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Sistema di accensione avanzato

Sistema di accensione avanzato

Sistema di accensione avanzato

Fondamenti

Il sistema di accensione per scintilla ha lo scopo di creare una scintilla ad alta tensione. L’evento di accensione deve verificarsi nel cilindro al momento giusto e all’intensità richiesta. Per creare una scintilla in un cilindro durante la corsa di compressione è necessaria una tensione più elevata rispetto a una scintilla prodotta in condizioni di pressione atmosferica. La qualità della scintilla di accensione è influenzata da una serie di fattori:

  1. Quantità del flusso di corrente attraverso l’avvolgimento primario.
  2. Il rapporto di spire tra l’avvolgimento primario e secondario
  3. Velocità di variazione del flusso magnetico all’interno dell’avvolgimento primario

I principi fondamentali del sistema riguardano l’induzione di una tensione in un avvolgimento. Un flusso di corrente si presenta in un avvolgimento primario con induttanza molto bassa. L’avvolgimento raggiunge un punto chiamato saturazione magnetica. A questo punto, non è più presente alcun flusso di corrente. La corrente deve poter scorrere per il periodo di tempo corretto per caricare l’avvolgimento primario. Viene detto periodo di pausa dall’accensione. Per via della natura dell’avvolgimento, si verifica un flusso di corrente non lineare. La causa è l’induttanza dell’avvolgimento. Un altro fattore è il rapporto di spire tra avvolgimento primario e avvolgimento secondario. Un rapporto 1:50 e 1:70 è l’ideale. Questo significa che per ogni avvolgimento nell’avvolgimento primario, ne esistono cinquanta nell’avvolgimento secondario. Questo è il principio del trasferimento elevatore. Porta la bassa tensione dalla batteria del veicolo e crea una tensione significativamente alta nel circuito secondario.

A fronte di normative più rigide sulle emissioni, i moderni impianti di accensione a scintilla devono avere vita utili maggiore. Questo ha reso le parti in movimento all’interno del sistema di accensione obsolete. I precedenti sistemi di accensione a scintilla utilizzavano una serie di punti di contatto ad azionamento meccanico comandati dalla velocità dell’albero a camme (velocità motore dimezzata). Questi contatti sono azionati come interruttore per attivare e disattivare il flusso di corrente tramite l’avvolgimento primario della bobina di accensione.

Tuttavia, il sistema presentava parecchi inconvenienti.

  1. Sobbalzo meccanico che provoca eventi di accensione quando non richiesti
  2. La formazione di archi sui punti di contatto causa usura sulle superfici di contatto
  3. Difficoltà nel controllo della fasatura di accensione a diverse velocità e in diverse condizioni di carico.

Ciò ha costretto i  produttori a ricorrere a sistemi elettronici di accensione. Nota anche come accensione senza contatto. Ciò è dovuto al fatto che i punti del ruttore meccanico sono stati sostituiti da un modulo di controllo a transistor.

Un transistor è un interruttore elettronico che viene utilizzato grazia alla sua velocità e affidabilità. Utilizzando un amplificatore di potenza Darlington è possibile controllare e monitorare un grande flusso di corrente attraverso l’avvolgimento primario. Un amplificatore Darlington è una coppia di transistor collegati in serie. L’aggiunta di un circuito comparatore consente al sistema di monitorare il flusso di corrente. Il comparatore lavora sul principio della caduta di tensione attraverso una resistenza nota, questo permette al modulo di calcolare il flusso di corrente all’interno del circuito.

L’elettronica di controllo della potenza di ciascuna bobina può essere montata integrata nella bobina di accensione o nel modulo di controllo elettronico del motore. Ciò fornisce due tipi di sistema:

  1. Comando della bobina
  2. Comando sull’ECM

Funzionamento di base del sistema

L’avvolgimento primario della bobina di accensione è alimentato a tensione di sistema ed è provvisto di massa tramite un modulo di controllo elettronico. Il periodo di tempo durante il quale la bobina è collegata a massa è il tempo di puntamento bobina di accensione o di carica. Viene anche detto periodo di pausa. L’avvolgimento primario si trova nelle immediate vicinanze dell’avvolgimento secondario. Quando è richiesta la scintilla di alta tensione, il circuito di massa dell’avvolgimento primario viene rimosso. Ciò causa l’induzione di una tensione sia nell’avvolgimento primario sia nell’avvolgimento secondario. Il rapporto di spire fa si che la tensione indotta sia molto più elevata nell’avvolgimento secondario. A seconda delle condizioni della camera di combustione, la tensione può arrivare fino a 18000-40000 Volt per i sistemi più moderni. La tensione indotta nell’avvolgimento primario può raggiungere 400 Volt.

