Ordre d'allumage des moteurs à pistons
GENERALITES
Les intervalles d’explosion et l'ordre d'allumage (firing order en anglais) d'un moteur à pistons dépendent :
- de l’architecture de ce moteur (nombre et disposition des cylindres en ligne ou sur plusieurs bancs)
- du calage de vilebrequin
- du cycle de fonctionnement 2 temps ou 4 temps
Ci après 2 méthodes pour déterminer à la fois les intervalles et ordres d'allumage possibles en fonction de l'architecture moteur :
- feuille de calcul Excel applicable aux moteurs 2 temps ou 4 Temps de 1 à 8 cylindres,
quelque soit l'architecture mécanique :
- méthode graphique manuelle :
DETERMINATION-CALAGE-MOTEUR.jpg
Pour l'ordre d'allumage, le nombre des différentes combinaisons possibles double en inversant le sens de rotation du moteur.
MOTEURS EN LIGNE AVEC POSITION ANGULAIRE DIFFERENTE DE CHAQUE MANETON
Sur les moteurs en ligne dont chaque maneton de vilebrequin est dans une position angulaire unique, l'ordre d'allumage sera imposé par le calage du vilebrequin. Avec un nombre de cylindres n au moins égal à 3, si on modifie le vilebrequin en permutant les manetons autres que celui correspondant au cylindre 1, et sans modifier leur position angulaire (répartie sur un tour si on souhaite un intervalle d'allumage régulier), le nombre de combinaisons possibles pour l'ordre d'allumage est égal à (n-1) x (n-2) x (n-3) x ...jusqu'à ce qu'à ce que le multiplicateur soit égal à 2.
Pour un 5 cylindres on obtient : 4 x 3 x 2 = 24 ordres d'allumage possibles.
MOTEURS 2 TEMPS AVEC PLUSIEURS PISTONS EN MEME TEMPS AU POINT MORT HAUT
Si plusieurs pistons arrivent ensemble au point mort haut sur une ou plusieurs position(s) angulaire(s) du vilebrequin, on aura des explosions simultanées avec une explosion par tour pour chaque cylindre.
MOTEURS 4 TEMPS AVEC PLUSIEURS PISTONS EN MEME TEMPS AU POINT MORT HAUT
Si plusieurs pistons arrivent ensemble au point mort haut sur une ou plusieurs position(s) angulaire(s) du vilebrequin, on aura plusieurs ordres d’allumage possibles (explosion 1 tour sur 2 à déterminer) en permutant l'ordre des cylindres et en évitant en principe les allumages simultanés.
Avec des paires de pistons arrivant simultanément au point mort haut (dont la paire incluant le cylindre 1 pour lequel aucune permutation n'est possible), le nombre de combinaisons sans explosions simultanées est égal à 2 à la puissance (n-1),
n étant le nombre de fois où 2 pistons sont ensemble au point mort haut sur un tour de vilebrequin (nombre de paires de manetons dans la même position angulaire pou un moteur en ligne)
Exemples :
4 cylindres avec n = 2 => 2 à la puissance (2 - 1) = 2
6 cylindres avec n = 3 => 2 à la puissance (3 - 1) = 2 x 2 = 4
8 cylindres avec n = 4 => 2 à la puissance (4 - 1) = 2 x 2 x 2 = 8
V12 avec n = 6 => 2 à la puissance (6 - 1) = 2 x 2 x 2 x 2 x 2 = 32
V16 avec n = 8 => 2 à la puissance (8 - 1) = 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 = 128 !!!
Le choix de l'ordre d'allumage doit permettre le meilleur compromis pour :
- une répartition des efforts sur les différents manetons de vilebrequin pour les moteurs avec un ou plusieurs bancs de plus de 2 cylindres afin de limiter la charge des paliers, la flexion du vilebrequin, les vibrations, et le couple de bascule sur les moteurs à nombre impair de cylindres ou à plusieurs bancs (en plus du calage de vilebrequin, et de l'angle d'ouverture sur les moteurs en V, qui sont déterminants pour l'équilibrage du moteur)
- un bon remplissage du moteur si plusieurs cylindres sont alimentés par un seul carburateur
- un bon écoulement des gaz d'échappement en fonction de la disposition des collecteurs
(pas optimal si 4 temps pour V8 crossplane et boxer 4 lorsqu'on a un échappement séparé
par rangée de cylindres)
Sur un 4 temps le calage du système de distribution (décalage angulaire entre cames des différents cylindres sur le ou les arbre(s) à cames) sera différent si on modifie l’ordre d’allumage pour une même architecture et un même sens de rotation du vilebrequin, en revanche les intervalles d’explosion (réguliers ou non) seront inchangés (sauf si les explosions deviennent simultanées sur plusieurs cylindres, ce qui peut être recherché en compétition moto avec un calage "big bang" pour favoriser la motricité, mais on se contente en général de rapprocher les temps moteurs en modifiant le calage de vilebrequin).
