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Bougies de préchauffage
Principe
Le moteur diesel
Le cycle de combustion du moteur diesel est similaire à celui du moteur essence. Toutefois, aucune étincelle n’est nécessaire pour l'inflammation du mélange air-carburant.
Explication : Les moteurs diesel s’auto-enflamment.
Cela signifie que l'air ambiant est aspiré dans le cylindre par le mouvement descendant du piston puis fortement comprimé lors de la remontée de ce dernier jusqu’au point mort haut. Le taux de compression peut alors atteindre 25:1
La compression génère une hausse rapide de la température de l’air qui peut atteindre entre 700 et 900°C. Le gasoil injecté à ce moment précis s’enflamme spontanément car l’air dans la chambre de combustion a atteint la température d’auto-allumage qui correspond au point éclair de ce carburant. C’est pourquoi, le moteur diesel porte aussi le nom de moteur à allumage par compression.
Caractéristiques
Préchauffage
Pour un démarrage à froid fiable, notamment lorsque les températures ambiantes sont particulièrement basses, les moteurs diesel ont besoin de l’assistance des bougies de préchauffage.
Explication : Lors du démarrage du moteur, les différents composants de ce dernier sont froids. L’air entrant ainsi compressé sur les parois froides du cylindre, du piston et des soupapes va absorber une partie de l’énergie calorifique de l’air ambiant.
Par conséquent, la température requise pour générer une combustion spontanée n’est pas atteinte par la compression seule.
C’est à ce moment-là que la bougie de préchauffage entre en jeu.
Cette dernière est logée dans la culasse, le crayon chauffant s'introduit dans la chambre de combustion. La bougie chauffe dès qu’elle est alimentée en courant électrique et peut dépasser 1 000°C selon sa conception.
Par dissipation, la température augmente suffisamment dans la chambre de combustion pour assurer une auto-inflammation stable du mélange air/gasoil. Il en résulte de bonnes performances au démarrage ainsi qu’une réduction des fumées et des émissions polluantes à l’échappement.
Ce processus de chauffage avant le démarrage est communément appelé « préchauffage ».
Conception
Bougies de préchauffage métalliques et céramiques
Les bougies de préchauffage peuvent appartenir à 2 catégories principales selon leur technologie : Les bougies métalliques et Les bougies céramiques.
Les bougies métalliques sont constituées d’un filament chauffant protégé par un tube métallique qui produit la chaleur nécessaire au démarrage. Les bougies céramiques n’ont pour leur part pas besoin d’enveloppe métallique. A la place, l’élément chauffant est encapsulé dans la céramique spécifique : Le nitrite de silicium.
Les bougies en céramique ont la capacité de chauffer plus et plus rapidement que les bougies métalliques pendant une période plus longue. Elles sont plus compactes que les bougies métalliques.
Ces caractéristiques présentent de réels avantages pour les moteurs diesel modernes.
Bougie de préchauffage métallique
Vue à 360° d'une bougie de préchauffage métallique
La bougie de préchauffage métallique autorégulée (SRM) est une des technologies de bougie les plus répandues.
Filament de chauffage
Le filament de chauffage d'une bougie de préchauffage autorégulée est fait d’un alliage métallique spécifique.
Lorsqu’une tension est appliquée à la bougie de préchauffage, celui-ci génère une chaleur concentrée autour du crayon métallique.
Filament de régulation
Le filament de régulation est soudé en série avec l’électrode centrale et le filament de chauffage. Quand la température augmente, la résistance électrique du filament de régulation augmente aussi réduisant ainsi le flux électrique dans le filament de chauffage.
Ce phénomène devient ainsi un moyen de contrôle de la bougie en fonction de sa température.
Corps métallique
Le corps métallique de la bougie fait office de pôle négatif (mise à la masse).
Poudre isolante
Le filament à l’intérieur du crayon est encapsulé dans une poudre céramique spéciale comprimée : L’oxyde de magnésium. Cette poudre est un isolant électrique doublé d’un excellent conducteur thermique. La poudre remplit 2 rôles :
- Protéger le filament des chocs et des vibrations très importantes générées par la combustion.
- Transmettre de manière optimum la chaleur au crayon métallique et à son environnement.
Electrode centrale
Le courant électrique de la batterie est transmis au filament de chauffage par l’électrode centrale.
Embout de connexion
Le courant électrique de la batterie appliqué sur l’embout de connexion peut être soit fileté pour être vissé au câble de connexion de manière sécurisé soit lisse ce qui permet de clipser simplement et rapidement le connecteur de la batterie.
