’allumage mais pour la DS c’est sans intérêt ) . Sans elles, pas d’étincelle.
La bobine, tient son nom des 2 bobinages (enroulements) qui la composent.

L’enroulement primaire est raccordé à la batterie, le secondaire à la bougie.

Le rôle de la bobine est de transformer un courant à basse tension, en l’occurrence 12V, en courant à haute tension environ 25000 V,
Pourquoi de la haute tension ? Parce qu’on a choisi de créer bien plus qu’une étincelle : un arc électrique suffisamment énergétique pour ne pas s’effondrer face au mélange comprimé dans le cylindre .
Par analogie, on pourrait comparer ça à un briquet dans une tempête. Il serait impossible de créer la flamme , par contre si c’est un turbo réacteur d’avion qui est à l’origine de la flamme, tempête ou pas, elle ne s’éteindra pas.
Pour info, il suffit de 6000 volts pour créer un arc électrique de 10 mm sous pression atmosphérique normale. Dans un milieu comprimé tel qu’un cylindre de moteur, la tension nécessaire pour créer un arc de seulement 1mm est de 20000 volts !
Pour créer cette haute tension, on utilise les courants induits, rassurez vous je ne ferai aucun cours.
Considérons les 2 enroulements de la bobine comme 2 tubes d’eau d’une contenance d’un litre. Le premier, court et de forte section, disons une bouteille d’eau, le second une paille très très longue, capable de contenir ce même litre d’eau. Ces 2 tubes sont reliés ensemble par plusieurs petites pailles très courtes munies chacune d’un clapet, fermé lorsque la bouteille se remplit, (voir schéma plus bas).
Admettons que l’on mette 1 seconde pour remplir la bouteille d’eau,( c’est l’enroulement primaire qui se remplit de courant,) lorsque la bouteille d’eau est pleine, on coupe l’arrivée d’eau et disons que pour remplacer le phénomène d’induction, on munisse la bouteille d’eau de deux pistons l’un en haut, l’autre en bas  qui poussent l’eau dans la paille dès que l’arrivée de remplissage de la bouteille est coupé.
Cette eau passe via les clapets dans la paille pour qu’elle en sorte elle aussi en 1 seconde : Résultat on va se retrouver avec un puissant jet d’eau qui va jaillir de la paille c’est la haute tension qui sera transformée en étincelle via la bougie (dans notre exemple une force capable d’expédier loin une petite bille de fer qui représente l’étincelle).

Dans cet exemple, c’est le rupteur qui coupe l’arrivée d’eau , et l’induction qui force l’eau à fuir la bouteille, les clapets à s’ouvrir, la paille à recevoir l’eau et à se vider.
On a décidé de créer ce jet puissant, utilisable dans un laps de temps répété , mais très court pour, par exemple, faire exploser un gros ballon gonflé. La puissance du jet le fera éclater sans peine , alors que si on avait vidé instantanément la bouteille d’eau sur un ballon, ça l’aurait mouillé, rien de plus.
On a donc transformé notre paisible litre d’eau ( nos 12v) en un jet puissant (l’étincelle) capable de faire exploser un ballon (l’allumage du mélange air/essence comprimé du moteur)
A ce stade, on comprend vite que le litre d’eau est bien trop important pour un si petit travail. On réduit donc ça à quelques centimètre cube, et une paille beaucoup plus courte, Bref on n’a pas besoin d’une grande quantité d’eau (de courant) pour avoir un jet puissant (l’étincelle) (en réalité l’induction ne viderait pas la bouteille mais induirait l’eau dans la paille).
Passons au rupteur. Toujours par analogie on peut, dans l’exemple de la bouteille d’eau, le comparer au robinet qui autorise ou bloque le passage de l’eau.

J’ouvre ici une parenthèse pour ne pas embrouiller tout le monde

En électricité, on parle d’un circuit ouvert ou d’un circuit fermé. Un circuit ouvert est un circuit coupé, un circuit fermé est un circuit actif. Alors pour faire simple: On ferme un cadenas pour le rendre actif, on l’ouvre lorsqu’il ne sert pas.
Le rupteur va donc fermer le circuit primaire (le rendre actif) ou ouvrir le circuit (le rendre inactif) C’est un interrupteur rien de plus, rien de moins.

Jour, nuit, jour nuit….

On reprends:
On ferme notre rupteur, l’eau passe et remplit la bouteille c’est donc la bobine primaire qui se remplit. Le rupteur s’ouvre (il coupe l’arrivée d’eau) —–> le piston (l’induction) force l’eau à passer dans la paille ( le circuit secondaire)——->le jet d’eau est crée (le circuit secondaire libère de la haute tension et l’étincelle se produit). le ballon éclate (le mélange s’enflamme).
Rien de bien compliqué jusque là, mais un croquis est plus explicite.   