NUMEROTATION ET REPERAGE DES CYLINDRES
L’ordre d’allumage donné par le constructeur est défini par la suite des chiffres correspondant à la numérotation des cylindres dont les explosions se succèdent, en commençant par le cylindre 1 qui est choisi à une extrémité du moteur (côté volant moteur sur les 4 cylindres en ligne automobile de marque française).
Sur les moteurs d'au moins 4 cylindres avec plusieurs bancs à plat ou en V (et aussi en W et même en H), ça se complique car il faut définir comment sont numérotés les cylindres et sur quel extrémité de banc se trouve le cylindre 1.
Sur les moteurs à 2 bancs en V ou à plat, il y a 4 possibilités de repérage du cylindre 1 et la numérotation peut être dans l'ordre des manetons de vilebrequin comme sur un moteur en ligne, en alternant banc impair et pair, mais on trouve également une numérotation croissante d'un banc après l'autre.
ORDRE D'ALLUMAGE SUR ANIMATIONS MOTEUR
Sur les vidéos d'animation moteur de ce blog, la vitesse de l'image est diminuée par 10 par rapport au son pour mieux visionner l'ordre et les intervalles d'allumage. Vous pouvez si nécessaire réduire temporairement la vitesse de lecture au minimum dans les paramètres Youtube mais dans ce cas la reconstitution sonore du moteur sera dégradée.
Un seul ordre d'allumage (en principe le plus courant) est représenté pour une architecture donnée, sauf cas particuliers. Pour une même numérotation des cylindres, un même calage de vilebrequin et sens de rotation, les ordres d'allumage possibles augmentent rapidement avec le nombre de cylindres, qu'ils soient en ligne ou non.
ORDRES D'ALLUMAGE UTILISES SUIVANT ARCHITECTURE MOTEUR
Les différents ordres d’allumage utilisés sur les moteurs à partir de 3 cylindres sont présentés suivant liens ci-dessous, avec schémas ne comportant pas de repérage des cylindres pour être applicables dans les 2 sens d’observation du moteur et quelle que soit la numérotation des cylindres par le constructeur, en particulier sur les moteurs à plusieurs bancs.
L'ordre d'allumage en chiffres est basé sur une numérotation des cylindres suivant succession des manetons d'un bout à l'autre du vilebrequin (y compris pour les moteurs à plusieurs bancs, avec alternance sur banc impair et pair).
ORDRE D'ALLUMAGE 3 CYLINDRES EN LIGNE 4 TEMPS OU 2 TEMPS
ORDRE D'ALLUMAGE 4 CYLINDRES EN LIGNE 4 TEMPS AVEC VILEBREQUIN PLAT
ORDRE D'ALLUMAGE 4 CYLINDRES EN LIGNE 4 TEMPS AVEC VILEBREQUIN CROSSPLANE
ORDRE D'ALLUMAGE 5 CYLINDRES EN LIGNE 4 TEMPS CALE A 72°
ORDRE D'ALLUMAGE 5 CYLINDRES EN LIGNE 4 TEMPS CALE A 120°
ORDRE D'ALLUMAGE 6 CYLINDRES EN LIGNE ET VR6 4 TEMPS
ORDRE D'ALLUMAGE 4 CYLINDRES A PLAT (BOXER) 4 TEMPS
ORDRE D'ALLUMAGE V4 4 TEMPS CALE A 180° PAR BANC
ORDRE D'ALLUMAGE V4 4 TEMPS CALE A PLUS DE 180° PAR BANC
ORDRE D'ALLUMAGE V4 4 TEMPS A 4 MANETONS DECALES
ORDRE D'ALLUMAGE 6 CYLINDRES A PLAT (BOXER) 4 TEMPS
ORDRE D'ALLUMAGE V8 4 TEMPS A VILEBREQUIN CROSSPLANE