Crayon chauffant
Le crayon chauffant d’une bougie métallique est fait d’un alliage d’acier inoxydable ou d’inconel résistant aux très hautes températures. Combiné à la poudre isolante, il protège le filament de l’exposition aux gaz de combustion et aux ondes de chocs générées par l’expansion de ces derniers dans la chambre de combustion.
Filetage
Le filetage d’une bougie de haute qualité est toujours matricé et non usiné. Cette méthode de production rapide et fiable évite qu’une bavure puisse endommager le filetage de la culasse.
Bague isolante
Cette bague permet d’isoler le pôle positif (l’embout de connexion) du pôle négatif (le corps métallique) de la bougie de préchauffage.
Bougie de préchauffage céramique
Vue à 360°C d'une bougie céramiqe avec crayon chauffant
Vue à 360°C d'une bougie céramiqe avec crayon chauffant
Filament de chauffage
Contrairement à la bougie métallique, la bougie céramique utilise un élément chauffant en céramique.
Filetage
Le filetage d’une bougie de haute qualité est toujours matricé et non usiné.
Cette méthode de production rapide et fiable évite qu’une bavure puisse endommager le filetage de la culasse.
Bague isolante
Cette bague permet d’isoler le pôle positif (l’embout de connexion) du pôle négatif (le corps métallique) de la bougie de préchauffage.
Capsule céramique
Le filament chauffant ou élément chauffant est encapsulé dans une céramique haute performance en nitrite de silicium.
Elle protège l’élément des hautes températures et des vibrations créées par la combustion. Il s’agit d’un très bon conducteur qui permet la propagation rapide de la chaleur de l’élément à la chambre de combustion.
Corps métallique
Le corps métallique de la bougie fait office de pôle négatif (mise à la masse).
Siège / portée conique
Le siège conique fournit une étanchéité simple mais efficace de la chambre de combustion sans avoir besoin de joint d'étanchéité, etc.
Sa forme compacte tolère des toutes petites dimensions d'alésage.
La face du siège fournit une excellente masse électrique.
Electrode centrale
Le courant électrique de la batterie est transmis au filament de chauffage par l’électrode centrale.
Embout de connexion
Le courant électrique de la batterie appliqué sur l’embout de connexion peut être soit fileté pour être vissé au câble de connexion de manière sécurisée soit lisse ce qui permet de clipser simplement et rapidement le connecteur de la batterie.
Anneau de contact
L'anneau de contact fournit une connexion électrique à la jonction de l'électrode centrale et l'élément chauffant.
Caractéristiques spécifiques
Spécificités
Au fil du temps, les bougies de préchauffage ont été développées pour répondre aux besoins des conducteurs et des législations de protection de l’environnement, ce qui a rendu le temps de préchauffage pratiquement indécelable avec les bougies modernes.
De nos jours, le temps nécessaire au démarrage d’un véhicule diesel est pratiquement identique à celui d’un moteur essence.
Concernant la protection de l’environnement, les contraintes liées aux bougies de préchauffage ont augmenté de manière drastique. Afin de répondre aux normes de dépollution en vigueur (EURO 5), les bougies doivent désormais « post-chauffer », c'est-à-dire maintenir la température optimale de fonctionnement pendant les premiers kilomètres de conduite jusqu’à ce que le moteur soit chaud.
Ce procédé permet un fonctionnement efficace du moteur et une baisse significative des émissions de gaz nocifs.
Les émissions de fumées bleues et blanches, en particulier, ont été réduites de moitié.
Le chauffage intermittent est une autre technique adoptée par les constructeurs automobiles. Alors que le moteur est chaud, les bougies de préchauffages sont mises sous tension sous certaines conditions de conduite pour assister la régénération du filtre à particules (FAP).
Types de bougies de préchauffage de NGK SPARK PLUG
Types de bougies de préchauffage de NGK
Différents types de bougies de préchauffage permettent d’améliorer la qualité de la combustion. Aperçu ci-dessous:
Bougies de préchauffage métalliques standards
Les bougies de préchauffage métalliques standards possèdent un seul filament de chauffage.<br>La résistance électrique ne varie pas avec la hausse de la température, la consommation de courant est constante.
Le contrôle du temps de préchauffage de cette bougie se fait habituellement par l’alimentation en courant électrique qui passe par un relais ou par un contrôle manuel.
Ces bougies peuvent atteindre une température de fonctionnement de 800°C en 20-25 secondes.
