Bobine di accensione
Nozioni di base - Bobine di accensione
La funzione della bobina di accensione nel processo di accensione
Numerosi componenti intervengono nell'accensione della miscela aria-carburante. La candela, i cavi di accensione e la bobina di accensione sono tutti particolarmente importanti. La bobina di accensione si trova all'inizio del processo di accensione in quanto produce l'alta tensione che genera la scintilla alla candela.
Nel tipo classico qui illustrato, un distributore meccanico garantisce la tensione ai singoli cilindri e ad ogni candela nella corretta sequenza e al momento giusto.
In questa configurazione, la tensione di alimentazione viene fornita attraverso la calotta del distributore e il cavo di accensione fino al terminale della candela. Da qui, raggiunge l'estremità dell'elettrodo centrale e fa scoccare la scintilla verso l'elettrodo di massa.
Struttura della bobina di accensione
La candela necessita di alta tensione per generare la scintilla. Poiché la batteria in genere produce 12 V, questa tensione di uscita deve essere trasformata. Questo è il compito delle bobine di accensione. Trasformano la tensione costante della batteria in un impulso di molte migliaia di volt.
Per quanto riguarda il principio di base, ogni bobina ha la stessa struttura: contiene due avvolgimenti con un nucleo ferromagnetico comune.
Entrambi gli avvolgimenti sono realizzati con filo di rame. L'avvolgimento primario ha relativamente poche spire con un diametro filo grande, mentre l'avvolgimento secondario ha molte più spire formate da un filo più sottile. Il rapporto delle spire è circa da 1:150 a 1:200.
Terminale di connessione ad alta tensione 4
L'alta tensione del circuito elettrico secondario è collegata al terminale 4 e può essere fornita alla candela tramite un cavo di accensione.
Terminale 15
Il terminale 15 costituisce la connessione all'interruttore di avviamento dell'accensione ('commutato positivo').
Terminale 1
in base al design, questo terminale serve come connessione al distributore (interruttore) o all'unità di accensione.
Coperchio isolante
Come il composto per stampaggio e la carta isolante, garantisce l'isolamento ottimale delle alte tensioni generate.
Composto per stampaggio
Come il coperchio isolante e la carta isolante, garantisce l'isolamento ottimale delle alte tensioni generate.
Nucleo in ferro
Il nucleo in ferro laminato ferromagnetico intensifica il campo magnetico generato nell'avvolgimento primario.
Alloggiamento in lamiera
Contribuisce a chiudere il circuito magnetico.
Collegamento avvolgimento secondario
Collega l'avvolgimento secondario con l’uscita ad alta tensione, garantendo quindi il trasferimento dell'impulso di tensione.
Avvolgimento secondario
L'avvolgimento secondario è costituito da molte spire di un filo estremamente sottile.
Avvolgimento primario
L'avvolgimento primario è costituito da un cavo relativamente spesso con un minor numero di spire.
Strati avvolti di carta isolante
Come il coperchio isolante e il composto per stampaggio, garantisce l'isolamento ottimale delle alte tensioni generate.
Isolante
Insieme al coperchio isolante, contribuisce al centraggio deil nucleo in ferro.
Corpo
Robusto e prodotto con le tolleranze più precise.
Principio di funzionamento della bobina di accensione
Come riesce la bobina di accensione a trasformare 12 V in 30.000 V e oltre? Il principio è facile da spiegare:
Il terminale 15 della bobina di accensione è collegato al polo positivo della batteria tramite l'interruttore di accensione. Il terminale 1 è collegato a massa (terra) tramite un altro tipo di interruttore. Quando il circuito elettrico si chiude, la corrente passa attraverso l'avvolgimento primario. Come per tutti i conduttori attraverso i quali passa elettricità, viene generato un campo magnetico (elettromagnetismo).
Se il circuito elettrico viene interrotto, anche il campo magnetico si interrompe. Quando si verifica questa condizione, un impulso elettrico da 300 a 400 V viene indotto sull'avvolgimento primario. L'interruzione del campo magnetico del circuito primario induce una tensione nel circuito secondario in fuzione delle linee del flusso magnetico che attraversano le numerose spire del circuito secondario.
Il fatto che questa induzione generi un impulso di tensione notevolmente superiore è dovuto al rapporto di spire tra l'avvolgimento primario e quello secondario. Questa azione è nota come trasformazione.
