La bobine d'allumage : charge, décharge et énergie d'étincelle
La bobine d'allumage transforme les douze volts du bord en plusieurs dizaines de milliers de volts, le temps d'une étincelle. C'est un transformateur élévateur à impulsion : deux enroulements autour d'un noyau de fer feuilleté ou de ferrite. Le primaire compte peu de spires de gros fil ; le secondaire en compte un très grand nombre, en fil fin. Le rapport de transformation se situe typiquement entre 1:80 et 1:150. Les formes que prend ce composant — bobine unique à distributeur, bloc, rampe, crayon posé sur la bougie — sont détaillées dans la bobine d'allumage : crayon, bloc et rampe ; la présente fiche s'attache au principe électrique commun à toutes : le cycle charge-décharge et l'énergie délivrée.
Le principe charge-décharge
Contrairement à une idée répandue, la bobine ne « fabrique » pas de tension en continu. Elle fonctionne en deux temps :
- La charge (le dwell). Le calculateur relie le primaire à la masse par un transistor de puissance. Le courant y monte progressivement — l'inductance s'oppose à sa propre variation — vers une cible de l'ordre de 6 à 8 A. Pendant cette montée, la bobine emmagasine de l'énergie dans son champ magnétique, proportionnelle au carré du courant (loi en un demi L·I²). Avec une inductance primaire de 3 à 8 mH, le temps nécessaire pour atteindre la cible — le temps de charge, ou dwell — s'établit autour de 2 à 5 ms.
- La décharge. À l'instant voulu, le calculateur coupe brutalement le primaire. Le champ s'effondre en quelques microsecondes ; cette variation très rapide induit au secondaire une tension proportionnelle au rapport de spires et à la rapidité de l'effondrement. Elle grimpe jusqu'à ce que l'arc jaillisse aux électrodes.
La coupure crée la haute tension
Le point est capital et souvent mal compris : c'est la coupure du courant, et non son établissement, qui crée la haute tension. Tant que le courant circule, rien ne sort au secondaire ; c'est l'effondrement rapide du champ qui induit l'impulsion. Plus la coupure est franche, plus la tension monte haut. Toute la commande d'allumage se résume donc à deux décisions — combien de temps charger et à quel instant couper — développées dans la commande d'allumage et le pilotage du courant primaire.
L'énergie d'étincelle
L'énergie délivrée se compte en millijoules : de l'ordre de 30 à 100 mJ sur une bobine classique, davantage sur les bobines à haute énergie des moteurs suralimentés. Elle doit suffire à enflammer le mélange dans toutes les conditions — démarrage à froid, mélange pauvre, forte dilution par les gaz recirculés. Au ralenti et à faible charge, certaines gestions déclenchent plusieurs étincelles successives (multi-charge) sur le même temps moteur pour fiabiliser l'inflammation quand la combustion est instable ; à haut régime, le temps manque et l'on revient à une étincelle unique.
Ce qui détermine l'énergie réellement délivrée
L'énergie stockée dépend directement du courant atteint au moment de la coupure. Trois facteurs le conditionnent :
- La tension d'alimentation. À douze volts, le courant monte vite ; à neuf volts au démarreur, plus lentement. C'est pourquoi le dwell est corrigé selon la tension de batterie.
- La chute de tension du circuit. Une masse corrodée, une alimentation faible ou un connecteur résistant réduisent le courant : l'étincelle s'affaiblit avant de couper franchement le cylindre. Voir la chute de tension.
- Le temps de charge disponible. À haut régime, l'intervalle entre deux étincelles se resserre et peut ne plus suffire à charger pleinement — un sujet traité dans l'allumage à forte charge.
Ce que la bobine impose au reste du système
À vide, une bobine moderne offre une réserve de tension de 30 à 40 kV, parfois davantage. Elle n'en produit jamais autant en réalité : l'arc s'amorce dès le seuil d'ionisation franchi, souvent bien plus bas. Cette réserve sert de marge quand la pression cylindre monte, quand l'écartement s'ouvre avec l'usure ou quand le mélange s'appauvrit ; le détail est traité dans la tension secondaire. Sur les bobines-crayon, chaque cylindre disposant de sa propre bobine, on peut aller plus loin : dwell et avance propres à chaque cylindre, et — sur certaines gestions — lecture du courant d'ionisation à travers la bougie une fois l'étincelle passée (voir la sonde ionique).
Ce qui fatigue une bobine
La bobine vit dans un environnement hostile : chaleur, vibrations, humidité. Ses points faibles :
- L'isolation du secondaire, qui se micro-fissure avec la chaleur et le vieillissement ; la haute tension finit par « fuir » à la masse au lieu d'aller à la bougie. Le défaut apparaît souvent à chaud et en charge, quand la tension demandée est la plus haute.
- L'étage de commande intégré, quand la bobine en possède un, qui peut lâcher comme tout transistor de puissance.
- Les connexions : masse douteuse, alimentation faible, corrosion.
Une bobine faiblissante se traduit par des ratés d'allumage sous charge, parfois par un cylindre qui se coupe franchement. La méthode pour trancher entre bobine, bougie, faisceau et cause mécanique est décrite dans le diagnostic du circuit d'allumage.
Voir aussi la bobine d'allumage : crayon, bloc et rampe, la commande du courant primaire et la tension secondaire.
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