Bougies de préchauffage métalliques à montée en température rapide
Les bougies de préchauffage métalliques à montée en température rapide sont équipées d’un seul filament de chauffage.<br>Néanmoins, la résistance électrique varie avec la température.
La résistance faible, lors de la mise sous tension, laisse passer le maximum de courant pour permettre une montée en température plus rapide que la bougie standard, ce qui réduit la durée de préchauffage.
La hausse de la température entraine ensuite une hausse de la résistance électrique qui fait baisser la température de la bougie.
Ces bougies peuvent atteindre une température de fonctionnement de 800°C en 13-17 secondes.
Bougies de préchauffage métalliques de type QGS
QGS signifie système de chauffage ultra-rapide (Quick Glow System).
Il existe 2 types de bougies QGS, les mono-filaments et les bi-filaments. Ces technologies ne sont pas interchangeables.<br>Le type mono-filament est constitué d’un seul filament de faible résistance prévu pour laisser passer une quantité considérable de courant dans un laps de temps limité.
Le type bi-filament est doté d’un filament de chauffage et un filament de contrôle dont la résistance augmente avec la chaleur. Cela permet de réguler le courant électrique et de protéger la bougie d’une surchauffe.
Ces deux types de bougies ne peuvent être utilisés qu’avec un contrôleur QGS (relais externe) qui pilote en continu les bougies.
Les bougies QGS peuvent atteindre une température de fonctionnement de 900°C en 6-10 secondes.
Bougies de préchauffage métalliques auto-régulées type SRM
Ces bougies sont particulièrement adaptées aux moteurs équipés de post-chauffage.
Les bougies auto régulées (ou SRM) ont un filament de chauffage et un filament de régulation dont la résistance augmente avec la température. Suivant les propriétés intrinsèques des filaments, la bougie SRM peut monter très vite en température et se stabiliser automatiquement.
Un contrôleur externe est nécessaire afin d’assurer les meilleures performances possibles en pré et post-chauffage et ainsi qu’une meilleure durée de vie.
Les bougies SRM peuvent atteindre une température de 900°C en 4 secondes
Bougies métalliques AQGS
Cette évolution majeure de la bougie AQGS (Advanced Quick Glow System) possède un filament de chauffage et un filament de régulation. Le diamètre du crayon chauffant de ces bougies est de 3,5 mm donc beaucoup plus fin qu’une bougie métallique standard.
De plus, les filaments utilisent un nouveau matériau qui assure une montée en température extrêmement rapide. Cela permet d’assurer une combustion très stable du mélange air/ carburant lors du démarrage.
Ceci permet de réduire de manière drastique les émissions polluantes avant même que le moteur atteigne sa température optimum de fonctionnement et que le post-chauffage opère.
Un contrôle précis de l’amplitude du voltage (PWM) via le calculateur (ECU) est obligatoire.<br>Les bougies de préchauffage atteignent une température de 1000°C en l'espace de seulement 2 secondes.
Bougies céramiques auto-régulées
Les bougies céramiques auto- régulées (ou bougies SRC) ont un filament de chauffage et un filament de régulation comparables aux bougies métalliques autorégulées de type SRM. Ces filaments permettent une montée en température très rapide et un contrôle précis du courant nécessaire pour réguler la température finale.
La bougie ayant la capacité de s’autoréguler, ce type de technologie ne requiert qu’un petit contrôleur pour fonctionner.
Une bougie de type SRC monte jusqu’à 1100°C en 3 secondes et peut ensuite maintenir de manière autonome sa température aux alentours 1000°C.
Nouvelles bougies céramiques haute température
Cette nouvelle génération de bougies en céramique offre les meilleures performances thermiques et une plus grande longévité.<br>Elles sont munies d’un élément céramique chauffant conducteur de courant.
Ces bougies peuvent atteindre 1000°C en moins de 2 secondes et maintenir une température de 1350°C en phase de post-chauffage pendant plus de 10 minutes.
Les bougies NHTC montent en température avec une rapidité extrême, rendant imperceptible la phase préchauffage même lorsque la température ambiante est très basse. Plus la température en préchauffage est élevée plus la combustion est stable, meilleur le ralenti moteur et plus la réduction des émissions polluantes est importante.
Les bougies sont aussi mises sous tension, moteur chaud, de manière intermittente pour assurer la régénération du filtre à particules (FAP) dans certaines conditions de conduites.