Tecnologia a scintilla singola
La tecnologia della bobina di accensione può essere suddivisa in due principi di funzionamento fondamentali: "tecnologia a scintilla singola" e "tecnologia a doppia scintilla".
Le bobine di accensione a scintilla singola rilasciano solo un impulso ad alta tensione attraverso un'uscita ad alta tensione.
La forma classica di una bobina di accensione con tecnologia a scintilla singola è la bobina di accensione con distributore: rilascia sempre l'energia di accensione al distributore di accensione meccanico che controlla la distribuzione alla relativa candela in conformità con l'ordine di accensione.
Oggi, la tecnologia a scintilla singola è molto diffusa tra i costruttori di automobili, ma solitamente nella forma di bobine dirette. In questo caso ciascuna bobina di accensione alimenta un solo cilindro.
Tecnologia a doppia scintilla
Le bobine di accensione a doppia scintilla hanno due uscite ad alta tensione che alimentano contemporaneamente due candele di accensione.
Con il classico ordine di accensione di un motore a 4 cilindri, i cilindri 1 e 4 e i cilindri 2 e 3 ricevono ognuno un impulso ad alta tensione contemporaneamente.
Tuttavia, per la diversa fasatura, solo uno di questi cilindri è nella fase di compressione, durante la quale la miscela aria-carburante viene normalmente accesa.
L'altro cilindro è nella fase di scarico. Qui, un'altra scintilla viene scoccata per completare il circuito elettrico, ma si spegne senza alcun effetto. Per questa ragione è denominata "scintilla persa".
Struttura - Bobine di accensione
Evoluzione della bobina di accensione
Molti progressi hanno contribuito allo sviluppo di diversi tipi di bobine di accensione negli anni.
Inizialmente, l'attenzione era rivolta a prevenire i guasti e migliorare l'affidabilità dell'accensione. Tuttavia, con l'introduzione del convertitore catalitico a tre vie all'inizio degli anni '80 e successivamente, l'iniezione diretta di carburante, fattori quali l'affidabilità, un controllo preciso e la regolazione di diversi parametri di accensione sono diventati sempre più importanti. Questo è stato possibile solo con i sistemi elettronici.
Nel corso dell'evoluzione dei moderni motori sovralimentati, conformi alle rigorose norme EURO e con una riduzione sia delle emissioni di CO2 che di consumo di carburante, sono aumentati requisiti quali tensione di accensione richiesta, resistenza al calore, capacità di trasformazione, emissioni ed immunità elettromagnetiche e riduzione del peso.
Oggi, si utilizzano molti tipi diversi di bobine di accensione.
Bobina a tazza
La bobina a tazza è uno dei primi tipi di bobina di accensione per impanti di accensione con distributore. Sono montate nella maggior parte delle auto classiche e d'epoca. Sono solitamente riempite di olio che agisce come isolante. Il problema: il rischio di trafilamenti e cortocircuiti è aumentato nel tempo.
Bobina di accensione per impianti con distributore
Dopo la bobina a tazza, si utilizzarono versioni più compatte e potenti delle bobine per impianti con distributore. Tuttavia, rimaneva un importante punto debole di questo dispositivo di accensione tradizionale: la distribuzione meccanica. I componenti con parti in movimento saranno sempre soggetti a usura e i distributori meccanici possono anche essere influenzati dall'umidità e presentare problemi di contatti in base alle condizioni atmosferiche.
Sistemi di bobine di accensione
Molti costruttori di automobili hanno adottato l'idea di combinare più bobine di accensione in un sistema completo. Questo sistema di bobine di accensione è noto come 'rail' e, in alcune applicazioni, può anche essere dotato di un dispositivo di misurazione di corrente ionica che controlla la qualità della combustione.
Bobina a blocco
Sono in costante crescita i requisiti che i veicoli devono soddisfare: devono funzionare in modo sempre più efficiente, con minori consumi e in modo maggiormente eco-compatibile. L'affidabilità e il controllo dell'accensione svolgono quindi un ruolo importante.
Questo è stato possibile grazie alla realizzazione delle bobine a blocco con modulo di accensione integrato; sono il tipo di bobina che si trova solitamente negli impianti di accensione con 'distribuzione statica'.
