Système d'allumage

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    19-Jul-2015

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<p>LES SYSTEMES D'ALLUMAGE</p> <p>GMBTECHNOLOGIESYSTEMES DALLUMAGE 36 / 36</p> <p>LES SYSTEMES DALLUMAGE DES MOTEURS ESSENCE.</p> <p>Objectifs de la leon. Exprimer le processus de combustion partir de l'tincelle</p> <p> Dfinir l'Avance l'allumage et placer le point d'avance sur un graphe P=f(()</p> <p> Justifier de l'avance l'allumage</p> <p> Exprimer les 4 principaux critres d'optimisation de l'AA</p> <p> Dfinir la fonction globale du systme d'allumage</p> <p> Dfinir et justifier la variation d'AA en fonction de : ( , remplissage, anomalie de combustion</p> <p> Reprsenter le schma de principe de l'allumage</p> <p> Dfinir le principe physique li la cration d'une haute tension</p> <p> Reprsenter et commenter les courbes primaires et secondaires (mettre en place tc,to,tf. Et justifier l'nergie constante).</p> <p> Exprimer et calculer le % de Dwell</p> <p> Dfinir les fonctions composantes du systme d'allumage</p> <p> Pour chaque systme des 3 familles d'allumage</p> <p> Dfinir le nom des constituants</p> <p> Identifier quel est l'lment associ telle fonction composante</p> <p> Reprsenter le schma de principe lectrique du systme </p> <p> Dfinir le principe de fonctionnement du systme et comment est gre l'avance</p> <p> Dfinir la diffrence entre une bougie chaude et une bougie froide</p> <p>41PRINCIPES PHYSIQUES DE LALLUMAGE</p> <p>41.1Rappel :</p> <p>41.2Dclenchement de la combustion</p> <p>51.3Valeurs caractristiques</p> <p>51.4Objectif recherch :</p> <p>51.5Instant d'allumage et travail mcanique rcupr</p> <p>61.6Dfinition de l'avance l'allumage</p> <p>62AVANCE A L'ALLUMAGE ET PARAMETRE DE FONCTIONNEMENT MOTEUR</p> <p>83APPROCHE EXTERNE DU SYSTEME D'ALLUMAGE</p> <p>104PRINCIPES DE L'ALLUMAGE</p> <p>104.1Schma de principe d'un circuit d'allumage</p> <p>104.2Principe de transformation basse tension ( haute tension</p> <p>114.3Description de la bobine</p> <p>134.4Les courbes d'allumage</p> <p>145Gestion de l'nergie</p> <p>176REALISATIONS TECHNOLOGIQUES: les systmes d'allumage</p> <p>176.1Systme d'allumage classique</p> <p>176.1.1Constitution du systme:</p> <p>176.1.2Fonctionnement du systme</p> <p>196.1.3Schma de principe du systme</p> <p>196.2Systme d'allumage transistoris gnrateur d'impulsions</p> <p>196.2.1Constitution du systme</p> <p>206.2.2Fonctionnement du systme</p> <p>236.2.3Schma de principe du systme:</p> <p>236.3Systmes d'allumage lectronique intgral</p> <p>236.3.1Constitution du systme</p> <p>246.3.2Fonctionnement du systme:</p> <p>256.3.3Schma de principe</p> <p>267Tableau rcapitulatif</p> <p>1 PRINCIPES PHYSIQUES DE LALLUMAGE</p> <p>1.1 Rappel :</p> <p>Dans le moteur allumage command (moteur essence), la combustion du mlange air essence provoque un dgagement de chaleur qui engendre une lvation de pression dans le cylindre.</p> <p>Les gaz se dtendent en repoussant le piston vers le PMB; c'est la phase moteur Combustion - dtente ( Cration de l'nergie mcanique).</p> <p>1.2 Dclenchement de la combustion</p> <p>Pour s'enflammer, le mlange air - essence contenu dans le cylindre doit subir une lvation de temprature permettant de porter une partie de sa masse au-dessus de sa temprature d'inflammation (ti-380C).Principe retenuLinflammation du mlange air -essence est provoque par un arc lectrique ( tincelle) qui jaillit entre les lectrodes d'une bougie d'allumage place dans la chambre de combustion</p> <p>L'nergie calorifique dissipe par l'tincelle lve localement la temprature du mlange et provoque ainsi l'inflammation du mlange dans la petite zone proche de la bougie.</p> <p>AMORCAGE DE LA COMBUSTION</p> <p>La combustion tant dclenche, le reste du mlange s'enflamme par couches successives autour du foyer d'inflammation.