Maintenant il faut synchroniser tout ça , en clair que le jet éclate le ballon au moment exact ou il est face à  la haute pression d’eau.
C’est le calage du point initial d’allumage, celui que définit le constructeur du moteur celui sans lequel la chance d’exploser le ballon (d’allumer le cylindre au bon moment) serait d’une sur 360 (ce serait comme tirer sur une cible avec les yeux fermés).
Ces bases posées, on oublie notre circuit d’eau et on reprend l’ensemble bobine bougie auquel on a ajouté les rupteurs.
Sur nos DS à 4 cylindres, on a besoin de 4 bougies et donc de 4 étincelles distribuées à tour de rôle. C’est le distributeur qui effectue ce travail en affectant la haute tension à chacune des bougies l’une après l’autre.
Sur la DS et les voitures contemporaines on a choisi un système de distribution rotatif .
Chacune des bornes du distributeur est espacée de 360°/4 soit 90° cette notion est importante pour comprendre ce qu’est le pourcentage de Dwell, (ou angle de came) celui qui est nécessaire à la bonne marche du moteur.
Angle de came (pourcentage de dwell) et écartement des contacts sont intimement liés.
L’angle de came correspond au nombre de degrés de rotation du doigt de l’allumeur pendant lequel les rupteurs sont fermés.
Cet angle est extrêmement important parce qu’il détermine le temps de charge du circuit primaire (le temps ou on permet à l’eau de rentrer dans la bouteille).
Lorsque le linguet des rupteurs est soulevé par une des 4 cames de l’axe d’allumeur, la charge (remplissage d’eau) est interrompue et la décharge de haute tension se produit.
Il est donc facile de comprendre que si on ne respecte pas un temps de charge suffisant, la bouteille ne se remplira pas en totalité. La haute tension sera proportionnelle à la charge de la basse tension. Donc un mauvais réglage de l’angle de came va affecter la qualité de l’étincelle.
Comment règle-t-on cet angle ? (et pourquoi parle-ton d’angle) Grace à l’écartement que l’on donne aux contacts des rupteurs. Trop d’écartement donnera un temps de remplissage très court, trop peu d’écartement un temps trop long (j’en expliquerai plus bas les conséquences.) Pourquoi ? Tout simplement parce que les cames ressemblent à une colline. Trop d’écartement à son sommet donnera un début d’ouverture précoce et un début de fermeture tardif. A l’inverse, les contacts ne s’ouvriront réellement qu’au sommet de la colline.On modifie donc cet angle de came, appelé également pourcentage de DWell, dans ce cas c’est le temps de fermeture en pourcent des 90° de distance entre 2 sommets de cames. Exemple un angle de dwell de 45° donnera un pourcentage de 50 ( 45° sont égaux à la moitié de 90° soit 50% ) ce qui dans ce cas indiquerait que les rupteurs seraient fermés pendant la moitié du cycle entre 2 sommets de cames.

Le diagramme qui suit, représente l’allumeur vu de dessus. Le cercle extérieur est bien évidement fixe (corps d’allumeur) Le cercle centrale quant à lui tourne (il représente le doigt d’allumeur appelé également distributeur, son rôle étant de distribuer l’étincelle aux cylindres à tour de rôle).

Je suis prêt à parier que certains pensent que je me suis trompé entre retard et avance mais ce serait compréhensible. C’est pourquoi ci-dessus j’ai ajouté ce petit croquis.
Lors d’un réglage du point d’allumage, on tourne l’allumeur, mais le doigt de distribution ne bouge pas. En sens anti horaire on dépasse  le point d’allumage on aura donc du retard par apport à celui ci. C’est à dire que l’étincelle va se produire après que le doigt d’allumage ait passé le PMH .En sens horaire, c’est l’inverse.