Bobine dirette
Dall'anno 2000 abbiamo assistito a un importante ridimensionamento dei motori che, in parte grazie al turbocompressore, hanno prestazioni analoghe a quelle dei precedenti motori di maggiori dimensioni. Data l'elevata pressione di alimentazione e della turbolenza in camera di combustione si sono rese necessarie tensioni di accensione più elevate che dovevano potersi scaricare sulle candele senza perdita di potenza e senza interferire con l'elettronica di bordo. Per questo motivo, sono state realizzate le bobine dirette che forniscono l'alta tensione direttamente alla candela e quindi non richiedono i tradizionali cavi di accensione.
Bobina per impianti con distributore di accensione
La bobina per impianti con distributore di accensione è il tipo di bobina più antico. Inizialmente era prodotto con la forma della bobina a tazza e riempito di olio o bitume per l'isolamento.
La versione più moderna è la bobina a blocco con o senza amplificatore integrato (modulo di accensione). In base al veicolo, possono essere montate sia nel distributore oppure, più comunemente, nel vano motore.
Le bobine di accensione rilasciano l'impulso ad alta tensione a un distributore rotante. Il distributore invia l'impulso attraverso i cavi di accensione ai ai singoli cilindri e ad ogni candela nella corretta sequenza e al momento giusto, in conformità all'ordine di accensione.
La tensione massima che può essere generata da questo tipo di bobina è circa 30.000 V.
Distributore di accensione II
Qui potete vedere uno schema della distribuzione dell'alta tensione mediante un distributore meccanico.
Un braccio rotore fissato sulla sommità dell'albero del distributore ruota all’interno della calotta dello stesso. Quando il rotore del distributore supera le superfici di contatto corrispondenti ai singoli cilindri, l'impulso ad alta tensione viene inviato ai rispettivi cilindri.
Bobina a blocco
In una bobina a blocco, sono combinate più bobine di accensione che alimentano più candele tramite i cavi di accensione. La maggior parte delle bobine a blocco utilizzano la tecnologia a doppia scintilla.
In base ai requisiti del costruttore, una bobina a blocco può quindi alimentare almeno due candele, ma ci sono diverse configurazioni possibili: una bobina a blocco con quattro uscite ad alta tensione e tecnologia a scintilla singola, ad esempio, può alimentare un intero motore a 4 cilindri.
Le bobine a blocco funzionano con distribuzione statica. Sono azionate con l'ausilio del modulo di accensione, per controllare la precisa fasatura della scintilla di accensione. In base al veicolo, il modulo di accensione è parte del sistema di controllo del motore oppure è già integrato nella bobina a blocco.
Una bobina a blocco può generare tensioni di accensione fino a 36.000 V.
Bobina a blocco: struttura
Chiaramente visibili nella sezione trasversale: due bobine di accensione integrate in una bobina a blocco.
Nelle bobine di alta qualità, la resina epossidica viene versata all'interno della bobina con un processo di formatura sotto vuoto: questo crea l'isolamento ideale, in quanto garantisce un'elevata densità e l'assenza di bolle d'aria intrappolate all'interno.
Bobina diretta
Nei moderni motori sovralimentati, è disponibile solo una quantità di spazio limitata. Al contempo, sono richieste elevate tensioni di accensione e la sensibile elettronica di bordo deve essere protetta dalle interferenze elettromagnetiche.
La bobina diretta è stata realizzata per soddisfare questi requisiti. Questo tipo di bobina è fissato direttamente alla candela all’interno del pozzetto candela esistente nella testa cilindri e quindi non occupa spazio supplementare nel vano motore.
Le bobine dirette con tecnologia a scintilla singola offrono un vantaggio importante: l'alta tensione viene generata molto vicino a ciascuna candela e non deve essere condotta tramite cavi di accensione ad alta tensione. Le potenziali perdite attraverso le connessioni e i cavi sono praticamente eliminate.
Tuttavia, alcune bobine dirette funzionano con tecnologia a doppia scintilla. In tal caso, mentre una candela viene alimentata direttamente, il collegamento alla seconda candela e‘ realizzato tramite un cavo di accensione ad alta tensione.
Le bobine dirette possono generare tensioni di accensione fino a 40.000 V.
Bobina diretta II
Le bobine dirette si trovano sui veicoli con accensione completamente elettronica.
