Schéma récapitulatif du système d'allumage avec rupteur et distributeur mécanique.

Dans un moteur à allumage commandé, l'allumage est le mécanisme déclenchant l'amorce de la combustion du mélange air-essence présent dans les cylindres.

Description du phénomène

Pour s'enflammer, le mélange air-essence, un gaz contenu dans le cylindre, doit subir une élévation de température permettant de porter une partie de sa masse au-dessus de sa température d'inflammation (ti - 380 °C).

Sur les premiers moteurs, on utilisait une lame de platine chauffée au rouge par un brûleur.

Sur les moteurs modernes, on utilise une bougie électrique et l’inflammation du mélange air-essence est provoquée par un arc électrique (étincelle) qui jaillit entre les électrodes d'une bougie d'allumage placée dans la chambre de combustion. L'énergie calorifique dissipée par l'étincelle élève localement la température du mélange et provoque ainsi son inflammation depuis la petite zone proche de la bougie, provoquant la combustion dans la chambre.

L'avance à l'allumage

L'avance à l'allumage est définie par l'angle de rotation volant qui sépare l'instant d'étincelle du PMH (point mort haut) :

Un décalage du point d'allumage en direction du PMH correspond à une variation dans le sens retard.

Une correction dans l'autre sens correspond à une variation dans le sens avance.

Point d'allumage et cliquetis

Un excès d'avance engendre des pressions et des températures très fortes dans le cylindre. Dans certains cas de fonctionnement, ces conditions peuvent entraîner un processus de combustion anormale : le cliquetis.

Les conditions de fonctionnement moteur variant, il est nécessaire d'adapter en permanence l'avance à l'allumage en fonction des paramètres moteur (régime moteur, remplissage des cylindres, température moteur et échappement…)

Calcul de l'avance à l'allumage :

Angle =

avec :

= Nombre de tours par minute

Longtemps l'avance à l'allumage fut réglée de manière mécanique plus ou moins fine à l'aide des automatismes situés sur l'allumeur : avance à dépression (pompe à vide reliée à la pipe d’admission) et avance centrifuge (‘masselottes’ animées par la force centrifuge à l’intérieur même de l’allumeur).

Aujourd'hui, les calculs exécutés par un calculateur sont plus précis.

Cela permet entre autres une plus grande fiabilité par la disparition d'éléments mécaniques soumis à l'usure, ainsi qu’une précision accrue du déclenchement et de la durée de l'étincelle pour des performances optimales.

Nombre de systèmes d'allumage

Le plus souvent, on utilise un seul système d'allumage, même s'il y a plusieurs cylindres. Dans ce cas, on répartit les étincelles grâce à un distributeur (Delco).

On peut aussi utiliser un système d'allumage indépendant par cylindre ou groupe de cylindres. Par exemple, un moteur à trois cylindres peut avoir trois systèmes d'allumage indépendants. Cela permet de se passer de distributeur, mais oblige à utiliser plusieurs bobines et rupteurs.

Les motocyclettes utilisent souvent des bobines à deux sorties, permettant d'utiliser une seule bobine pour deux cylindres sans nécessiter de delco (il se fait une étincelle dans deux cylindres simultanément, l'une des deux se faisant au temps d'échappement, donc sans aucun effet : on parle d'étincelle perdue). C'est aussi la solution retenue pour le moteur des 2cv.

Cette astuce, très employée dans le monde de la motocyclette, permet d'utiliser deux bobines pour 4 cylindres, sans répartiteur.

Allumage classique

Dans l'allumage classique, un rupteur (vis platinées) s'ouvre et se ferme en fonction de la position angulaire du moteur, envoyant un courant électrique à une bobine, qui transforme le 12 V de la batterie d'accumulateur embarquée en une impulsion de très haute tension, permettant la formation d'une étincelle au niveau des électrodes de la bougie.

L'allumage classique comporte plusieurs inconvénients :

Usure et déréglage du rupteur, provoquant une perte de performance et nécessitant des interventions régulières.

Qualité de l'impulsion électrique moyenne.

Détails

Lorsque le rupteur se ferme, le courant croît paraboliquement dans la bobine, de zéro vers un maximum déterminé par la résistance de la bobine, jusqu'à ce que le rupteur s'ouvre. L'énergie emmagasinée par la bobine est :

W = 1/2 . L . I . t

où :

W l'énergie en watt (W) ;

L est la self-inductance en henry (H) ;

I le courant en (A) ;

t le temps de passage du courant pendant la fermeture du rupteur.

