Accensione a puntine: principio di funzionamento

Parliamo adesso dell’accensione a puntine e del suo principio di funzionamento. Vediamo prima di tutto i componenti che sono coinvolti, che sono le puntine platinate, il condensatore, la bobina e la candela.

La bobina è composta da due avvolgimenti: l’avvolgimento primario e l’avvolgimento secondario; il primo è tipicamente fatto con un filo di rame di dimensioni maggiori rispetto a quello del secondario per il motivo che viene percorso da correnti di maggiore intensità. Nel mezzo c’è un avvolgimento ferroso. L’avvolgimento primario è collegato alle puntine da una parte ed alla batteria dall’altra. Il secondario è collegato alla candela da una parte ed a massa dall’altra.

Il numero di spire del secondario è tipicamente 80-100 volte quello del primario.

Il compito delle puntine (sotto un esempio) è quello di interruttore meccanico. Esse vengono comandate da una camma eccentrica che le fa aprire e chiudere ad intervalli prestabiliti. Insieme alle puntine c’è sempre un condensatore che viene montato in parallelo.

Come schema di un’accensione a puntine si faccia riferimento alla figura sotto riportata.

Fin tanto che le puntine sono chiuse il condensatore è in corto circuito e l’avvolgimento primario della bobina accumula energia. Dal momento che le puntine si aprono il condensatore inizia a caricarsi fino una ben determinata tensione e successivamente si scarica entrando in oscillazione con ampiezza sempre minore. Questo transitorio fa si che il campo elettrico generato dall’avvolgimento primario, concatenandosi con il secondario, produca una tensione in uscita dalla bobina AT di diverse decine di migliaia di volt. Questo genera la scintilla sulla candela.

Facciamo un ulteriore step e cerchiamo di andare un pò più nel dettaglio. A puntine chiuse, possiamo schematizzare il circuito di accensione come un circuito RL alimentato dalla batteria della moto. R è la somma della resistenza della bobina, dei fili, del contatto delle puntine etc… mentre L è l’induttanza del primario della bobina. Dal momento della chiusura delle puntine la bobina inizierà ad accumulare energia secondo la legge  e la corrente aumenterà con legge esponenziale data dalla seguente formula: 

Mettendo tutto in un grafico avremo il seguente andamento:

Al tempo t0 le puntine si chiudono. La legge è di tipo esponenziale e la corrente tende asintoticamente a V/R (V tensione batteria e R resistenza del primario; ad esempio supponenedo di avere R=3 Ohm e V=12V, la corrente sarà 4A).

Fino adesso la scintilla sulla candela non è ancora scoccata: essa si innescherà all’apertura delle puntine, vediamo il perché.  All’apertura delle puntine la corrente che attraversava il primario si interrompe ed il campo magnetico nella bobina collassa. Effetto di questo collasso è che, per un istante di tempo molto piccolo, la corrente sul primario continua a scorrere; a differenza di quando le puntine erano chiuse, adesso c’è il condensatore che viene attraversato da questa corrente ed inizia a caricarsi fino ad una certa tensione. Da questo momento si crea un’oscillazione della tensione ai suoi capi dovuta alla carica/scarica del condensatore ed il circuito RLC formato dalla bobina e dal condensatore oscilla con ampiezza sempre più ridotta (o meglio oscilla la tensione ai capi del condensatore e la corrente che lo attraversa). Queste oscillazioni sul primario della bobina, “amplificate” dal rapporto con il numero di spire con il secondario, danno qualche decina di KVolt ai capi della candela che fanno innescare la scintilla (per rendere l’idea, grossolanamente possiamo dire che nei sistemi di accensione a 12 volt, la tensione iniziale ai capi del condensatore è dell’ordine delle centinaia di volt, circa 200v-300v che generano, sul secondari, tensioni dell’ordine dei 20-30KV).

Vediamo tutto in un grafico (fonte: [1] ), che forse si capisce meglio:

Nel grafico abbiamo i KV presenti sul secondario (asse delle ordinate) ed il tempo in millisecondi (asse delle ascisse). Il picco iniziale è quello della prima carica/scarica del condensatore (per intendersi immediatamente dopo l’apertura delle puntine). L’arco di tempo in cui la tensione rimane abbastanza stabile (intorno ai 1.8KV) è quello in cui si ha la scintilla, dopo il circuito inizia ad oscillare e, causa repentino aumento di pressione all’interno della camera di scoppio (la scintilla è scoccata in anticipo rispetto al PMS) non c’è più sufficiente tensione per forare il dielettrico dell’aria.

Abbiamo capito quindi l’importanza del condensatore che, riassumendo, ha il duplice compito di:

• fare si che i contatti delle puntine, all’apertura, non scintillino;
• fase si che la scintilla sia di più lunga durata.

Come dicevo prima, i contatti delle puntine sono comandati tramite una camma in fase con l’albero motore e si aprono nel punto esatto della corsa del pistone in cui deve innescarsi la combustione della miscela aria-benzina. Il limite di questo tipo di accensione risiede nel comando dei contatti, che è troppo lento ai bassi regimi, mentre agli alti provoca il saltellamento del loro martelletto. Nel primo caso l’interruzione del flusso della corrente nel primario della bobina non è repentina e sulla candela non sempre si riesce a raggiungere la tensione necessaria  per l’innesco della scintilla. Nel secondo caso il saltellamento, unito agli elevati regimi di rotazione e quindi ai piccoli tempi a disposizione, non permette un’adeguata circolazione di corrente nel primario della bobina, provocando mancate accensioni della miscela in camera di combustione.

Queste problematiche sono state risolte con l’introduzione delle accensioni elettroniche che, al posto delle puntine, hanno un pickup che genera un segnale il quale viene elaborato dalla centralina in modo tale da generare la scintilla in un ben determinato istante.

Piccola digressione sul tema: ma perché c’è bisogno di variare la fasatura di accensione? In soldoni la miscela aria/benzina (nebulizzata) che si trova in camera di combustione, al momento dello scoccare della scintilla, non esplode immediatamente ma gli ci vuole un certo tempo. Ricordiamo che la fase di scoppio genera un forte aumento di pressione (e temperatura) che va ad esercitare una forza sul cielo del pistone. E’ stato osservato che il momento ottimale (ossia l’angolo di manovella) per far partire la combustione è quello per cui al PMS si ha il 50% dell’aumento totale di pressione. Questo vuol dire che nella prima fase di combustione il pistone verrà “ostacolato” in quanto è in compressione, e nella seconda fase si avrà la conversione in lavoro utile. L’angolo di manovella in corrispondenza del quale scocca la scintilla è chiamato angolo di anticipo. E’ dimostrabile che all’aumentare del numero di giri l’angolo di anticipo deve aumentare, per questo sono stati introdotti dei dispositivi meccanici (anticipo a masse centrifughe) od elettronici (pickup e/o centraline più o meno evolute) che in funzione del numero di giri varia l’angolo di accensione della benzina.

Se volete approfondire consiglio le seguenti letture:

[1]: dtec.net

[2]: globaldenso.com

[3]: crypton.co.za

[4]: tonyfoale.com

[5]: mgaguru.com

[6]: en.wikipedia.org