</p> <p>PROPAGATION DE LA COMBUSTION</p> <p>1.3 Valeurs caractristiques</p> <p>Dlai d'inflammation: di = 0.3 0.5 ms</p> <p>( temps coul entre le dbut tincelle et le dbut combustion)</p> <p>dure de combustion : 2 5 ms</p> <p>La combustion n'est donc pas instantane . En fin compression, l'instant d'allumage est positionn avec prcision en permanence afin d'optimiser le fonctionnement du moteur.</p> <p>1.4 Objectif recherch :</p> <p>-Rcuprer le maximum de travail mcanique au niveau du piston donc rendement maxi , puissance maximale du moteur.</p> <p>En tenant compte des contraintes suivantes :</p> <p>-minimiser les missions de polluants lchappement</p> <p>-viter les anomalies de combustion ( cliquetis)</p> <p>1.5 Instant d'allumage et travail mcanique rcupr</p> <p>Instants de dclenchement</p> <p>fig. 1aprs le PMH</p> <p>fig. 2au PMH</p> <p>fig. 3avant le PMH</p> <p>Conclusion : L'instant de dclenchement optimal est recherch pour- obtenir un travail indiqu maximal ( S 1 maxi.). Pour obtenir ce travail maxi au niveau du piston, il est ncessaire de dclencher la combustion quelques degrs avant le PMH.</p> <p>1.6 Dfinition de l'avance l'allumage</p> <p>L'avance l'allumage est dfinit par l'angle de rotation volant qui spare l'instant d'tincelle du PMH.</p> <p> Un dcalage du point d'allumage en direction du PMHcorrespond une variation dans le sens retard.</p> <p> Une correction dans l'autre sens correspond une variation dans le sens avance.</p> <p>Point d'allumage et cliquetisUn excs d'avance engendre des pressions et des tempratures trs fortes dans le cylindre.</p> <p>Dans certains cas de fonctionnement ces conditions peuvent entraner un processus de combustion anormale: le cliquetis.</p> <p>Si prsence cliquetis: diminution de l'avance</p> <p>2 AVANCE A L'ALLUMAGE ET PARAMETRE DE FONCTIONNEMENT MOTEUR</p> <p>Les conditions de fonctionnement moteur variant, il est ncessaire d'adapter en permanence l'avance l'allumage en fonction des paramtres moteur ( N moteur, remplissage, T moteur...)</p> <p>Avance en fonction de la vitesse moteur:Sur un moteur, calculons l'avance l'allumage permettant d'obtenir 50% du mlange air essence brl 5aprs le PMH ( travail mcanique maxi sur le piston ), sachant que</p> <p>-N moteur = 2000 tr/mn</p> <p>-50% des gaz sont brls lorsque la combustion est dbute depuis 1 ms</p> <p>-di = 0.5 mns</p> <p>Calcul de l'angle balay par ms: </p> <p>AA= 12 x 15 - 5 = 13</p> <p>En considrant que l'avance l'allumage est fige, calculer la nouvelle position du vilebrequin correspondant 50% des gaz brls 6000 tr/mn sachant que:</p> <p>-50% des gaz sont brls lorsque la combustion est dbute depuis 0.8ms</p> <p>-di = 0.5 ms</p> <p>ConclusionSi la vitesse de rotation augmente, mme si la dure de la combustion diminue lgrement, l'angle balay pendant la combustion augmente.</p> <p>Si le constructeur dsire conserver un travail mca maximal sur le piston quelque soit le rgime de rotation (50% des gaz brls une mme position moteur : 5 10 aprs le PMH), il doit faire varier lavance l'allumage en Fonction du rgime moteur.</p> <p>Plus le rgime de rotation augmente, plus l'avance l'allumage doit augmenterRemplissagePosition du papillondes gazOuvert fondpresque Ferm</p> <p>RemplissageimportantFaible</p> <p>Dure de combustionfaibleImportante</p> <p>Avance l'allumagefaibleimportante</p> <p>Plus le taux de remplissage est faible, plus l'avance l'allumage doit augmenter</p> <p>Exemples de cartographie d'avance l'allumage</p> <p>3 APPROCHE EXTERNE DU SYSTEME D'ALLUMAGE</p> <p>Fonction globale du systme d'allumage:Le systme d'allumage doit :</p> <p>- transformer l'nergie lectrique basse tension en une nergie calorifique suffisante pour dclencher la combustion</p> <p>-dclencher la combustion un instant prcis du cycle 4 temps</p> <p> faire varier le point davance lallumage en fonction des paramtres moteur:</p> <p> N moteur</p> <p> Remplissage moteur ( charge)</p> <p> De certains paramtres: cliquetis, T moteur,</p> <p>Reprsentation fonctionnelle :- Prsentation d'un systme ( voir feuille jointe)</p> <p>- Actigramme A-0:</p> <p>PRESENTATION D'UN SYTEME D'ALLUMAGELE SYSTEME D'ALLIIMAGE ELECTRONIQUE INTEGRAL RENIXConstitution:</p> <p>1: Allumeur</p> <p>3: Contacteur cl</p> <p>5: Capsule de dpression</p> <p>7: Bougies</p> <p>2: Capteur position / vitesse moteur</p> <p>4: Module dallumage</p> <p>6: Bobine dallumage</p> <p>8: Compte tours moteur</p> <p>Frontire du systme, tude des flux changs:</p> <p>4 PRINCIPES DE L'ALLUMAGE</p> <p>4.1 Schma de principe d'un circuit d'allumage</p> <p>-Le hacheur: Il permet d'tablir et d'interrompre (hacher) le courant primaire qui circule traverse la bobine primaire de la bobine d'allumage.