Significations et usages de accensione

L'accensione o sistema d'accensione è il cuore dell'impianto d'accensione ed è un componente fondamentale per i motori endotermici ad accensione comandata, dove tale sistema serve per vincolare il momento dello scoccare della scintilla, determinando così la fasatura d'accensione.

Il sistema d'accensione può essere costruito in vari modi e a seconda del tipo di costruzione assume vari nomi.

  Schema di un sistema d'accensione a puntine DC-IDI accoppiato a un distributore per l'uso su motori pluricilindrici

  Alimentazione dei sistemi d'accensione

I sistemi d'accensione possono essere alimentati in vari modi diversi:

• Autoprodotta, il sistema d'accensione produce autonomamente l'energia elettrica per il suo funzionamento assorbendo energia meccanica, questo sistema è utilizzato solo dal sistema ad accensione magnetica.
• AC (Alternating Current), si utilizza una fonte a corrente alternata che viene integrata all'alternatore di servizio, questo sistema riesce a permettere il funzionamento dell'accensione anche senza l'ausilio di una fonte energetica stabile, come la batteria, questo sistema permette inoltre di poter dare un'informazione utile sulla posizione dell'albero motore (nel caso sia a due o quattro poli magnetici, in modo d'avere una o due onde sinusoidali per rotazione) e risulta essere il sistema (soprattutto il monofase) elettivo (di preferenza) per i sistemi CDI per via della compattezza e semplicità costruttiva, mentre per i sistemi IDI risulta essere penalizzante perché richiede l'ausilio di un raddrizzatore per la carica della bobina, l'inconveniente di questo sistema è quello di poter essere usato solo in accoppiamento ad un alternatore monofase o bifase a due o quattro poli dato che l'utilizzo di alternatori con più fasi (trifase) o più poli richiede l'uso di un pick-up per poter avere la posizione di zero dell'albero motore, invece l'inconveniente del sistema bifase o monofase a quattro poli è dato dal fatto che la centralina non sa mai se il pistone è al PMS o al PMI dovendo quindi fare due scintille al giro e per questo le centraline non programmabili per il sistema bifase non sono compatibili per i sistemi monofase e viceversa.
• DC (Direct Current), si utilizza una fonte stabile come la batteria elettrica o molto raramente (valido anche in caso di batteria interrotta) tramite un alternatore con le uscite raddrizzate e regolate o nei modelli più vecchi si utilizzava una dinamo e relativo regolatore di tensione, questo sistema anche se richiede un sensore per la posizione dell'albero motore, risulta essere il sistema elettivo (di preferenza) per i sistemi IDI per via della compattezza e semplicità costruttiva, mentre per i sistemi CDI risulta essere penalizzante perché richiede l'ausilio di un convertitore DC/AC per il funzionamento dei circuiti e la carica del condensatore il quale aumenta le dimensioni dell'accensione, anche se consente d'avere un'energia di scarica più costante.

Il tipo d'alimentazione del sistema d'accensione può essere specificato dai costruttori e in questo caso viene esposto il tipo d'alimentazione (AC o DC) prima della tipologia di scarica elettrica con un'interposizione di un trattino (AC-CDI, DC-IDI, ecc.), il tipo d'alimentazione può influenzare l'energia di scarica dei sistemi d'accensione.

  Energia di scarica

L'energia di scarica di un sistema d'accensione è molto importante per la curva di fasatura di un motore, perché a seconda dell'energia di scarica si modifica la forza e permanenza della scintilla, modificando la velocità della combustione.