Les bougies céramiques NHTC atteignent 1000°C en 2 secondes et ont une température de régulation maximum de 1350°C
Installation
Couple de serrage
Une clef dynamométrique est recommandée pour le montage des bougies.
Même pour un professionnel, estimer le couple de serrage est quasiment impossible sans cet outil.
2 facteurs sont à prendre en compte : La force appliquée et la distance relative au centre sur laquelle cette force est appliquée.
Si la bougie n’est pas suffisamment serrée, des fuites de compression peuvent se produire. De plus la bougie peut être soumise à des vibrations qui risquent d’endommager les composants en céramiques.
Un couple de serrage trop important peut créer des contraintes excessives sur le corps métallique qui peut céder lors de l’installation ou du démontage. Bien que moins fréquent, il est possible que le corps métallique se torde réduisant ainsi la distance entre le crayon et le corps de la bougie. Cette modification peut conduire au refroidissement excessif du filament de régulation qui laissera passer un courant électrique trop important à travers le filament de chauffage causant une détérioration prématurée de la bougie.
Vue d'ensemble des couples de serrage
Le couple de serrage d'une bougie de préchauffage dépend des dimensions du filetage du corps métallique et correspond au filetage de l'embout de connexion.
Veuillez respecter les instructions d'installation des constructeurs automobiles.
Enlever les dépôts de carbone avec un alésoir
Selon leur conception, certains moteurs diesels peuvent générer une accumulation de dépôts de carbone autour du crayon.
Dans ce cas, chaque fois qu’une bougie est remplacée, il faut enlever les dépôts de carbone à l’aide d’un alésoir spécifique. Sinon, les dépôts de carbone risquent d’entrainer un refroidissement excessif du filament de régulation qui laissera passer un courant électrique trop important à travers le filament de chauffage conduisant à la destruction prématuré du crayon.
L’utilisation des alésoirs de marque Hazet (développés en partenariat avec NGK SPARK PLUG) est fortement recommandée :
- Identifier l’alésoir à employer en fonction de la référence de la bougie de préchauffage
- Appliquer de la graisse sur les faces coupantes de l’alésoir
- Visser l’alésoir dans le puits de bougie à la main (ne pas utiliser de clef dynamométrique)
- Dévisser l’alésoir et bien nettoyer
Vidéo
Installation d'une bougie de préchauffage
Diagnostic
Diagnostique de panne
L’apparence d’une bougie de préchauffage donne de bonnes indications sur la cause possible de panne.
Découvrez ci-contre les défauts les plus courants et analysez les.
Surchauffe / Casse
Une surchauffe peut indiquer que les injecteurs diesels ne sont pas réglés correctement (direction du jet, volume ou timing).
Des cylindres ou des soupapes usés peuvent amener une présence excessive de lubrifiants dans la chambre de combustion, créant ainsi une surchauffe anormal. Il en résulte une boursoufflure du crayon chauffant.
Surtension/ casse de l’élément chauffant
La surtension se produit quand la mauvaise bougie a été installée (par exemple 12V au lieu de 24V).
Un boitier de commande défectueux peut causer une panne s’il fournit un courant trop important ou trop longtemps. Dans ce cas le boitier de commande de préchauffage et l’alternateur doivent être vérifiés.
Rupture du corps métallique ou du connecteur
Un serrage excessif ou l’utilisation d’outils inadaptés peuvent causer la rupture du corps métallique ou du connecteur.
Rupture du corps métallique ou du connecteur
Un serrage excessif ou l’utilisation d’outils inadaptés peuvent causer la rupture du corps métallique ou du connecteur.
Rupture du crayon chauffant
Une combustion anormale liée au mauvais réglage des injecteurs entraine des turbulences trop importantes dans la chambre de combustion et peuvent causer la casse du crayon.
Surchauffe / Casse
Une surchauffe peut indiquer que les injecteurs diesels ne sont pas réglés correctement (direction du jet, volume ou timing).
Des cylindres ou des soupapes usés peuvent amener une présence excessive de lubrifiants dans la chambre de combustion, créant ainsi une surchauffe anormal. Il en résulte une boursoufflure du crayon chauffant.
Surtension
Un crayon chauffant gonflé ou fondu est souvent le résultat d’une erreur dans le choix de la bougie (par exemple 12V ou lieu de 24V).
Un boitier de commande défectueux peut causer une panne s’il fournit un courant trop important ou trop longtemps. <br><br>Dans ce cas, il faut vérifier le boitier de commande de préchauffage et l’alternateur.
