Soggetti:
- Generale
- Accensione della bobina di accensione
- Accensione convenzionale del distributore con punti di contatto
- Accensione controllata da computer
- Pressione di combustione e fasatura di accensione
- Anticipo dell'accensione
- Tempo di sosta
- Infiammazione DIS
- Una bobina di accensione per cilindro
- Misurare il modello di accensione primaria con l'oscilloscopio
nel complesso:
In un motore a benzina, la miscela carburante/aria deve essere accesa alla fine della fase di compressione. Ciò accade perché il bougie dà una scintilla. Perché la candela possa scintillare è necessaria una tensione compresa tra 20.000 e 30.000 volt. Una bobina di accensione converte la tensione della batteria (da 12 a 14,8 volt circa) in questa alta tensione.
Nei sistemi più vecchi spesso sul blocco motore è avvitata 1 bobina di accensione, che è collegata alle candele tramite cavi candela. I motori più recenti hanno spesso bobine di accensione a spillo. Ogni candela ha la propria bobina di accensione. Il numero di bobine di accensione del motore può essere facilmente riconosciuto dalla presenza dei fili delle candele. Se i cavi delle candele arrivano a ciascun cilindro, l'auto ha 1 bobina di accensione fissa o una bobina di accensione DIS. Se non sono presenti cavi delle candele, su ciascuna candela è presente una bobina di accensione separata. Per poterlo vedere, spesso è necessario smontare la piastra di copertura del motore.
Bobina di accensione:
Un sistema di accensione utilizza una bobina di accensione. Indipendentemente dal tipo (convenzionale o controllato da computer), il principio è lo stesso. La bobina di accensione contiene 2 bobine di filo di rame attorno a un'asta di ferro (nucleo). La bobina primaria (sul lato dell'interruttore di accensione) ha poche spire di filo spesso. La bobina secondaria ha molte spire di filo sottile. La bobina primaria ha una tensione di 12 volt. Attraverso questa bobina primaria viene inviata una corrente da 3 a 8 ampere. Questo genera un campo magnetico. Quando questo campo magnetico scompare, nella bobina primaria viene generata una tensione compresa tra 250 e 400 volt. A causa della differenza nel numero degli avvolgimenti nella bobina secondaria viene generata una tensione fino a 40.000 Volt.
La bobina primaria della bobina di accensione ha una resistenza ohmica e induttiva. La resistenza ohmica può essere misurata con il multimetro o calcolata dalle misurazioni di corrente o tensione. La resistenza induttiva si riferisce al campo magnetico sviluppato nella bobina primaria e dipende dalla velocità con cui cambia la corrente e dalle proprietà magnetiche della bobina (il valore L). Ciascuna bobina di accensione ha un valore L fisso, che dipende dal numero di spire e dalle dimensioni della bobina, nonché dalle proprietà e dimensioni del nucleo.
Accensione convenzionale del distributore con punti di contatto:
Il sistema di accensione convenzionale è costituito da un'unica bobina di accensione che si accende e si spegne tramite punti di contatto, cavo della bobina di accensione, cavi delle candele e un distributore meccanico con anticipo dell'accensione.
A riposo i punti di contatto sono chiusi. Una corrente scorre attraverso la bobina primaria, attraverso i punti di contatto verso terra. In quel momento nella bobina primaria è presente un campo magnetico. Quando la camma solleva la leva, il contatto tra i punti di contatto si interrompe e si crea una tensione indotta. Questa tensione indotta viene amplificata nella bobina secondaria e trasmessa al distributore tramite il cavo della bobina di accensione. Il capocorda nel distributore punta verso uno dei collegamenti del cavo della candela. La tensione viene trasmessa alla candela, che produce una scintilla.
La bobina di accensione trasmette un'alta tensione attraverso il collegamento del cavo della bobina di accensione al rotore nel distributore. Il rotore nel distributore ruota a metà della velocità dell'albero motore. Ciò è reso possibile perché, a seconda della costruzione, esiste un collegamento diretto tra l'albero motore e il distributore (come mostrato in figura), oppure perché il rotore è azionato direttamente dall'albero a camme. Dopotutto, l'albero a camme ruota già alla metà della velocità dell'albero motore. L'immagine mostra una vista esplosa del distributore.
