À propos des bougies de préchauffage« (PDF)

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    05-Jan-2017

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  • Technique Information

    No 04

    propos des bougies de prchauffage

    Perfectionintegre

    Techniques dallumage Technologie de dmarrage froid des Diesel Refroidissement Capteurs

  • Le moteur Diesel 3

    Bougies-crayons de prchauffage autorgulation 5

    Systme de dmarrage instantan ISS 9

    BERU Le plus grand innovateur en matire de bougies de prchauffage capteur de pression, PSG 10

    Bougie de prchauffage cramique CPG01 10

    Le bas de gamme... renoncez-y ! 12

    Qualit BERU 11

    Origines des dfaillances des bougies de prchauffage 13

    Conseils pour latelier 14

    Fonctionnement 3Dmarrage froid 3Systme dinjection 4

    Caractristiques demandes une bougie de prchauffage moderne 5Conception et fonctionnement 6Bougie BERU ayant une fonction de post-chauffage (GN) 7/8

    Concept du systme 9Unit de commande lectronique 9

    Testeur de bougies de prchauffage : Contrle sans dmontage de la bougie 14Dmarrage rapide et fiable dun moteur Diesel 14Couples 15Alsoir BERU : pour un filetage rapide et sr de la culasse 15

    Sommaire

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  • Fonctionnement

    Dmarrage froid

    Le moteur Diesel

    Les moteurs Diesel sont des moteurs allumage par compression, ce qui signifie quil ny a pas besoin dtincelle dallumage pour enflammer le carburant inject. Le cycle de combustion se dclenche en trois tapes :

    1. Premirement, lair pur est aspir lintrieur.2. Il est comprim de 30 55 bars. Au cours de ce processus, il chauffe jusqu 700 900 C.3. Le carburant Diesel est inject dans la chambre de combustion. La temprature leve de lair comprim dclenche lauto-allumage, la pression interne augmente alors considrablement et le moteur se met en marche.

    Compars aux moteurs allumage par tincelle, la conception du moteur et des systmes dinjection des moteurs allumage par compression est plus complexe. La conduite avec les premiers moteurs Diesel ntait ni pratique, ni silencieuse. Le processus de combustion tant difficile, ils taient trs bruyants froid. Les carac-tristiques types taient un rapport poids-puissance lev, une faible puissance par cylindre, ainsi quun comportement mdiocre lacclration. Avec le dveloppe-ment continu de la technologie dinjection et des bougies de prchauffage, ces incon-vnients ont pu tre limins. Aujourdhui, le moteur Diesel est considr comme une source de puissance quivalente, voire meilleure.

    Le terme dmarrage froid dcrit toutes les tentatives de dmarrage qui se pro-duisent avant que le moteur et les lments impliqus natteignent la temprature de fonctionnement. Plus la temprature est basse, moins les conditions sont favorables une combustion complte, rapide et respectueuse de lenvironnement. Certaines mesures offrent une assistance pendant le dmarrage froid. Un dmarrage trop long, voire impossible, pourra donc tre vit. Les dmarrages peu performants sont ainsi compenss tout en amorant lallumage au bon moment et en garantissant une com-bustion stable.

    La bougie de prchauffage est un composant qui intervient pendant le dmarrage froid. Le carburant inject bnficie ainsi de conditions dallumage idales grce lnergie thermique gnre lectriquement et transmise dans la chambre de combus-tion. Lassistance au dmarrage froid est indispensable pour les moteurs dots dune chambre de combustion en deux parties afin de garantir le dmarrage mme quand la plage de tempratures se situe souvent entre de 10 30 C. La qualit du dmarrage se dtriorant considrablement par temprature ngative, la bougie de prchauffage est aussi utilise pour les dmarrages froid des moteurs Diesel injection directe.

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  • Le moteur Diesel

    Systmes dinjection

    Selon le type et la disposition de la chambre de combustion, il existe une diffrence entre les trois systmes dinjection dans les moteurs Diesel suivants :

    1. Systme chambre de prcombustion2. Processus chambre de turbulence3. Injection directe

    Les bougies de prchauffage sont indispensables sur tous les systmes. Elles garan-tissent lvaporation du carburant inject et linflammabilit du mlange carburant-air sur la surface chaude de la bougie.

    SYSTME CHAMBRE DE PRCOMBUSTIONDans ce systme, la chambre de combustion est divise en deux : une chambre de prcombustion et la chambre principale. Elles sont relies entre elles par plusieurs alsages (canaux dinjection). Pendant la course de compression, une partie de lair comprim est pouss dans la chambre de prcombustion. Peu avant datteindre le point mort haut (PMH), le carburant est inject via un injecteur directe-ment dans la chambre de prcombustion du cylindre concern. Cest ici que se produit la combustion partielle du carburant inject. Les fortes tempratures gnres garan-tissent une monte rapide de la pression. Lensemble du contenu de la chambre de prcombustion est alors souffl par les canaux dinjection dans la chambre de combus-tion principale, o se produit la combustion.