Un paramètre très important dans les temps de charge du primaire réside dans la vitesse de rotation de l’allumeur. Au ralenti disons 800 tr/mn (je n’assommerai personne de calculs) on comprends facilement que le passage d’une came à l’autre de l’allumeur sera beaucoup plus lent que le même moteur à 6000 tr. Vous me voyez venir ?
Et oui ! plus le moteur tourne vite, moins le circuit primaire a le temps de se remplir. Conséquence inévitable, à plein régime, l’étincelle sera bien moins puissante qu’au ralenti. Voilà une des premières faiblesse d’un allumeur mécanique.
En fin de compte au régime de ralenti , on a un excédent de charge (comme si on faisait déborder notre bouteille On gaspille de l’énergie. .A 3000 tr (je ne donne pas cette valeur par hasard, on y reviendra) on est à un point d’équilibre (on remplit notre bouteille) et enfin à 6000 tr on est en déficit d’énergie (la bouteille ne reçoit qu’une partie de sa capacité ,environ 1/3.
La par contre je vais donner quelques chiffres pour asseoir les idées.
Pour remplir le circuit primaire d’une bobine commune , il faut environ 5 Mili secondes
Le distributeur (doigt d’allumeur) parcours les 90° qui séparent 2 étincelles en
-50 millisecondes à 600tr/mn
-10 millisecondes à 3000tr/mn
– 5 millisecondes à 6000tr/mn
l’angle de came de nos IE (temps de fermeture des rupteur et donc de charge de la bobine) et de 50° soit 55.5 % du temps nécessaire
pour parcourir la distance qui sépare les 2 étincelles . On arrive donc à
– 27.5 milisecondes à 600 tr Ici le temps est excédentaire (énergie perdue en chaleur dans la bobine)
– 5.5 milisecondes à 3000 tr ici le système est en équilibre
– 2.77 milisecondes à 6000 tr et ici le temps de charge est en déficit

La solution communément retenue est l’optimisation du système plus ou moins au régime de couple moteur. On pourrait bien sur favoriser n’importe quel régime moteur en modifiant les bobinages, mais un autre paramètre est à prendre en compte: la durée de l’étincelle de l’ordre de 2 millisecondes et le temps de combustion du mélange air essence. Il est de l’ordre de 2 à 6 millisecondes au ralenti et de 20 mili au delà de 1000 tr/mn.
Il est donc évident que plus le régime moteur augmente plus les performances de l’allumage diminuent.
C’est ici qu’intervient la résistance ballast (le rectangle que l’on trouve sur la bobine coté borne + ) dont beaucoup se demandent à quoi elle peut bien servir.
Je ne vais pas donner de calcul, mais il faut savoir que le temps de remplissage du primaire est fonction de la résistance du bobinage.En ajoutant une résistance ballast on modifie le temps de charge qui devient un peu plus plus court au ralenti et un peu plus long à plein régime. On gagne donc en puissance d’étincelle à haut régime et on gaspille moins d’énergie au ralenti. La bobine chauffe donc moins et reste plus stable en courant. Au démarrage, le moteur demande beaucoup d’énergie pour le démarreur . La résistance ballast est en court circuit au démarrage pour éviter une perte de puissance d’allumage.

Ceux qui se demandaient pourquoi une SM possède deux rupteurs dans l’allumeur trouvent ici la réponse. Avec 4 bougies on atteint déjà les capacités limite du système, avec 6 on les dépasse. Avec deux rupteurs et 2 fois 3 cames on obtient de bien meilleurs performances comparé au 4 cylindre de la DS puisqu’on va pouvoir travailler avec un angle de came de 120° par cylindre. On a alors un système beaucoup plus performant à haut régime
Le condensateur . il faut savoir que les électrons sont des contestataires. Lorsqu’on établit un courant , leur première réaction est de s’opposer à sa circulation. A l’inverse, lorsqu’on veut le couper ils refusent de le faire . C’est à cause de ces têtes de cochons qu’on aperçoit des étincelles bleues lorsqu’on appuie sur un interrupteur ou lorsqu’on débranche une prise. Les électrons veulent continuer à passer en créant un pont électrique (un arc électrique) à l’endroit de la coupure du courant (ouverture du circuit)
Demandez à EDF ce qu’il se passe lorsqu’ils veulent interrompre une ligne à très haute tension.

Dans les rupteurs il se passe la même chose. Le courant s’oppose à la rupture lorsque le contact (rupteur)  s’ouvre. Le rôle du condensateur est d’annihiler  cette tension ( le pont électrique) pour effectuer une coupure nette (dans l’absolu ce n’est pas vraiment le cas) puis la tension est relâchée via la masse (et la bobine primaire). Sans condensateur, les rupteurs seraient vite hors service (probablement moins de 500 km ).
Le condensateur est une pièce d’usure qui se remplace régulièrement.

J’ouvre ici une parenthèse: Pourquoi met on le moins à la masse ?
Dans les circuits électriques à courant continu on utilise une ligne de tension positive et une ligne de référence , A partir de cette ligne ( 0 volts) on mesure toutes les autres tensions
En règle générale, c’est la tension la plus négative qu’on choisit en référence et on la connecte à la masse, par conséquent on connecte le pôle moins de la batterie à la masse (il existe des tensions plus négatives que la masse c’est le cas de tensions auxiliaires utilisées dans certains circuits électroniques. elles en sont isolées.  