</p> <p>-La bobine d'allumage: elle transforme l'nergie lectrique basse tension en nergie lectrique haute tension suffisante pour dclencher la combustion.</p> <p>-Le distributeur: il distribue l'nergie lectrique haute tension aux bougies dans un ordre dtermin.</p> <p>-La bougie: Elle transforme l'nergie lectrique haute tension en nergie calorifique.</p> <p>4.2 Principe de transformation basse tension ( haute tension</p> <p>Pour obtenir l' nergie calorifique suffisante servant dclencher la combustion , on fait jaillir un arc lectrique entre les 2 lectrodes de la bougie.</p> <p>Pour crer cet arc lectrique dans la chambre de combustion ( passage d'un courant dans la couche de mlange comprim compris entre les deux lectrodes distantes de ( 0.8 mm), il faut une diffrence de potentiel entre les lectrodes de la bougie de 15000 30000 V.Pour obtenir cette haute tension partir du 12 V disponible aux bornes de la batterie, la bobine d'allumage utilise le principe de variation de flux magntique dans 2 bobinages dont le rapport de nombre de spires est suprieur 100.4.3 Description de la bobine</p> <p>Le principe de fonctionnement de la bobine est rgi par les lois d'lectromagntisme</p> <p>Un bobinage parcouru par un courant lectrique produit un champ magntique B. La bobine est alors traverse par un flux magntique (.</p> <p> et</p> <p> N: nombre de spires de la bobine</p> <p> l: longueur de la bobine</p> <p> i: intensit dans la bobine</p> <p> S: surface de la bobine</p> <p>A la fermeture du circuit primaire par le hacheur, il y a tablissement de Ip et donc tablissement d'un champ magntique B. Les bobinages primaire et secondaire, soumis cet tablissement de champ magntique, sont traverss par un flux magntique variables.</p> <p>Lorsquil y a variation de flux dans un bobinage, il y a cration aux bornes de ce bobinage dune force lectromotrice induite (tension) qui tend sopposer la cause qui donne naissance cette variation de flux.</p> <p>(</p> <p>L: inductance de la bobine.</p> <p>A la fermeture du circuit primaire par le hacheur, cette variation de flux (cre par l'tablissement du courant primaire) dans le bobinage primaire et secondaire gnre:</p> <p>-une fem induite dans le primaire qui tend sopposer l'tablissement du courant primaire et donc retarde sont tablissement.</p> <p>-une fem induite dans le secondaire qui est faible et qui ne peut produire une tincelle.</p> <p>Lorsque le hacheur coupe brutalement le circuit primaire, le courant primaire diminue brusquement. Le champs magntique et le flux disparaissent brusquement. Cette variation brutale du flux entrane:</p> <p> Une fem induite dans le bobinage primaire Ep ( 300V</p> <p>(</p> <p> Une fem induite dans le bobinage secondaire Es d'expression</p> <p>Calculons Ep permettant d'obtenir cet instant 20000V au secondaire</p> <p>- Ns12000 spires</p> <p>- Np200 spires</p> <p>Ep=Es-. Np/ Ns ( Ep = 20000 . 200 / 12000=333 V</p> <p>Cette tension apparat la coupure du circuit primaire grce la variation brutale de ( dans les bobinages primaires et secondaire</p> <p>L'instant d'allumage correspond l'instant de coupure du courant primaire. La variation brutale du flux magntique traversant les bobinages cre une fem au secondaire suffisante pour crer l'tincelle la bougie.