    PROCESSUS CHAMBRE DE TURBULENCELa chambre de turbulence conique se trouve dans la culasse, spare de la chambre de combustion principale. La chambre de combustion principale et la chambre de turbulence sont relies par un canal dinjection dun diamtre important. Pendant la course de compression, le canal dinjection dans la chambre de turbulence provoque une forte rotation de lair dadmission. Le carburant Diesel est inject dans ce tourbillon dair. La combustion dmarre dans la chambre de turbulence, puis est rpartie dans la chambre de combustion principale.

    INJECTION DIRECTEDans linjection Diesel directe (rpartition carburant-air), le carburant est inject temprature leve via linjecteur buses multiples dans lair dadmission hautement comprim pour linjection. Pendant ce processus, la forme spciale de la tte du pis-ton favorise la formation du mlange. Au dmarrage, lair dadmission froid est trs rapidement chauff en raison de la forte pression de compression. Llment chauffant pntre dans la chambre de combustion principale. En principe, la bougie de pr-chauffage des moteurs injection directe a la mme fonction que dans les moteurs chambre. Elle intervient sur lallumage pendant le dmarrage. Llment chauffant dune bougie de prchauffage moderne atteint une temprature suprieure 1000 C en seulement quelques secondes.

    Pour les dmarrages froid, la situation est gnralement la suivante : lair froid intro-duit produit de faibles tempratures la fin de la phase de compression. En condui-sant, la temprature de lair comprim correspond parfaitement lauto-allumage. Cependant, elle nest pas suffisante pour le dmarrage, surtout quand les tempratures extrieures sont basses. Mais ce sont plutt les bas rgimes au dmarrage qui posent de srieux problmes. La dure de ladmission tant importante, la perte de tempra-ture et de pression est nettement suprieure quau ralenti, par exemple.

    Le point suivant est toujours applicable pendant un dmarrage froid : lair dadmis-sion froid entrane des tempratures basses en fin de compression. Cependant, les bas rgimes du moteur au dmarrage ont un effet nettement plus grave. La dure de lad-mission tant importante, la perte de temprature et de pression est nettement sup-rieure quau ralenti, par exemple.

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    1 | -Injecteur2 | -Bougie de prchauffage3 | -Chambre de prcombustion4 | -Chambre de turbulence5 | -Chambre de combustion

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  • Bougies-crayons de prchauffage autorgulation

    TEMPS DE PRCHAUFFAGE RDUIT Les bougies de prchauffage doivent transmettre le plus rapidement possible une temprature leve pour laide lallumage. Elles doivent maintenir cette temprature indpendamment des conditions ambiantes, ou simplement ajuster la temprature en fonction de ces dernires.

    FAIBLE ENCOMBREMENTJusqu prsent, les moteurs Diesel des voitures de tourisme dots dune chambre de prcombustion ou des versions dinjecteur direct et dinjecteur chambre de turbulence 2 soupapes avaient suffisamment despace pour les injecteurs et les bougies de prchauffage.Cependant, sur les moteurs Diesel modernes quips dun systme dinjection Common Rail ou des systmes dinjection injecteur -pompe et 4 soupapes, lespace disponible est trs limit. Cela signifie que lespace requis pour la bougie de pr-chauffage doit tre rduit au minimum, celle-ci doit donc tre trs fine et trs troite. Aujourdhui, les bougies de prchauffage BERU ont dj un tube incandescence dont le diamtre est infrieur 3 mm.

    ADAPTATION PRCISE DANS LA CHAMBRE DE COMBUSTIONIdalement, la tige incandescente doit se trouver prcisment au bord du tourbillon du mlange. Cependant, elle doit pouvoir pntrer profondment dans la chambre de combustion ou dans la chambre de prcombustion. Cest seulement ainsi quelle peut transmettre la chaleur avec prcision. Elle ne doit cependant pas aller trop loin dans la chambre de combustion. Cela aurait pour effet de perturber la prparation du carburant inject et donc la formation dun mlange air-carburant inflammable. Le rsultat en serait une augmentation des missions de gaz dchappement.

    VOLUME DE PRCHAUFFAGE SUFFISANTOutre la bougie de prchauffage, le systme dinjection joue un rle particulirement important dans le dmarrage froid du moteur. Seul un systme optimis en matire de point dinjection, de volume et de composition du mlange pour le dmarrage froid permet dobtenir un dmarrage froid de qualit avec une position et un indice thermique prcis. Mme aprs le dmarrage du moteur, la bougie de prchauffage ne doit pas tre refroidie par soufflage en raison de la forte circulation de lair dans la chambre de combustion. Des vitesses dair trs leves sont tout particuli-rement prsentes sur le sommet de la bougie de prchauffage dans les moteurs avec chambre de turbulence ou chambre de prcombustion. Dans cet environnement, la bougie fonctionne seulement si elle dispose de suffisamment de rserves, cest--dire lorsquun volume incandescent suffisant est disponible pour rchauffer immdiate-ment la zone refroidie par soufflage.