Il rotore è sensibile alla manutenzione. Le particelle di contatto tra il rotore e la calotta del distributore si corrodono nel tempo, deteriorando la qualità della scintilla della candela. Eliminando occasionalmente la corrosione o sostituendo le parti usurate, la qualità della scintilla rimane ottimale. Ruotando la calotta del distributore sul rotore, si regola la fasatura dell'accensione.
Accensione controllata da computer:
Le auto moderne sono dotate di sistemi di accensione controllati da computer. Il sistema di gestione del motore controlla la bobina di accensione. Un generatore di impulsi (sensore di posizione dell'albero motore ed eventualmente un sensore di posizione dell'albero a camme) fornisce un impulso di riferimento che funziona in modo sincrono con la manovella o l'albero a camme. Spesso manca un dente nell'anello o nella puleggia che funge da punto di riferimento. L'immagine mostra la puleggia dell'albero motore lavorata del Progetto MegaSquirt. La puleggia ha 36 denti di cui 1 rettificato. Ecco perché è anche chiamata ruota di riferimento 36-1. Per ogni 10 gradi, 1 dente passa davanti al sensore (360/36).
Ogni volta che il dente mancante ruota oltre il sensore, viene inviato un segnale all'ECU.
Questo punto di riferimento non è il punto morto superiore (TDC) come spesso suggerisce il nome. In realtà, questo punto di riferimento è compreso tra 90 e 120 gradi prima del PMS. Ciò significa che in assenza di anticipo dell'accensione l'impulso di accensione avviene da 9 a 12 denti dopo il punto di riferimento.
L'immagine mostra il segnale dell'albero motore (giallo) in relazione all'impulso di comando della bobina di accensione (blu). Nel segnale dell'albero motore è visibile il dente mancante dove manca l'impulso. Su questo motore, il dente mancante è 90 gradi prima del PMS (ovvero 9 denti della ruota fonica).
Tra il dente mancante (punto di riferimento, giallo) e l'impulso di controllo (blu) sono visibili 8 denti; Questa è una pre-accensione di 10 gradi.
L'anticipo dell'accensione ha a che fare con la velocità di combustione; la combustione ha bisogno di tempo per raggiungere la massima pressione di combustione. Questa pressione massima di combustione è ottimale con una posizione dell'albero motore compresa tra 15 e 20 gradi dopo il PMS. Questo deve essere ottimale in tutte le condizioni operative. I paragrafi successivi spiegano l'influenza del momento dell'accensione sulla pressione di combustione, come avviene l'anticipo dell'accensione e come si può leggere il tempo di permanenza nell'immagine del telescopio.
Pressione di combustione e fasatura di accensione:
Il sistema di accensione deve garantire che la miscela nel vano cilindro si accenda al momento giusto. Quando il pistone ha superato il PMS, la pressione di combustione deve essere al massimo. Poiché c'è un tempo tra l'accensione e l'accensione della miscela (dove viene raggiunta la pressione massima di combustione), la miscela deve essere accesa qualche tempo prima del PMS. In breve: la candela deve aver già acceso la scintilla prima che il pistone abbia raggiunto il PMS.
Nel diagramma seguente vediamo l'andamento della pressione (linea rossa) rispetto ai gradi dell'albero motore. La candela fa scintilla nel punto a. Il pistone si sposta ulteriormente verso il PMS (0) e la pressione di combustione aumenta. La pressione massima di combustione viene raggiunta circa 10-15 gradi dopo il PMS (al punto b).
- se il punto b si sposta troppo a sinistra la miscela si accende troppo presto e il pistone non può più salire;
- Quando il punto b viene spostato a destra, la combustione avviene troppo tardi. Il pistone si è già spostato troppo verso l'ODP. Il colpo di potenza non è più abbastanza efficace.
Anticipo accensione:
Affinché il picco di pressione si verifichi nella posizione corretta dell'albero motore, è importante anticipare l'accensione quando si aumenta la velocità del motore. Il punto b (pressione massima di combustione) non deve essere spostato. Quando si avanza e si ritarda la fasatura dell'accensione, il punto a (fasatura dell'accensione) viene spostato a sinistra o a destra. Il tempo di combustione dipende dal livello di riempimento del motore e dal rapporto di miscelazione attuale. L'anticipo dell'accensione è quindi diverso per ogni motore. Anche per questo motivo il punto di riferimento dell'albero motore viene fissato alcuni gradi prima del PMS: tra punto di riferimento e PMS c'è il tempo per calcolare l'anticipo di accensione.