On voit ainsi que l'énergie va diminuer avec le régime moteur. Comme le courant circulant dans la bobine continue à circuler (c'est une inductance), il charge la capacité parasite de l'inductance ainsi que le condensateur additionnel et la tension monte. - 'Le condensateur monté en parallèle avec le rupteur sert uniquement a absorber l'étincelle de disrupture qui apparaît à l'ouverture du rupteur.'Elle peut atteindre 300 V au primaire de la bobine, ce qui correspond à 10 000 V au secondaire. Cette montée est extrêmement rapide, de l'ordre de 10 µs. On a atteint alors la tension de claquage de 10 kV aux bornes des électrodes de la bougie et une étincelle s'y produit. Cette étincelle est un arc électrique qui crée un plasma, lequel est un bon conducteur de l'électricité. La tension tombe donc très bas, quelques volts, tant au primaire qu'au secondaire. Lorsque le courant ne parvient plus à maintenir l'arc, le courant cesse dans la bougie et la tension devient une oscillation amortie qui est totalement inopérante.

Le condensateur que l'on met en parallèle sur le rupteur a pour but d'éviter la production d'étincelles entre ses contacts. En effet, la tension de claquage est proportionnelle à la distance entre les contacts et en l'absence de condensateur, la tension croît trop vite et il se produit des oscillations de relaxation produites par une suite de claquages entre ces contacts.

Une erreur fréquente est de tester un allumage avec des bougies à l'air libre et d'en tirer une conclusion. En effet, la tension de claquage est proportionnelle à la pression. Ainsi, la tension de claquage d'une bougie peut varier d'à peine 1 000 V à l'air libre à 10 kV dans un moteur ayant un taux de compression de 10/1.

Concernant ce sujet, de nombreuses informations incorrectes sont communément répandues, essentiellement en raison de la grande difficulté technique à obtenir des oscillogrammes corrects. Ainsi, on a pu trouver à la vente des allumages électroniques à "haute tension" (25 kV par exemple) alors que la tension de claquage ne peut dépasser 10 kV, ou des allumages à haute fréquence car les concepteurs croyaient que les oscillations amorties qui apparaissent après la fin de l'arc étaient utiles.

Allumage électronique

Un allumage électronique est une évolution de l'allumage classique par batterie/bobine d'un moteur à allumage commandé où tout ou partie du système a été remplacés par des composants électroniques.

点火系统是用于点燃燃料-空气混合的系统。它不仅在内燃机领域非常著名，而且有更多的应用，例如在燃油和燃气锅炉方面。最早的内燃机使用火焰，或者一个热管，但是用于点火这些很快被使用电火花的系统所取代。