    Les bougies de prchauffage conues par BERU rpondent totalement ces exi-gences. Les ingnieurs BERU travaillent en troite collaboration avec lindustrie auto-mobile pendant la phase de mise au point du moteur. Rsultat : dmarrage rapide plus cologique des moteurs en 2 5 secondes (avec le systme Instant Start System ISS, 2 secondes max.), dmarrage fiable jusqu 30 C, fonctionnement plus rgulier du moteur, rduction des missions de particules de carbone allant jusqu 40 % en phase de rchauffage pour les bougies adaptes au post-chauffage (pour plus de dtails, voir page 7).

    Caractristiques exiges une bougie de prchauffage moderne

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  • Bougies-crayons de prchauffage autorgulation

    Structure et fonctionnement

    La bougie de prchauffage BERU est essentiellement compose dun corps de bougie, dun crayon avec filament chauffant et filament rgulateur, ainsi que de la vis de connexion. La tige incandescente rsistance la corrosion est enfonce la presse dans son botier pour garantir ltanchit au gaz. Ltanchit de la bougie est ga-lement assure par un joint ou une pice en plastique sur la pice de raccordement. Lnergie lectrique de la bougie de prchauffage est fournie par la batterie. La com-mande est effectue par un botier de commande du temps de prchauffage.

    FILAMENTS CHAUFFANT ET RGULATEURLe principe de base dune bougie de prchauffage moderne consiste avoir un filament chauffant et un filament rgulateur dans un lment de rsistance commun. Le filament chauffant est conu base dun matriau rsistant aux tempratures leves, dont la rsistance lectrique est indpendante de la temprature. Il forme la zone de chauffe avec la partie avant de la tige incandescente. Le filament rgulateur est fix sur la vis de connexion conductrice. Sa rsistance prsente un coefficient de temprature lev.

    Lensemble du filament est plac dans une poudre cramique comprime, isolante et conductivit thermique trs leve. La poudre est fortement comprime selon une technique de compression mcanique de sorte que le filament semble scell dans du ciment. Elle est ainsi tellement stable que les fils fins des filaments chauffant et rgu-lateur rsistent durablement toutes les vibrations. Bien que les diffrentes spires ne sont spares que par quelques diximes de millimtres, aucun court-circuit ne peut se produire, ni aucun court-circuit avec le tube incandescence qui endommagerait dfinitivement la bougie.

    Les diffrences de matriaux, de longueurs, de diamtres et dpaisseurs de fils des filaments rgulateur et chauffant font que la dure et les tempratures de prchauffage peuvent varier pour sadapter aux exigences spcifiques du moteur.

    FONCTIONNEMENTAu cours du prchauffage, un courant lev circule au dbut dans la vis de connexion et le filament rgulateur jusquau filament chauffant. Ce dernier se rchauffe ainsi rapi-dement et la zone de chauffe devient incandescente. Lincandescence stend ensuite rapidement. Au bout de 2 5 secondes, le crayon est rouge pratiquement jusquau corps de la bougie. Ceci lve la temprature du filament rgulateur dj rchauff par le courant. Sa rsistance lectrique augmente alors et le courant diminue pour viter de dtriorer la tige incandescente. Ceci vite ainsi toute surchauffe de la bougie de prchauffage.

    Si le moteur ne dmarre pas, le botier de commande du temps de prchauffage coupe lalimentation de la bougie de prchauffage.

    Pour les bougies de prchauffage BERU, lalliage utilis permet de mieux rsister la temprature. Au lieu dattendre que la temprature de consigne soit atteinte, la concep-tion du filament rgulateur permet ainsi de laisser passer ds le dbut un courant plus fort jusquau filament chauffant. La temprature vise est ainsi atteinte plus rapidement et maintenue dans la plage admissible via une plus forte rgulation.

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    Vis de connexion

    Structure dune bougie-crayon de prchauffage autorgulation et chauffage rapide.

    Corps de bougie

    Joint torique

    Rondelle isolante

    crou rond

    Joint

    Filetage

    Espace annulaire

    Tube incandescence

    Filament rgulateurRevtement isolant

    Filament chauffant

  • Bougies-crayons de prchauffage autorgulation

    Les vhicules plus anciens sont gnralement quips de bougies de prchauffage qui chauffent seulement avant et pendant la priode de dmarrage. Elles sont identifiables grce labrviation GV. Les bougies de prchauffage GN sont gnralement de srie sur les moteurs Diesel modernes des voitures de tourisme. Elles sont quipes du systme de prchauffage innovant 3 phases, ce qui signifie quelles chauffent

    n avant le dmarrage,n pendant la phase de dmarrage,n aprs le dmarrage etn pendant le fonctionnement du moteur (en mode inertiel).

    FONCTIONNEMENTLe prchauffage commande lectronique commence en mettant le contact et dure jusquau dmarrage, soit entre 2 et 5 secondes si les tempratures extrieures sont normales. La dure du post-chauffage est de 3 minutes aprs le dmarrage du moteur ce qui permet de minimiser les missions polluantes et le bruit.Ltat de fonctionnement du moteur est enregistr, par exemple, en mesurant la temprature du liquide de refroi-dissement. La phase de post-chauffage dure jusqu ce que la temprature du liquide de refroidissement atteigne 70 C. Elle sera autrement arrte aprs une priode dfi-nie dans un tableau de fonctionnement. Si la temprature du liquide de refroidissement tait d...