La bobina di accensione viene pilotata dal sistema di controllo motore o tramite un modulo di accensione integrato nella bobina di accensione.
Nella versione a scintilla singola, le bobine di accensione sono dotate di diodi ad alta tensione per prevenire la creazione di una scintilla di chiusura.
Le bobine di accensione a doppia scintilla non incorporano questa funzione e alimentano contemporaneamente due candele con la tensione necessaria.
Sistemi di bobine di accensione
Nei sistemi di bobine di accensione, i cosiddetti "rail", più bobine dirette sono sovente integrate in un unico componente.
Come le bobine dirette singole, i sistemi completi sono disponibili con tecnologia a scintilla singola o doppia nonché con o senza modulo di accensione.
Nella versione a scintilla singola, richiedono un diodo ad alta tensione integrato per prevenire la pre-accensione indesiderata a causa della scintilla di chiusura.
Un sistema di bobine di accensione può generare tensioni di accensione fino a 40.000 V.
Sistemi di bobine di accensione II
Qui illustrato nella sezione trasversale: un sistema completo per un motore a quattro cilindri. Questo particolare sistema abbina due bobine dirette con tecnologia a doppia scintilla in un unico componente. Ciascuna delle due bobine di accensione alimenta due candele con alta tensione tramite due contatti a molla.
Requisiti - Bobine di accensione
Requisiti elettrici
I requisiti delle bobine di accensione in termine di elettronica sono numerosi. Non deve esservi scarica di tensione tra le singole spire (denominate cortocircuiti tra le spire) e l'alta tensione prodotta non deve scaricarsi a massa. Inoltre, il campo elettromagnetico generato dalla bobina di accensione non deve interferire con altri componenti elettronici e deve essere essa stessa immune all'interferenza elettromagnetica prodotta da altri componenti.
Un aspetto di estrema importanza della struttura della bobina è il composto per stampaggio o riempimento all'interno del corpo della bobina. Idealmente, viene introdotto con un processo di formatura sottovuoto, in modo che non possano rimanere intrappolate bolle d'aria. L'aria non è un isolante elettrico ideale ed eventuali bolle d'aria intrappolate potrebbero agire da percorso per l'alta tensione fino a massa. Anche la qualità dell'avvolgimento stesso svolge un ruolo importante: maggiore è l'accuratezza nell'avvolgimento del filo, minore è il rischio di un cortocircuito tra le spire.
Requisiti termici
A causa della posizione in cui è necessario installare la bobina di accensione, questa è spesso esposta a temperature elevate sotto il cofano. Questo vale in particolare per le bobine posizionate vicino al condotto di scarico o per le bobine a matita, che si trovano direttamente sulla testa del cilindro.
Anche lo “shock da freddo” rappresenta un rischio: Se la bobina calda non è sufficientemente protetta dagli spruzzi d'acqua, può causare danni irreparabili.
Se l'acqua fredda colpisce un componente che si è precedentemente espanso a causa del riscaldamento, si raffredda rapidamente e si contrae. Questo raffreddamento rapido e non uniforme può causare crepe da stress nell'involucro o in altre parti, con conseguenti problemi di funzionamento.
Altri requisiti correlati al design
Una bobina di accensione deve soddisfare molti altri requisiti per garantire un funzionamento soddisfacente.
In primo luogo, le dimensioni devono essere corrette per garantire un montaggio preciso. In caso contrario, può verificarsi sollecitazione meccanica sul corpo che può causare danni e conseguente guasto.
All'interno della bobina e all'esterno del corpo, tutti i materiali, i componenti, il cablaggio, i punti di saldatura e le connessioni devono soddisfare i più elevati standard del settore automobilistico: dalla qualità della plastica utilizzata alla precisione del montaggio delle guarnizioni alla perfetta realizzazione dei nuclei in ferro.
Montaggio - Bobine di accensione
Scelta della bobina di accensione corretta
Qui potete vedere le sei diverse categorie di bobine di accensione NGK. Sono identificate da U1 a U6 e questa codifica rappresenta diverse tecnologie delle bobine di accensione.
La gamma di bobine di accensione NGK offre la bobina giusta per quasi tutti i veicoli in Europa e le bobine sono divise in sei categorie.