  Tipo d'andamento

L'andamento dell'energia di scarica può essere:

• Crescente, l'energia di scarica cresce all'aumentare del regime di funzionamento (o fino al raggiungimento di un determinato regime), questo tipo d'andamento è riscontrabile solo con il sistema ad accensione magnetica, mentre si ha questo andamento fino al raggiungimento di un determinato regime, quando nei sistemi alimentati a batteria si ha l'interruzione della batteria o la sua completa scarica costringendo a funzionare con il sistema di ricarica della batteria, mentre risulta essere meno marcato nei sistemi alimentati ad alternatore.
• Costante, l'energia di scarica rimane costante per tutti i regimi di funzionamento, questo tipo d'andamento è riscontrabile per la maggior parte dei sistemi soprattutto per i sistemi elettronici e digitali alimentati a batteria (funzionante e carica).
• Decrescente, l'energia di scarica decresce all'aumentare del regime di funzionamento (o da un determinato regime di funzionamento), questo tipo d'andamento è riscontrabile per i sistemi che non riescono a rispondere/funzionare ai regimi di funzionamento del motore, generalmente perché sottodimensionati, inappropriati o non ottimizzati, come nel caso di sistemi alimentati da alternatori (soprattutto se bifase), muniti di una protezione da sovratensione, che interviene eccessivamente.

  Caratteristiche influenti

L'energia di scarica viene influita da:

• Capacità del condensatore o induttanza induttore, maggiore saranno la capacità o l'induttanza e maggiore sarà l'energia di scarica, questa variabile determina l'energia di scarica massima del sistema
• Fonte energetica, la fonte energetica influisce enormemente sulla costanza dell'energia di scarica, andando a determinare l'energia di scarica minima:
  • Sistemi a batteria, se la batteria è carica e viene mantenuta carica dal sistema di ricarica questa fonte riesce a fornire sempre una quantità appropriata d'energia, in caso di batteria scarica o interrotta l'energia verrà fornita dal sistema di ricarica della batteria, portando ad avere un funzionamento irregolare soprattutto ai regimi di funzionamento più bassi, fino a riprendere una funzionalità normale superati i regimi intermedi.
  • Sistemi ad alternatore, l'energia fornita e relativa tensione è crescente all'aumentare del regime, risultando bassa ai regimi più bassi e eccessiva ai regimi più alti, costringendo nei sistemi CDI ad adoperare una centralina con un sistema di protezione da sovratensioni, mentre nei sistemi IDI tale fonte viene fatta comunque filtrare da un regolatore di tensione che funge da raddrizzatore.
  • Autoprodotta, sistema caratteristico della sola accensione magnetica, con caratteristiche simili al sistema ad alternatore, ma senza la necessità di ricorrere a sistemi di protezione.

  Tipo di scarica

  A: Accensione di tipo IDI
B: Accensione di tipo CDI

La scarica elettrica delle accensioni può essere

  CDI

A scarica capacitiva, dove i sistemi con questo tipo di scarica hanno come caratteristica:

• Bassa induttanza della bobina d'accensione (ridotto innalzamento della tensione, questo perché si ha un ingresso a 400/600 V)
• Elevata velocità di scarica
• Scintilla sugli elettrodi di breve durata
• La tensione in ingresso essendo alta, può consentire l'uso di cavi più lunghi e sottili
• Rapido aumento della tensione sull'avvolgimento secondario della bobina e insensibilità alla resistenza dispersiva (Shunt) durante la scarica, portando ad avere una maggiore precisione e a maggiori scariche al secondo
• EMI (Electro magnetic interference) è limitato da una bassa induttanza e scarica breve
• La protezione sul campo magnetico è meno importante

Queste caratteristiche rendono questi sistemi di scarica preferibili per i motori che richiedono scariche brevi e rapide per via dell'elevato numero di giri (oltre i 10.000 rpm).

Questo sistema basa il suo funzionamento con un circuito noto come risonatore parallelo RLC; Ovvero si carica il condensatore prima della fase di generazione della scintilla (scarica) e una volta che questo è completamente carico, si chiude il ruttore, in questo modo inizia il passaggio della corrente lungo l'induttanza (avvolgimento primario della bobina d'accensione) e in queste condizioni si genera immediatamente un picco di tensione ai capi dell'induttanza, che andrà velocemente a stabilizzarsi tramite il fenomeno della sovraelongazione alla tensione d'alimentazione.