Con una bobina d'accensione DIS (descritta più avanti nella pagina), il sensore di posizione dell'albero motore è sufficiente per determinare la fasatura dell'accensione. Il primo impulso dopo il dente mancante viene utilizzato, ad esempio, per caricare la bobina secondaria dei cilindri 1 e 4. Successivamente viene contato il numero di denti (18 in questo caso) per generare l'impulso per la bobina secondaria dei cilindri 2 e 3. Se il motore è dotato di bobine di accensione COP, un punto di riferimento non è sufficiente. In tal caso, è necessario un sensore di posizione dell'albero a camme per rilevare più punti di riferimento.
Le due immagini sottostanti (tabella anticipo accensione e vista 3D) mostrano le impostazioni della mappa accensione nel Progetto MegaSquirt. Queste sono chiamate tabelle di ricerca, campi di riferimento o campi principali.
L'anticipo dell'accensione è determinato in base alla configurazione del motore. I grafici mostrano le curve di anticipo dell'accensione a pieno carico per l'accensione con distributore meccanico (convenzionale) (linea rosa) e un sistema controllato da computer (linea blu). La curva della linea rosa è il punto in cui entra in vigore l'avanzamento del vuoto. Inoltre le linee sono dritte; ciò è dovuto a limitazioni meccaniche. Con un sistema controllato da computer questo può essere controllato in modo più preciso; quindi la curva di accensione procede come una curva. Tra i 1200 ed i 2600 giri la linea blu è stata leggermente abbassata; questo ha a che fare con l'area dei colpi a carico parziale. Si può anche vedere che sia la linea di avanzamento convenzionale che quella controllata dal computer terminano a circa 25 gradi. L'anticipo non dovrebbe essere ulteriormente aumentato, perché in tal caso esiste il rischio del "colpo ad alta velocità", ovvero della zona di battito ad alta velocità.
La mappa di accensione serve come base per l'anticipo dell'accensione. Da questo momento in poi il sistema di gestione del motore cercherà di anticipare l'accensione il più possibile. Troppo anticipo porterà a bussare; questo viene registrato dai sensori di detonazione. Nel momento in cui i sensori di battito rilevano che il motore tende a battere, il sistema di gestione del motore si discosta di alcuni gradi dalla fasatura dell'accensione. Successivamente la velocità verrà nuovamente accelerata finché i sensori di battito non daranno un segnale.
Tempo di permanenza:
Quando viene inserita la corrente primaria si forma un campo magnetico. La corrente attraverso la bobina non raggiungerà immediatamente il suo valore massimo; Questo richiede tempo. Nella bobina è presente una resistenza ottenuta da una tensione di induzione opposta. Inoltre, la corrente non supererà i 6-8 ampere. In 2,3 millisecondi è stata generata abbastanza energia per far passare una scintilla attraverso la candela, sufficiente ad accendere la miscela aria-carburante. Il punto t=2,3 ms è il momento dell'accensione. L'accumulo di corrente dal tempo t0 al tempo t=2,3 ms è chiamato tempo di carica della bobina primaria o tempo di permanenza.
L'accumulo di corrente nella bobina primaria si ferma a circa 7,5 ampere. La corrente non dovrebbe aumentare ulteriormente, altrimenti la bobina primaria potrebbe surriscaldarsi. Quando la tensione di bordo dell'auto diminuisce, è necessario più tempo per caricare la bobina primaria. La fasatura dell'accensione non cambia. Quindi il caricamento deve iniziare prima. Ciò è visibile in figura, dove la linea verde mostra il fenomeno di accensione della bobina ad una tensione inferiore. Il processo di ricarica inizia prima (delta t) e termina contemporaneamente alla linea nera a 7,5 A.
Cambia il controllo della bobina di accensione; l'ampiezza dell'impulso di pilotaggio influisce sul tempo di carica della bobina primaria. Più lungo è l'impulso, più tempo avrà la bobina per caricarsi.
In entrambe le immagini l'infiammazione si verifica all'ottavo dente (80 gradi prima del PMS). L'immagine a destra mostra il tempo di permanenza più lungo.