Connecter le pôle moins de la batterie à la masse implique que toutes les tensions mesurées par rapport à cette masse sont positives. (Logique !) Mais en réalité la raison essentielle de ce type de raccordement découle des phénomènes de corrosion électrolytique.
Quand on utilise des métaux différents dans un milieu ionisé, tel que de l’eau chargée de sel ( cas des routes hivernales) ou d’acide (fuite de la batterie) les métaux se corrodent. le métal qui se détériore le plus est celui qui est au potentiel le plus positif. Tous les métaux ne sont pas égaux devant ce phénomène ( il existe d’ailleurs une échelle des potentiels galvaniques des métaux. Elle va des métaux les plus positifs : l’or et le platine, aux plus négatifs, le sodium et l’aluminium… Le fer est situé au milieu de l’échelle. Dans une auto c’est le châssis, qui est au potentiel le plus négatif. Conséquence directe, tous les autres éléments du véhicule sont toujours à un potentiel ( tension) plus élevé. Lorsque le contact d’un élément devient résistif avec la masse (il freine le passage du courant) en présence d’humidité, il y aura corrosion de cet élément et non pas de la masse. Il est plus simple vous en conviendrez de réparer un élément quelconque (une cosse électrique pour ne pas les citer) qu’un trou dans le châssis
Alors, Môssieur Salva, pourquoi les Rosbeef, pardon, les Anglais mettaient-ils le pole positif à la masse sur leurs voitures ?
Excellente question ! Dont voici la réponse: A partir du moment ou on a eu la connaissance des pôles plus et moins, pour définir et effectuer les calculs de circuits, on a attribué un sens de circulation aux-électrons , On avait une chance sur deux et on a arbitrairement dit que la circulation se faisait du plus vers le moins, Manque de bol on s’est plus tard rendu compte que c’est l’inverse (mais ça ne change rien pour les calculs) . Je soupçonne donc les bouffeurs de gelée d’avoir voulu se distinguer en remettant le plus dans le bon sens. Le courant “sort” du moins et rejoint le plus, Paf on y met la masse et c’est nous les meilleurs. Mais voilà, par méconnaissance de ces phénomènes de corrosion. ils ont dû faire face à une épidémie des trous dans leurs châssis de voitures et fragilisé les cadres de motos Ils ont mis le temps à comprendre, ou plutôt à l’admettre  mais: Après avoir cuit Jeanne  (celle qui disait à Cauchon « vous m’avez pas cru, et ben  vous m’aurez cuite) envoyé Napoléon dans les bras d’Hélène, coulé nos rafiots à Mers el kébir, aujourd’hui ils mettent le moins à la masse comme tout le monde. Non mais. Et ce n’est pas la première fois que nos tatillons meilleurs ennemis font ce genre de bourde.

Au début de l’électrification des lignes de chemins de fer, les bouffeurs de gelée usaient leurs pantographes à vitesse grand V, alors que les froggies bouffeurs d’escargots n’usaient quasiment pas les leurs. L’explication ? les points de contact ligne/pantographe des anglais  étaient alignés règle en main à la même distance. Les froggies, eux, les posaient comme ça venait. Résultats; les English usaient toujours le  même point d’appui, alors que chez les Français le point de contact variait sans cesse, repartissant ainsi l’usure sur tout le pantographe .

On passe à un autre morceau : L’avance à l’allumage

On demande à notre moteur de développer le plus de puissance possible à tous les régimes tout en consommant le moins possible. On recherche à obtenir le maximum de poussée sur la tête du piston dès qu’il dépasse le point mort haut. Il faut donc tirer le plus possible d’anergie de la combustion en enflammant le mélange au moment le plus approprié. C’est le rôle de l’avance, c’est à dire créer l’étincelle avant que le piston n’ ait atteint le PMH, en tenant compte de la vitesse de rotation, du temps d’allumage et de la vitesse de combustion.  Il existe deux avances distinctes, l’avance initiale, statique , fixée par le constructeur et dont la valeur est fixe (elle permet au moteur de démarrer et maintenir le ralenti) et l »avance dynamique qui varie en fonction du régime moteur, c’est cette dernière que l’on règle. Sur les volants moteur on trouve généralement un repère de PMH et un repère d’avance statique que l’on utilise pour un calage de l’allumeur à la lampe à incandescence  moteur coupé.