  IDI

A scarica induttiva, dove i sistemi con questo tipo di scarica hanno come caratteristica:

• Elevata induttanza della bobina d'accensione (elevato innalzamento della tensione, questo perché si ha un ingresso a 12/24 V)
• Ridotta velocità di scarica per via dell'induttanza elevata
• Scintilla sugli elettrodi di elevata durata
• La tensione in ingresso essendo bassa, richiede l'uso di cavi più corti e spessi
• EMI (Electro magnetic interference) è molto sensibile per via di un'elevata induttanza e scarica lenta, specialmente nei sistemi ad elevate prestazioni
• La protezione sul campo magnetico è importante

Queste caratteristiche rendono questi sistemi di scarica preferibili per i motori che richiedono scariche prolungate e lente, per via del ridotto numero di giri (inferiore a 8000).

Questo sistema basa il suo funzionamento con un circuito noto come risonatore serie RLC; Ovvero si fa passare corrente attraverso una induttanza (avvolgimento primario della bobina d'accensione) e una volta che questa sia completamente carica si apre il ruttore, in questo modo tutta la carica dell'induttanza (1/2LI^2) si riversa nel condensatore inizialmente scarico (accumulando una carica pari a 1/2CV^2), montato in parallelo al ruttore. La tensione ai capi dell'induttanza sarà massima quando l'induttanza è completamente scarica ed è calcolabile dal confronto delle energie accumulabili nell'induttore e nel condensatore, raggiungendo un valore di circa 200-300V, quindi ancora troppo basso per la generazione di una scintilla in grado di accendere la carica. La variazione di tensione ai capi dell'induttanza del circuito primario provoca la formazione di un campo elettrico e quindi la possibilità di un accoppiamento di mutua induttanza con l'avvolgimento secondario che dimensionato con una rapporto spire N2/N1 di circa 100, provoca una tensione sul circuito secondario 100 volte superiore, ovvero circa 20-30kV, quindi sufficiente a generare la scintilla in camera di combustione.

  Sistemi meccanici

L'accensione meccanica o elettrica può essere di vario tipo:

  Accensione magnetica

L'accensione magnetica è molto ingombrante e inefficiente ad un basso numero di giri e per questo negli autoveicoli non viene più utilizzata dagli anni cinquanta, la quale è costituita da un indotto rotante su cui sono avvolti il circuito primario e quello secondario della bobina, l'indotto che è avvolto dalla bobina è mosso dal motore, ruota all'interno di un magnete permanente, generando una forza elettromotrice e quindi corrente elettrica, quando il motore muove/chiude un contatto, che permette di scaricare alle candele l'energia accumulata.

La tensione d'accensione aumenta all'aumentare dei regimi, in modo che anche se la fasatura è fissa, la differenza di tensione influisce sulla velocità di combustione della miscela aria/benzina, in questo modo tale accensione riesce ad adattarsi meglio alle varie condizioni del motore, ma come contro si ha una particolare sensibilità del sistema alle condizioni climatiche.

  Accensione a puntine

  Accensione a puntine

L'accensione a puntine viene utilizzata su piccole apparecchiature, compresi scooter 50 molto semplici ed economici, è costituita da un interruttore, munito di puntine al platino, le quali vengono messe a contatto (chiudere l'interruttore) a seconda della posizione dell'albero motore, il quale ha un profilo eccentrico, in modo che a seconda della sua posizione apra o meno l'interruttore.

Le puntine sono disposte una su una leva spinta da una molla, che viene aperta a seconda della posizione dell'albero motore, mentre l'altra puntina e disposta su una base statica, che si può regolare, grazie ad una molla e ad una vite che ne regolano l'altezza.

  Sistemi CDI

In questi casi la chiusura dell'interruttore (contatto delle puntine) fa scaricare la corrente accumulata nel condensatore alla bobina d'accensione, la quale aumenta la tensione, in modo che questa possa creare la scintilla ai capi degli elettrodi della candela.