历史

磁发电机系统 火花点火最简单的形式是使用磁铁。引擎旋转在线圈里的一块磁铁，并且操作一个接触断路器（触点），中断电流并产生一个增加足够的电压来越过一个小的缝隙。火花塞被直接连在磁发电机的输出端。磁发电机已不再被用于现代汽车中了，但是因为可以自己产生所需电能，仍然被用于飞机引擎活塞和小型引擎，例如电动车自行车，割草机，吹雪机，电锯等，那些出于结合需求，重量，消耗，可靠等原因而没有使用电池系统。 磁发电机被用于小型引擎的原型，续断引擎在电池启动和点火普遍之前，被用于20世纪早期的老式汽油或蒸馏农用拖拉机，和飞机活塞引擎。磁发电机被用于这些引擎由于其简单和自给操作更有效，而且其重量轻于使用电池和发电机或交流发电机。 飞机引擎通常有多个磁发电机以备不时之需。一些较老的汽车同时使用磁发电和电池开启系统（见下），由于当时两种系统各有其功能限制，以确保在任何情况下的合适的启动。 可调系统 磁发电机的输出依赖于引擎的转速，并因此会导致一些问题。一些磁发电机包含一个冲激系统，在合适时刻可以很快旋转磁铁，从而在低转速下更容易启动。像飞机还有福特引擎使用依赖不可充电的干电池系统（类似于一个较大的手电筒电池，但像现代汽车一样并不依赖于电路系统）来发动引擎或以起速而是其启动并运转。对于高速运转，操作者需要由东转换点火装置到磁发电机。 为了使低压电池给火花提供高压，一个"激励"装置被使用，实质上是一个较大的曾被广泛只用的电蜂鸣器。这样的装置，可以使直流电流通过电磁线圈，打开一对触点并阻断电流；电磁场消散，弹簧点再次关闭，电路恢复，并且迅速如此往复。迅速消散的电磁场，虽然在线圈上导入一个只可自行通过弧跨触点而消散的高电压；对于蜂鸣器这样会引起氧化而（或）熔合，对于点火系统这成为操控火花塞的高压源。 这种操作模式下，线圈会不断地"蜂鸣"，从而产生一列火花。整个装置被称为福特T型车的T模型火花线圈（对照现代的点火线圈，仅是系统的实际线圈部分），在T模型终止使用很久后，作为输送，对于家用电试验保持了普遍的自给高电压源，于1960早期出现于例如大众机械杂志中的文章和一些院校的科学博览会的项目上。在英国，这些设备作为震颤线圈被广泛熟知并在1910年前流行于汽车应用中，到1925年左右并也在一些大型引擎的商用车辆开始应用。 Model T（用于飞轮)不在输出直接提供高电压的，而不同于现代设备；其最大产生电压约为30伏，并因此需要通过火花线圈为点火提供足够高的电压，综上所述，尽管在这种情况下，线圈不会不断的"蜂鸣"，但只能提供每圈一个火花。其他的情况下，高电压被装在引擎前段的计时器转换到适合于火花塞的量，等同于现代的分电器。火花的时间选择通过旋转装于操纵杆的杠杆这一而进行调整。 电池点火系统 随着汽车全球性采用电启动和伴随的大电池的可持续电源，磁发电系统被那些由于电池电压而中断电流的系统所启用，使用点火线圈（一种自耦变压器）来使电压阶增到点火所需要的，并用一个分配器在正确的时间按规定路线发送确定脉冲到正确的火花塞。 早期的可靠电池操作点火器由Delco工程试验公司研制并于1910年引入凯迪拉克。这个点火器由查尔斯·凯特灵研发，在当时是一个奇迹。它有一个单线圈，若干触点（转换器），一个电容和一个分配器装置来分配火花，从点火线圈定时的到正确的气缸。该线圈是一个基础的自耦变压器用于使低电压（6或12伏）阶增到被要求越过一个火花塞间隔的高点火电压。 当触点经凸轮调节而开启时，线圈允许充磁，该磁场消散并且产生高电压（20千伏或更大）。该电容器被用于从线圈中的电磁场吸收向后的EMF来减小触点接触燃烧和延长触点的寿命。凯特灵系统在汽车界称为主要的点火系统很多年得益于它的较低成本，较高可靠性和相对简单。.

现代点火系统

两套完整的线圈，接触断路器，和电容器-每套对半个引擎，典型的V-8或V-12引擎设置。虽然两个点火系统本身电路上独立，但他们典型的分享一个分布器，在此其包含两个有旋转凸轮驱动的接触断路器，并且一个有两个隔离传导planes用来提供高压输入的的转子。

一个单独的由一个凸轮和一个返回弹簧驱动的接触断路器，由于火花率而受限制于在高RPM下接触弹跃或浮动的进攻。用一对电接连的接触断路器，但是对着凸轮的端可开，替代单个用一对接触断路器可以克服这个限制。每个接触断路器以半个单独接触断路器的速率转换，并且由于其被两个接触断路器分享，该"迟疑"时间是线圈中电流的最大值时刻。

引擎管理

在一个发动机管理系统（EMS）中，电路控制燃料分配，点火正时和点火顺序。主要感应器在引擎角上（曲轴或上止点(TDC）位置)，气流进入引擎和油门需求位置。电路决定哪个气缸需要燃料和需求量，开启需要的注油器并输送，然后在适当的时候点燃火花。早期的EMS系统使用模拟计算机电路设计来完成这些，但随着嵌入式系统变得足够快可以跟得上高转速的变化输入，数码系统开始出现。 一些使用EMS的设计保留早期汽车的原有的线圈，分布器和火花塞。另一些系统省去了分布器和线圈并使用特殊火花塞，那些包含它们自己的线圈的（直接点火）的火花塞。这意味着高压不会经过整个引擎，由在特殊需求点自己产生而代替。这样的设计比传统的设置提供了更多的潜能和可靠性。 现代EMS通常管理其他的引擎参数，例如温度和尾气中未结合的氧气量。这使得EMS可以控制引擎来最小化未燃或特殊燃烧的燃料和其他有害气体，从而产生更干净和有效的引擎。

涡轮和喷射器引擎

涡轮发动机使用的是由一个或多个点火活塞的电容放电式点火系统，其仅被用于发动或以防燃烧室火焰熄灭时。火箭的发动机有特殊需求的点火系统- 如果迅速点火不能发生，燃烧腔会充满过多的燃料，燃化剂和明显和过压从而发生（'突起'）。火箭经常使用烟火设备可以使火焰穿过喷油器盘的表面，或者，换成自燃化学物质。