Layout del sistema

Attualmente sul mercato sono presenti due bobine di accensione comuni:

  1. Bobina singola accensione diretta.

La bobina singola ad accensione diretta ospita in un’unica unità l’avvolgimento primario, l’avvolgimento secondario, la bobina laminata e il diodo di soppressione dell’arco di attivazione (AAS). Viene montato direttamente sopra la candela. Il diodo AAS ha lo scopo di contrastare le scintille che si verificano all’accensione della corrente. La tensione indotta viene bloccata dal diodo perché la tensione di soglia non viene raggiunta. Il diodo conduce quando viene indotta una tensione maggiore alla fine del periodo di pausa.

  1. Bobina a scintilla persa

La bobina della scintilla persa contiene due avvolgimenti primari e due avvolgimenti secondari. Un alimentazione singola alimenta entrambi gli avvolgimenti primari. Il modulo mette a massa l’avvolgimento inerente per permettere alla corrente di scorrere. Una volta rimossa la corrente, viene indotta una tensione nell’avvolgimento secondario più vicino all’avvolgimento primario caricato. L’avvolgimento secondario in questa posizione è collegato a una candela a uno degli estremi per una serie di cilindri accoppiati. I cilindri 1 e 4 sono collegati tramite un avvolgimento secondario. I cilindri 2 e 3 sono collegati tramite l’altro avvolgimento secondario. Il motivo indicato come sistema a scintilla persa è dovuto a una scintilla su un cilindro quando è attiva la corsa di scarico a una pressione che si avvicina a quella atmosferica. Tenere inoltre presente che la scintilla passa meglio da una superficie calda a una superfice fredda. Pertanto, è richiesta una tensione maggiore per consentire l’innesco di una scintilla efficace sul cilindro di coda quando non si trova nella corsa di compressione. Questo è dovuto all’accumulo di ionizzazione da un elettrodo di massa relativamente più freddo all’elettrodo centrale.

Controllo fasatura

È necessario prender in considerazione determinati fattori per il calcolo della fasatura dell’accensione e del tempo di carica bobina. Per prestazioni ottimali, la pressione massima dei cilindri deve verificarsi a circa 10° dopo il punto morto superiore sulla corsa di espansione. La forza esercitata sul pistone in questo punto crea la massima efficienza. Un altro fattore alquanto costante è la durata della combustione della miscela di carburante. Normalmente, un periodo di combustione di 3 millisecondi è sufficiente per le miscele di carburante vicine al coefficiente stechiometrico, ad es 14,7:1. Il tempo di carica normale per una bobina di accensione a bassa induttanza è di circa 4 millisecondi.

Quando un motore gira a regime minimo a 800 giri/min, richiede all’albero a gomiti 75 millisecondi per completare 1 giro. A questa velocità del motore, servono 0,2 millisecondi per eseguire una rotazione di 1° dell’albero a gomiti. Quindi, per un periodo di combustione di 3 millisecondi, il punto di accensione deve iniziare a 5° prima del punto morto superiore sulla corsa di compressione. La bobina di accensione deve inziare a caricarsi a 25° prima del punto morto superiore per ottenere un accumulo di corrente sufficiente nell’avvolgimento. Man mano che la velocità motore aumenta, la fasatura di accensione deve essere anticipata in modo da avere tempo sufficiente per consentire alla miscela di bruciare completamente.

Fattori che influiscono sulla combustione.

I tre stadi del movimento dell’elettrone attraverso gli elettrodi della candela:

Corona, questo è un campo a bassa energia che sta iniziando a forzare gli elettroni liberi nel traferro dell’elettrodo

La ionizzazione è la forza richiesta per separare gli elettroni dagli atomi e creare la scintilla ad alta tensione.

Plasma. A ionizzazione avvenuta, il movimento degli elettroni forma un percorso attraverso gli elettrodi della candela di accensione

Le condizioni all’interno della camera di combustione influiscono sulla tensione di accensione. Una miscela più ricca che contiene più idrocarburi riduce la resistenza tra gli elettrodi della candela. Pertanto è richiesta una tensione di accensione più piccola. Una miscela più povera ha l’effetto opposto perché l’aria agisce da isolante. Pertanto è richiesta una maggiore tensione di accensione. Un cilindro privo di compressione richiede meno tensione per colmare la distanza tra gli elettrodi della candela. Pertanto è richiesta una tensione di accensione più piccola. Un cilindro con una compressione maggiore richiede una tensione maggiore a causa dell’aria compressa supplementare tra gli elettori della candela. Pertanto, è richiesta una maggiore tensione di accensione. La turbolenza e il flusso d’aria all’interno del cilindro possono interrompere il flusso di elettroni tra gli elettrodi della candela. Ciò influisce sulla tensione e sulla durata della scintilla.

 

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