  Sistemi IDI

In questi casi l'apertura dell'interruttore (contatto delle puntine), fa scaricare la corrente generata dalla bobina d'accensione. La bobina è caricata magneticamente con un alternatore con le uscite raddrizzate o con la batteria, nel momento in cui si aprono le puntine, il campo magnetico collassa e si genera una tensione di circa 20 kV, il condensatore è utilizzato per assorbire l'abbassamento della forza elettro-motrice dal campo magnetico nella bobina, per ridurre al minimo l'arco elettrico che si genera sulle puntine al momento della loro chiusura, allungando la loro vita.

Questo sistema viene anche definito come "accensione a batteria", primo sistema a batteria, che venne adoperato con l'aumento di disponibilità di batterie più grandi, capaci di fornire una fonte costante di energia elettrica, questo sistema venne ulteriormente migliorato con gli anni, grazie all'ausilio di nuovi sistemi.

  Limitazioni

Questo sistema d'accensione così com'è non è capace di regolare l'anticipo e quindi d'ottimizzarlo ai vari regimi del motore, inoltre deve essere accoppiato ad una centralina che funga da limitatore di giri.

  Accensione a spinterogeno

Per approfondire, vedi la voce Spinterogeno.

È un tipo di distribuzione, che richiama il funzionamento delle accensioni a puntine e che permette d'utilizzare una sola coppia di puntine per i motori pluricilindrici, inoltre è capace di variare l'anticipo dell'accensione.

  Variazioni rispetto al sistema a puntine

I principali vantaggi dello spinterogeno sono:

• Distributore o spazzola rotante, è un contatto ruotante, situato nella calotta dello spinterogeno e comandata da un albero, che permette di distribuire la scintilla d'accensione al cilindro giusto
• Masse ruotanti, servono per variare la fasatura in base al regime, tali masse sono collegate a una molla, all'aumentare del numero di giri dell'alberetto (per effetto della forza centrifuga) le masse si allargano e quindi lo spostano di alcuni gradi nel suo senso di rotazione, agiscono sulla camma che interviene sulle puntine, modificando così l'anticipo di chiusura
• Variatore di anticipo a depressione, serve per variare l'anticipo in base al carico, il quale funziona grazie alla depressione nel condotto d'aspirazione e sposta il piatto delle puntine.
  Questo accorgimento non veniva utilizzato da tutti per via della sua complessità.

  Spinterogeno a transistor

Identica all'accensione a spinterogeno, ma di tipo elettronico, che prevede l'introduzione di un transistor pnp che ha il compito di far scaricare la corrente accumulata nella bobina d'accensione e creare l'alta tensione ai capi della candela, tale transistor viene governato dalle puntine che ora devono interrompere una corrente più debole, con vantaggi nella loro usura.

  Attenzione

Lo spinterogeno non va assolutamente confuso con il solo distributore, perché generalmente viene utilizzato anche con un'accensione a centralina elettronica o digitale (ovviamente su motori pluricilindrici a una sola bobina d'accensione).

  Sistemi elettronici

  Accensione elettronica CDI

L'accensione può essere elettronica (elettronica-analogica) e in questo caso integra anche il limitatore di giri (escludendo le centraline che vengono prodotte specificamente senza limitatore), questo tipo d'accensione sono breakerless, dato che non utilizzano un ruttore meccanico, ma utilizzano una curva sinusoide del generatore elettrico che li alimenta, mentre generalmente nei sistemi più semplici che non variano la fasatura d'accensione (ridefinita trasduttore da alcuni costruttori) si può utilizzare un sensore angolare che può essere ottici, di cui una bandiera specchio rotore eguaglia un fascio di luce o più comunemente utilizzando un sensore con effetto Hall (sensore Pick up).

  Storia

Verso la fine degli anni '70 del secolo scorso l'accensione elettronica analogica è diventata il sistema migliore e maggiormente diffuso sia per motori automobilistici che motoristici, sia per piccoli motori con applicazioni come motoseghe, soffia foglie e falciatrici.

Ciò è stato reso possibile dal suo basso costo, dalla sua alta velocità di risposta e dal ridotto ingombro, i moduli di accensione elettronica può essere concepita come un'accensione a scarica capacitiva (CDI capacitor discharge ignition) o come un'accensione a scarica induttiva (IDI inductive discharge ignitions).