Infiammazione DIS:
DIS sta per Sistema di accensione senza distributore. Si tratta, come suggerisce il nome, di un'accensione elettronica senza distributore. Il segnale per l'accensione proviene direttamente dalla ECU, rendendola un'accensione controllata dal computer. Questo sistema di accensione combina 2 bobine di accensione in 1 alloggiamento. Ogni bobina di accensione fornisce la scintilla per 2 cilindri. C'è una bobina di accensione a bobina singola montata sui cilindri 1 e 4 e l'altra bobina montata sui cilindri 2 e 3.
Prendiamo ad esempio la bobina d'accensione DIS con i collegamenti per i cilindri 2 e 3. Non c'è il rotore, quindi entrambi faranno la scintilla contemporaneamente. Il cilindro 2 è alla fine della corsa di compressione e la bobina di accensione fornisce una scintilla per accendere la miscela. Ciò significa che la bobina di accensione fa scintilla anche sul cilindro 3, che poi inizia con la corsa di aspirazione, ma poiché ora non contiene miscela infiammabile, questo non ha importanza. Successivamente, quando il cilindro 3 sarà impegnato nella corsa di compressione, il cilindro 2 sarà impegnato nella corsa di aspirazione e riceverà quindi la scintilla non necessaria. La scintilla vuota nel cilindro dove non avviene la combustione non provoca un invecchiamento più rapido della candela. La scintilla quindi necessita solo di una tensione di 1 kV (1000 V) invece dei 30 kV della combustione di una miscela.
Il vantaggio della bobina d'accensione DIS è che non è necessaria alcuna manutenzione. La bobina di accensione non richiede manutenzione. Lo svantaggio di questa bobina di accensione è che a volte penetra umidità tra il cavo e l'albero di collegamento nella bobina di accensione. L'umidità provoca la corrosione dei contatti, che diventano bianchi o verdi. La tensione della scintilla diminuisce a causa della grande perdita di tensione causata dalla corrosione. Il motore potrebbe iniziare a tremare e vibrare leggermente, senza causare effettivamente un guasto nella memoria della ECU. In caso di reclamo come questo, è consigliabile smontare uno per uno i cavi della bobina di accensione (a motore spento!!) e controllare se i contatti sono belli e color oro e non ci sono tracce di corrosione il cavo e nell'albero possono essere visti. La corrosione è molto aggressiva e si ripresenterà lentamente dopo la pulizia. La soluzione migliore è sostituire la bobina di accensione completa con il relativo cavo.
Una bobina di accensione per cilindro:
Con questo sistema di accensione, le bobine di accensione (a stelo), chiamate anche bobine di accensione COP (coil on plug), sono montate direttamente sulla candela. Anche in questo caso l'accensione è gestita dalla centralina del motore (ECU). Sia la corrente che i tempi di accensione vengono calcolati dalla centralina. Il funzionamento è come una vecchia bobina di accensione; Questa bobina di accensione ha anche una bobina primaria e una secondaria. La bobina primaria viene alimentata tramite la spina superiore e interrotta internamente tramite un transistor.
Lo svantaggio di queste bobine di accensione è che sono montate nel pozzetto della candela e quindi diventano estremamente calde. Sebbene siano fatti per questo, a volte tendono a rompersi. Ciò può essere riconosciuto quando un'auto salta un cilindro e quindi il motore inizia a tremare. Quando ciò accade, la sonda lambda riconoscerà che una bobina di accensione non sta accendendo il carburante e l'iniezione di carburante nel relativo cilindro verrà interrotta. Quindi il cilindro non funziona più. Ciò impedisce al carburante incombusto di entrare nello scarico, distruggendo il catalizzatore. Spesso una bobina di accensione rotta si riconosce dal fatto che il motore funziona in modo molto irregolare (e la spia del motore è accesa, sebbene questa spia possa avere numerose cause).
Maggiori informazioni e cause di mancata accensione del cilindro sono disponibili nella pagina trasferimento del cilindro.
Se si sospetta che la bobina di accensione sia difettosa, è possibile visualizzare l'immagine dell'accensione primaria con l'oscilloscopio se il motore è in modalità di emergenza e l'accensione e l'iniezione sono state disinserite mentre il motore è in funzione.