Il pratico sistema di numerazione di NGK rivela molto sul tipo e sulla quantità di bobine e cavi di accensione necessari su un veicolo.
U1 000
Una bobina di accensione NGK di categoria U1 è sempre utilizzata su veicoli con un distributore di accensione meccanico e alimenta le candele con alta tensione tramite il distributore. Importante per la manutenzione del veicolo: in questo caso il numero di cavi di accensione richiesti corrisponde al numero di candele. Inoltre, è necessario un cavo dalla bobina al distributore.
U2 000
La codifica U2 descrive una bobina a blocco con uscite ad alta tensione multiple. Una bobina come questa alimenta contemporaneamente più candele. In base al veicolo, sono necessarie una o più di queste bobine di accensione. Generalmente è necessaria una bobina per testa cilindri. Il numero di cavi di accensione corrisponde al numero di candele.
U3 000
Qui potete vedere una bobina a blocco con due uscite ad alta tensione. Una bobina alimenta contemporaneamente due candele con un impulso di energia.
Questo tipo ha la designazione U3 nel sistema di numerazione NGK. In base all'applicazione, per un veicolo possono essere necessarie più bobine. Il numero di cavi di accensione corrisponde al numero di candele.
U4 000
U4 Top coil a doppia uscita. È anche nota come 'pencil coil'. In questa versione, denominata tipo U4, la bobina alimenta due candele con alta tensione. La bobina è montata direttamente su una delle candele e quindi è necessario un cavo ad alta tensione per collegare la bobina alla candela rimanente.
U5 000
Ora vediamo la bobina diretta con la tecnologia a scintilla singola, nota anche come 'pencil coil'. Questi tipi sono identificati dal codice U5 e alimentano sempre solo una candela. Non sono necessari cavi di accensione.
U6 000
La gamma NGK comprende anche i sistemi di bobine di accensione, identificate dal codice U6. Si tratta di bobine di accensione specifiche per cilindro in un sistema completo, in modo che un gruppo di candele viene alimentato con alta tensione dallo stesso componente. In alcuni casi è necessario più di un sistema di bobine per veicolo, per esempio una configurazione V6 ne può richiedere due. Questo tipo di sistema generalmente non richiede cavi di accensione.
Suggerimenti per il montaggio
Un montaggio corretto è essenziale per consentire alla bobina di accensione di svolgere in modo ottimale il suo lavoro per tutta la durata utile.
Evitare una forza eccessiva. Se una bobina di accensione non si monta correttamente, verificare l'applicazione del veicolo.
Lo stesso per quanto riguarda sia i terminali candela sia i terminali dei cavi: devono corrispondere alle rispettive connessioni della bobina d'accensione. Se viene utilizzata una connessione non corretta i contatti si possono ossidare e quindi danneggiarsi.
Utilizzare sempre gli attrezzi corretti; questo è particolarmente importante quando sono disponibili attrezzi specifici. Un buon esempio è costituito dalle bobine dirette montate direttamente nelle sedi delle candele. Possono risultare difficili da rimuovere e si rischia di danneggiarle se non si utilizza un estrattore speciale, che ne consente l'estrazione in linea retta.
Ultimo, ma non meno importante, tutte le viti di fissaggio della bobina di accensione devono sempre essere serrate alla coppia corretta.
Diagnosi - Bobine di accensione
Misurare la resistenza alle bobine a blocco - U2001
Il funzionamento di una bobina a blocco può essere verificato controllandone la resistenza elettrica con un ohmmetro. La bobina viene testata dopo essere stata rimossa. La resistenza elettrica viene misurata attraverso il circuito secondario.
Misurazione del campo magnetico
Oltre a misurare la resistenza, la misurazione del campo magnetico è un modo particolarmente rapido e semplice per controllare il funzionamento della bobina.
Perché: una bobina funzionante genera un campo magnetico, la cui forza fornisce informazioni sulla capacità di funzionamento della bobina.
A tal fine, tenere il rilevatore sul componente elettrico da controllare. Un segnale acustico e LED illuminati forniscono immediatamente informazioni relative alla capacità di funzionamento.
Come testare una bobina di accensione con il dispositivo:
- Attivare il tester
- Tenere la punta del rilevatore parallela e sopra l'area dell'avvolgimento, come descritto nelle istruzioni
- Leggere il risultato sul LED