  Principio generale

Queste centraline sono capaci di variare la fasatura d'accensione tramite alcuni circuiti che modificano i segnali d'ingresso utilizzando alcuni filtri e circuiti (circuito RC o circuito RCL a seconda del tipo di curva richiesta, se a solo aumento dell'anticipo o ad aumento e successiva riduzione), ma senza cambiare il loro stato di segnale analogico in digitale, il circuito di scarica s'aziona solo in determinate situazioni/valori del segnale e così si variano i tempi di scarica (chiusura del tiristore).

L'alimentazione di questi circuito avviene tramite corrente alternata è dotata di un sistema di protezione da sovratensioni come ad esempio un triac e/o un varistore e/o un diodo zener, difatti in caso di fonte a corrente continua questa viene convertita in alternata tramite un convertitore DC-AC e in questo caso non vie è bisogno del dispositivo di protezione, inoltre queste centraline a seconda del sistema di scarica hanno alcune peculiarità.

  Accensioni IDI

La maggior parte dei sistemi di accensione per auto adottano la tipologia induttiva IDI, che si basa sull'induttanza elettrica della bobina per la produzione di energia elettrica ad alta tensione per le candele, generalmente si utilizza solo una bobina d'accensione e quindi va utilizzata assieme al distributore.

Nel dettaglio una tipica centralina IDI funge da circuito di scarica dell'avvolgimento primario della bobina, che può essere messa in carica tramite:

• Alternatore, si ha un circuito di carica per l'avvolgimento primario della bobina, che vincola il flusso di corrente elettrica per la carica dell'avvolgimento primario, dove il raddrizzatore, impedisce all'avvolgimento primario di scaricarsi prima del punto d'accensione
• Batteria, non c'è bisogno di nessun accorgimento per la carica della bobina.

Quando la centralina mette in scarica l'avvolgimento primario, la corrente è libera d'andarsene dall'avvolgimento primario della bobina, in modo da generare un campo magnetico, che coinvolge l'avvolgimento secondario, il quale essendo munito di più spire, produce una tensione di molto maggiore rispetto all'avvolgimento primario, che serve per generare la scintilla ai capi dei elettrodi della candela, che ha una durata di circa 1 ms (1000 µs).

  Accensioni CDI

La maggior parte dei sistemi di accensione per motoveicoli sono utilizzati i sistemi d'accensione capacitivo CDI, acronimo della definizione inglese Capacitive Discharge Ignition, che si basano sul rapido trasferimento della corrente tra condensatore e induttore.

Nel dettaglio una tipica centralina CDI accumulano l'energia per la scintilla in un condensatore all'interno della stessa il quale viene caricato tramite un circuito di carica (raddrizzatore) e al momento della scarica, s'arresta il funzionamento del circuito di carica e il condensatore scarica rapidamente la corrente accumulata alla bobina d'accensione, che aumenta la tensione da 400-600 V del condensatore a valori vicini a 40 kV dell'avvolgimento secondario (della bobina d'accensione) per la scintilla della candela, che ha durata di circa 500 µs (0,5 ms).

Questo permette una maggiore flessibilità dell'accensione e tempi di risposta ridotti che si traducono in un miglioramento delle prestazioni del motore, specialmente quando è impiegato a elevati regimi di rotazione.

  Sistemi digitali

I sistemi digitali o elettronici-digitali, hanno permesso una maggiore versatilità delle centraline, che in molti casi diventano dei veri centri di controllo, questi sistemi, sono nati per dare una maggiore adattabilità al sistema d'accensione, ricevendo molti segnali d'ingresso e nel caso delle unità di controllo, anche di molti segnali d'uscita.