Misurazione del modello di accensione primaria con l'oscilloscopio:
La bobina di accensione genera la tensione in modo che si possa sviluppare una forte scintilla sul fondo della candela. La bobina di accensione deve generare una tensione compresa tra circa 30.000 e 40.000 volt per produrre una scintilla nella candela. A tale scopo nella bobina primaria deve essere generata una tensione di ionizzazione compresa tra 300 e 400 Volt. Nel corso della tensione attraverso la bobina primaria possiamo vedere se questo processo sta andando bene. Le tensioni delle bobine primaria e secondaria si scambiano reciprocamente, sebbene i livelli nella bobina secondaria siano circa 100 volte più alti. In questo modo è possibile vedere nel profilo della tensione primaria se la bobina di accensione è in ordine e se la candela scintilla correttamente. L'immagine dell'oscilloscopio seguente è stata misurata sulla bobina primaria di una bobina di accensione.
Da sinistra a destra:
- 14 volt: a riposo misuriamo 14 volt sul lato positivo e massa della bobina nella bobina di accensione;
- Tempo di contatto: la bobina primaria è collegata a terra su un lato. Viene creata una tensione differenziale di 14 volt tra + e terra, facendo fluire la corrente attraverso la bobina;
- 300 volt (induzione): lo stadio di uscita nella ECU o nel modulo di accensione termina il controllo e nella bobina primaria viene creata un'induzione di circa 300 volt. La chiamiamo tensione di ionizzazione. Nella bobina secondaria viene generata una tensione di 30.000 volt. Questa tensione è necessaria per rendere conduttiva l'aria tra gli elettrodi della candela e per permettere la scintilla;
- Scintilla dalla candela: dal filo della candela si vede che la candela fa la scintilla;
- Oscillazione: è qui che l'energia residua scorre via. Ciò dipende dal valore LCR del circuito (valore L della bobina di accensione e capacità del condensatore).
Per tempo di apertura nell'immagine del campo di applicazione intendiamo il tempo di apertura dei punti di contatto. Ciò non si applica più all'accensione controllata dal computer. Possiamo però determinare la velocità in base al punto in cui appare la tensione di ionizzazione della seconda scintilla. Le immagini dell'oscilloscopio riportate di seguito mostrano le immagini dell'accensione primaria a bassa velocità (a sinistra) e ad alta velocità (a destra).
Con un oscilloscopio possiamo visualizzare l'immagine di accensione e l'immagine di iniezione in relazione al segnale dell'albero motore. La ruota di riferimento contiene un punto di riferimento. Dopo ogni giro dell'albero motore ha luogo un momento di accensione. Sappiamo che l'albero motore deve ruotare due volte per un ciclo di lavoro completo. Da ciò possiamo riconoscere che si tratta di una bobina d'accensione DIS. Si verifica così una “scintilla sprecata”. Le immagini degli iniettori lo confermano: l'iniezione avviene ogni secondo giro dell'albero motore.
Se sospetti che una bobina di accensione sia difettosa, puoi determinare se c'è un problema nell'accensione secondaria visualizzando l'immagine dell'accensione secondaria. L'immagine risultante mostra l'immagine di accensione del cilindro 6 (blu) e del cilindro 4 (rosso) in cui è presente un guasto. La spiegazione segue sotto l'immagine.
Nell'immagine principale del cilindro 4 si vede la tensione di ionizzazione, ma poi l'energia scorre via. L'immagine ora ricorda il profilo di tensione caratteristico di un iniettore a bobina magnetica. Cosa possiamo riconoscere in questa immagine:
- Il cilindro 6 (blu) è OK. Usiamo questa immagine come riferimento;
- Cilindro 4: la tensione di ionizzazione è OK. L'energia viene generata nella bobina primaria. La bobina primaria è buona;
- Il controllo della ECU motore o del modulo di accensione esterno è OK;
- Il corso secondario non è visibile;
- L'avvolgimento primario e quello secondario quindi non scambiano energia;
- La bobina secondaria è interrotta.
L'esperienza dimostra che la bobina secondaria di una bobina di accensione può guastarsi a causa del calore. Possiamo rilevare questo difetto con un oscilloscopio. Nota: se il motore è entrato in modalità di emergenza, il controllo potrebbe essere interrotto. Pertanto, effettuare la misurazione immediatamente dopo o durante l'avvio del motore.