</p> <p>4.4 Les courbes d'allumage</p> <p>OuvertFermOuvertFerm</p> <p>Exercice Placer sur les courbes suivantes</p> <p>to:l'instant d'ouverture du circuit primaire</p> <p>tf:l'instant de fermeture du circuit primaire</p> <p>ti:l'instant d'tincelle</p> <p>Tc: le temps de conduction de la bobine</p> <p>(temps pendant lequel le circuit primaire est ferm)</p> <p>To:le temps d'ouverture du circuit primaire</p> <p>Ti:la dure de l'tincelle</p> <p>Tcy: la priode d'allumage</p> <p>(temps entre 2 tincelles)</p> <p>Le % de Dwell reprsente le temps de conduction par rapport la dure totale d'un cycle d'allumage.</p> <p>Calculer le % Dwell</p> <p>5 Gestion de l'nergie</p> <p>L'nergie emmagasine dans la bobine d'allumage conditionne l'nergie calorifique libre par l'tincelle qui doit tre suffisante pour provoquer l'inflammation rapide du mlange.Cette nergie est de la forme: </p> <p>Ipm: intensit du courant primaire (maxi) linstant douverture du circuit primaire.</p> <p>Lp: inductance de la bobine primaire (donne constructeur).</p> <p>Un courant maxi de 5 A l'instant d'ouverture du circuit primaire permet de dlivrer cette nergie suffisante.</p> <p>ExerciceSoit une bobine permettant d'obtenir 5 A en 7.5 ms</p> <p>courbe de l'tablissement du courant dans cette bobine</p> <p>a)Calculer la vitesse moteur permettant au courant d'atteindre 5 A au moment de la cration de l'tincelle.</p> <p>b) 6000 tr/mn , calculer Tcy. Sachant que la dure de l'tincelle reste de 0.5 ms, reprsenter graphiquement la courbe d'volution de Ip pour ce rgime.</p> <p>Constatation: avec cette bobine, entre 3750tr/mn et 6000tr/mn, Ipm diminue donc lnergie emmagasine par la bobine diminue. Donc lnergie disponible ltincelle diminue ce qui entrane des risque de rats lallumage.</p> <p>Pour conserver une nergie suffisante l'tincelle, quelque soit le rgime de rotation, il faut :-Atteindre une intensit primaire suffisante quel que soit le rgime de rotation moteur au moment de l'ouverture du circuit primaire.</p> <p>Solution adopte :-tablir plus rapidement le courant primaire et atteindre une valeur maxi suprieure 5 A : adaptation de la bobine d'allumage-rguler le niveau dnergie emmagasin par la bobine: cette fonction est ralise par lunit de commande du hacheur. Elle va:</p> <p> limiter l'intensit primaire maxi contrler le temps de conduction de la bobine en faisant varier linstant de conduction en fonction du rgime moteur: % Dwell variable.Courbes d'volution de Ip avec % Dwell variable(Rgulation du temps de conduction Tc)</p> <p>De plus l'instant de conduction doit varier avec la tension batterie</p> <p>Si la tension batterie diminue ( exemple:phase dmarrage) : le temps pour atteindre</p> <p>Ipm augmente. Il faut donc augmenter le temps de conduction Tc.</p> <p>L'unit de commande du hacheur doit : Dfinir linstant dallumage et ouvrir le circuit primaire un instant prcis du cycle (moment dtincelle). Faire varier cet instant en fonction de N moteur, charges et autres paramtres (vibration image du cliquetis)</p> <p> Grer le niveau dnergie dlivre:</p> <p> Contrler le temps de conduction de la bobine en faisant varier linstant de fermeture du circuit primaire, en fonction de N moteur et U batt (adaptation du % de Dwell).</p> <p> Limiter lintensit maxi au primaire.</p> <p>6 REALISATIONS TECHNOLOGIQUES: les systmes d'allumage </p> <p>6.1 Systme d'allumage classique</p> <p>6.1.1 Constitution du systme:</p> <p>6.1.2 Fonctionnement du systme</p> <p>Le hacheur:</p> <p>Le hacheur est log dans l'allumeur. C'est un interrupteur mcanique contacts appel rupteurs. Il est command mcaniquement par une came qui est entrane demi vitesse moteur par l'arbre de l'allumeur li l'arbre cames.</p> <p>L'instant d'ouverture est de fermeture du circuit primaire est dfini mcaniquement par le positionnement angulaire de l'ensemble rupteurs par rapport la came, qui est lie au vilebrequin. Cette position initiale correspond l'avance initiale (au ralenti) et dpend de l'orientation du corps d'allumeur sur le moteur : opration de calage de l'allumeur.</p> <p>La variation du point d'avance l'allumage en fonction de N...</p>