  Storia

L'accensione analogica digitale è diventata il sistema migliore e maggiormente diffuso verso la fine dei anni ottanta nelle automobili, mentre venne adoperato nelle motociclette verso l'inizio dei anni novanta, arrivando ai inizi del '90 a essere il principale sistema usato nelle nuove autovetture, per poi essere l'unico sistema con l'uso dell'iniezione elettronica per il rispetto delle norme anti-inquinamento, mentre nelle motociclette questo sistema venne usato massicciamente già dalla metà dei anni '90, ma divenne usato quasi globalmente su tutti i nuovi motocicli dal 2003 con l'utilizzo sempre maggiore di sistemi più sofisticati, come il carburatore elettronico o i diversi tipi d'iniezione, soprattutto per poter rispettare le normative anti-inquinamento.

  Principio generale

Tutti i dati d'ingresso sono convertiti in una banda di bit e non sono più segnali analogici e generalmente non si usano più dei fili che partono dalla centralina e che presentano uno spinotto all'altro capo, che si va a congiungere al resto dell'impianto, ma ricevono segnali digitali e generalmente sono munite d'uno zoccolo che è collocato direttamente sulla centralina.

Questi sistemi vengono generalmente alimentati tramite un'alimentazione continua (batteria), anche in caso di accensioni CDI, ma esistono anche sistemi alimentati con l'alternatore esattamente come le classiche centraline CDI analogiche.

  Accensioni digitali

Le accensioni digitali o elettronici-digitali, utilizzano un microprocessore (generalmente EPROM o EEPROM) a 16 bit, per ampliare il controllo dei sistemi elettronici IDI e CDI, i quali assumono il nome di TSI (Transistorized Ignition) e TCI (Transistorized Capacitor Ignition), generalmente tale sistema per regolare l'accensione, rilevano molti più segnali in ingresso, come la temperatura dell'aria e del motore, la velocità del veicolo e le rotazioni del motore e altri parametri.

Queste centraline, generalmente rispetto alle precedenti possono essere programmabili, in modo che queste risultino capaci d'adattarsi a diversi mezzi e quindi di non dover costruire centraline specifiche per ogni modello, inoltre alcune di queste centraline, hanno la possibilità di sostituire il microprocessore in caso di suo malfunzionamento e in caso la centralina lavori in assenza del microprocessore, continua a funzionare, ma con un angolo di fasatura fisso.

  Unità di controllo

Le unita di controllo (ECU), sono dei sistemi digitali o elettronici-digitali, che utilizzano un microprocessore (generalmente EPROM) a 16 bit, per ampliare il controllo dei sistemi elettronici IDI e CDI, i quali assumono il nome di TSI (Transistorized Ignition) e TCI (Transistorized Capacitor Ignition), generalmente tale sistema regola non solo l'accensione, ma anche l'iniezione di carburante e molti altri parametri, raccogliendo molti più segnali in ingresso, come la temperatura dell'aria e del motore, la velocità del veicolo e le rotazioni del motore e altri parametri.

Per approfondire, vedi la voce Engine Control Unit.

  Gestione della fasatura

Per approfondire, vedi la voce Fasatura d'accensione.

La gestione della fasatura cambia a seconda del tipo di sistema d'accensione:

• Sistemi meccanici, in questi sistemi la fasatura o è fissa o ha una regolazione limitata dalle caratteristiche dell'accensione, la quale può solo rispondere in modo limitato all'adattamento necessario, più precisamente l'accensione è fissa nel sistema a puntine e nel sistema a batteria, mentre con l'accensione magnetica e a spinterogeno si ha un adattamento della fasatura al regime del motore
• Sistemi elettronici, in questi sistemi si ha una regolazione della fasatura d'accensione molto dettagliata e adatta al regime del motore, in modo d'avere con il motore a regime di funzionamento termico ottimale una combustione sempre ottimale.
• Sistemi digitali, in questi sistemi si ha una regolazione della fasatura d'accensione che si adatta a qualsiasi situazione del motore (sia quando è a regime termico, sia quando è surriscaldato o iporiscaldato), delle condizioni climatiche, dell'andatura e di gestione da parte del conducente (comando gas).

  Voci correlate

• Impianto d'accensione
• Fasatura d'accensione

  Collegamenti esterni

• McLaren electronic
• Schema di un'unità di controllo
• Accensione a puntine