In meccanica 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.
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 da 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 a 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 accensione di un motore, perché a seconda dell'energia di scarica si modifica la forza e permanenza della scintilla, modificando la velocità della combustione, generalmente il fabbisogno medio di energia per ogni scintilla d'accensione è di 0,1 millijoule.
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 dell'induttore, maggiori 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
La scarica elettrica delle accensioni può essere
CDI A scarica capacitiva. I sistemi con questo tipo di scarica hanno come caratteristiche:
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 incomincia 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'induttore, 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 (Electroagnetic 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/minuto (inferiore a 8.000).
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) la quale nell'arco di circa 10-15 ms raggiunge la saturazione del campo magnetico e la tensione indotta inizialmente molto forte scompare, mentre la corrente elettrica raggiunge il valore di regime a riposo di circa 3-4 A, questo processo si ripete ogni volta che la bobina primaria viene messa in parallelo con la batteria (chiusura del ruttore, quali puntine o transistor)br Quando viene richiesta la scintilla viene scollegata la bobina primaria dalla batteria tramite il ruttore e il campo magnetico precedentemente formato viene annullato, questo provoca la formazione di tensione sia all'avvolgimento primario, sia all'avvolgimento secondariobr La tensione generata sarà tanto maggiore quanto maggiore sarà la velocità con la quale il campo magnetico si annulla, per tale motivo viene utilizzato un condensatore in parallelo al ruttore.
La tensione ai capi dell'induttanza primaria raggiunge un valore di circa 200-300V, mentre l'annullamento del campo magnetico e la mutua induttanza con l'avvolgimento secondario che, dimensionato con un rapporto spire N2/N1 di circa 100 (varia da 50 a 150), provoca una tensione sul circuito secondario 100 volte superiore, ovvero circa 20-30 kV, 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 a un basso numero di giri e per questo negli autoveicoli non viene più utilizzata dagli anni cinquanta. È costituita da un indotto rotante su cui sono avvolti il circuito primario e quello secondario della bobina. L'indotto, 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.
Questo sistema si è evoluto sia nella generazione dell'energia elettrica, che viene generata da un elemento magnetico, generalmente una calamita ferro-ceramica annegata o avvitata nel rotore, mentre gli avvolgimenti della bobina d'accensione sono alloggiati su un nucleo in pacco di lamierini a colonne, di cui un lato viene sollecitato dal campo magnetico del rotore, sia nella gestione della scarica, la quale può essere libera e quindi generarsi e sprigionarsi autonomamente ad ogni passaggio del magnete, oppure gestita da un circuito elettronico che normalmente viene inglobato nella bobina d'accensione, mentre il sistema di controllo a puntine usato in passato non trova più applicazione.
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.