On a vu plus haut que selon la vitesse de rotation du moteur, le temps de combustion du mélange air/essence varie de 2ms au ralenti à 20 ms au delà de 1000tr/mn C’est ce temps de combustion rapporté à la vitesse linéaire du piston qui détermine le degré d’avance par le calcul (que je ne ferai pas c’est sans intérêt ). A moins de tomber sur une ancienne pour laquelle il n’existerait aucune documentation, il suffit de se référer à la doc constructeur pour accéder à la courbe d’avance . Alors que ce passe-t-il si le réglage de l’avance est incorrect ou si au lieu d’avance on met du retard ?

Inévitablement on va perdre de la puissance. Un manque d’avance va enflammer le mélange trop tard, c’est a dire lorsque le piston aura déjà amorcé sa descente. Il en résultera des gaz partiellement imbrulés qui vont partir à l’échappement provoquant perte de puissance et pétarade. Mais le premier effet, sera une perte de poussée sur le piston et donc une perte de puissance moteur. La consommation augmente, normal on va appuyer plus fort sur l’accélérateur pour compenser cette perte de puissance. On perd également du couple moteur et donc des capacités de reprise et d’accélération. Mais ce n’est finalement pas très grave comparé à un excès d’avance. Cette fois-ci, la combustion va se faire trop tôt, ce qui cré une contre pression dans le moteur , un freinage du piston avant d’avoir atteint le PMH et des cliquetis destructeurs pour la mécanique.( le phénomène de cliquetis peut à lui seul tenir un chapitre de plusieurs pages, et je ne suis pas motoriste donc je vais aux explications les plus simples) .On peut toutefois dire que le cliquetis est une détonation moteur à un moment anormal, ce bruit est dû à l’onde de choc et des harmoniques qui frappent cylindre et piston.

On va là aussi perdre de la puissance et les cliquetis engendrer une surchauffe moteur dont les conséquences à très court terme seront autrement plus graves qu’un retard d’allumage.

Autrefois, la correction d’avance était manuelle depuis le poste de conduite , il était nécessaire de la corriger via un bouton rotatif , ou une tirette voir un levier dans le volant et adapter l’avance au profil de la route, à la charge moteur à la vitesse utilisée… Alors même si l’avance centrifuge d’une DS est loin d’être le summum pour son moteur il faut bien reconnaitre que c’est tout de même plus simple de rouler ainsi (peut être moins drôle finalement).

On utilise généralement deux systèmes pour corriger automatiquement l’avance, le système centrifuge, intégré à l’allumeur. Ce sont des masselottes qui tournent et s’éloignent de plus en plus de l’axe d’allumeur à mesure que la vitesse de rotation augmente. Ces masselottes font agir un levier sur le plateau qui supporte les rupteurs et modifient ainsi sa position par rapport à l’axe central, ce qui décale les rupteur par rotation du plateau, leur linguet étant alors soulevé plus tôt par les cames de l’axe. La correction d’avance se fait de la même manière lorsqu’il s’agit d’une avance à dépression, mais cette fois ci le levier est situé dans une capsule située contre l’extérieur de l’allumeur. L’aspiration crée par la dépression moteur (prise généralement sur le collecteur d’admission) tire sur la membrane interne de la capsule, elle même reliée au levier qui actionne la rotation du plateau d’allumeur. Plus l’aspiration est important plus le levier tirera le plateau et augmentera l’avance. L’avance à dépression est commandée par la charge moteur ( position de la pédale d’accélérateur, profil de la route, poids embarqué etc) l’avance centrifuge est fonction du régime moteur.

Et  l’allumage électronique ? il n’en parle pas le môssieur ? Ben pour quoi faire ? les DS n’en ont pas que je sache (du moins d’origine) et puis admettons que j’en parle, là je suis dans mon domaine et je pourrais bien casser les pieds à tout le monde en le matraquant de calculs et termes techniques.

Bon alors juste un mot : Mettre un allumeur électronique sur une DS ie n’apporterait rien, sauf :

• un bien meilleur allumage quel que soit le régime moteur
• une étincelle à sa puissance maxi quel que soit le régime moteur
• plus aucun réglage à faire
• une usure minimum (juste la tête d’allumeur et le doigt de distribution mais avec une bien plus longue durée de vie)
• un démarrage à froid bien plus facile un démarrage à chaud bien plus facile
• une baisse de la consommation
• une amélioration du couple moteur
• une insensibilité à l’humidité
• pour certains modèles (le 123 ignition pour ne pas le citer) un équilibrage de la puissance développée par chaque cylindre par rapport aux autres
• une facilité d’installation déconcertante

Bref je ne vois pas ce qui justifierait de passer à une telle sorte d’allumage.

Salva

Mise à jour du 10 Avril 2020