Mi sono imbattuto in un'articolo interessantissimo di Fabrizio Marignoni: é particolarmente complesso, per cui ho afferrato soltanto in parte il sistema di costruzione e funzionamento, ma mi ha dato parecchio da pensare visti i risultati ottenuti, specie su motori a GPL..
Lo cito integralmente, nella speranza che mi facciate comprendere meglio il tutto per magari produrlo in futuro e applicarlo al Coniglio!!
Qui il link originale della fonte: http://www.marignoni.it/ElettronicaMoto ... izione.htm
Accensione elettronica ad altissima energia di scarica.
Riporto alcune note relative a un sistema di accensione per motori a ciclo Otto. Gli appunti sono da prendere come sono, su questo argomento non sono disposto a fornire spiegazioni, non è un progetto che si possa affrontare con poca esperienza e, al presente, fine 2012, è del tutto obsoleto e non utilizzabile su alcuna vettura del tempo corrente.
Premessa.
Dopo aver sperimentato svariati tipi di accensione elettronica, apportate le modifiche ritenute opportune e verificatone il migliorato rendimento, gli autori del presente progetto si dedicavano alla realizzazione del kit LX786 pubblicato dalla rivista "Nuova Elettronica" nel fascicolo n. 113 del febbraio 1987.
L'adozione del kit, una volta realizzato, apportava effettivamente un risparmio di carburante e un incremento globale delle prestazioni, anche se in misura assai blanda, alle vetture oggetto della sperimentazione.
Il kit presentava, diversamente da quanto realizzato in precedenza, la novità di generare due scintille in luogo di una sola, avvalendosi di una circuitazione dedicata alla produzione di una prima scarica induttiva e di un'altra dedicata alla produzione di una scarica capacitiva emessa in un momento successivo.
Il kit, allo stato originale, presentava però diverse limitazioni:
bassa energia fornita dalla circuitazione relativa alla scarica capacitiva, fatto dovuto in parte al dimensionamento dei componenti, in parte alla tensione di carica dei condensatori di scarica (attestata al valore di 150 Volt) e in parte alla scelta di mantenere bloccato il convertitore survoltore (necessario a caricare i condensatori di scarica) per un tempo eccessivo rispetto al tempo realmente necessario;
modesto rendimento del convertitore survoltore causato anche da una evidente dissimmetria nel pilotaggio dello stadio finale in push-pull nel quale un dispositivo era più sollecitato dell'altro con conseguente produzione di calore non correlata alla produzione di energia elettrica (tale anomalia è stata riscontrata su tutti gli esemplari realizzati);
impossibilità di adottare bobine di ignizione ad alto rendimento che sono caratterizzate da impedenza notevolmente più bassa rispetto alle normali bobine per accensione a puntine platinate, uniche adottabili dal kit; le bobine a bassa impedenza, infatti, avrebbero subito uno stress termico eccessivo;
energia di scarica induttiva decrescente (sino a un livello insufficiente) all'aumentare del regime di rotazione del motore;
impossibilità di utilizzare gli impulsi di comando generati dall'induttore elettromagnetico integrato nelle accensioni elettroniche di normale equipaggiamento sulle vetture più recenti;
assorbimento di energia da parte della bobina di ignizione nella condizione di interruttore a chiave chiuso e motore fermo.
Obiettivi di progetto.
Gli obiettivi che gli autori si sono imposti per la realizzazione di un valido sistema di accensione basato sull'emissione di due scintille sono:
1. disporre di una elevata energia per la scarica capacitiva;
2. poter adottare bobine ad alto rendimento e bassa impedenza;
3. ottenere, per la scarica induttiva, una energia di scarica elevata e costante, quindi indipendente dal regime di rotazione del motore;
4. evitare che la bobina sia attraversata da corrente nel caso di motore fermo e interruttore a chiave chiuso;
5. poter comandare le scintille con gli impulsi generati dall'induttore elettromagnetico già presente sulle vetture dotate di accensione elettronica, mantenendo, comunque, la compatibilità con il ruttore a puntine platinate.
Conseguimento degli obiettivi di progetto.
Gli obiettivi imposti al progetto sono stati conseguiti nei modi di seguito riportati.
1. Per l'ottenimento della scarica capacitiva e' stata scelta una circuitazione che impegna un converitore survoltore, una capacità di scarica e un diodo SCR.
2. Per il convertitore survoltore è stata adottata una circuitazione derivata dal funzionamento in PWM (Pulse Width Modulation ‑ modulazione della larghezza dell'impulso) basata sul circuito integrato UC3846 che garantisce un buon rendimento e un pilotaggio simmetrico ad entrambi i dispositivi del push-pull dello stadio finale.
3. Il trasformatore elevatore, con nucleo in ferrite, è stato dimensionato per poter fornire una tensione di 270 Volt con la potenza di circa 250 Watt.
4. Per la capacità totale dei condensatori di scarica è stato scelto il valore di 4 microFarad.
5. Il convertitore survoltore viene bloccato, nel momento in cui viene generata la scintilla, per un tempo brevissimo ma sufficiente ad evitare il sovraccarico durante lo stato di conduzione dell'SCR e a garantire l'interdizione dell'SCR stesso alla fine della scarica.
6. Il periodo di blocco del convertitore, inoltre, non dipende dal duty‑cycle del dispositivo generatore degli impulsi di comando (puntine o induttore) che mantiene la funzione di sincronismo, ma viene stabilito da una costante di tempo di valore adeguato.
Per il conseguimento degli obiettivi 2, 3 e 4, gli autori hanno sperimentato l'adozione del modulo originale fornito di serie sulle vetture già dotate di accensione elettronica ma hanno abbandonato tale soluzione per i seguenti motivi:
il modulo non consente di immagazzinare nella bobina di accensione una energia così elevata come nell'intenzione degli autori;
si sono verificati fenomeni di interazione tra il modulo e il circuito relativo alla scarica capacitiva tali da spostare eccessivamente la curva di anticipo rispetto ai valori normali.
Questi obiettivi sono stati conseguiti, quindi, adottando una circuitazione che permette di mantenere approssimativamente costante il tempo di carica della bobina di accensione rispetto al regime di rotazione del motore e che provvede, entro brevissimo tempo, a staccare la bobina dall'alimentazione di bordo nel caso che l'interruttore a chiave sia chiuso e il motore fermo.
La circuitazione che ha fornito lo spunto agli autori è stata desunta dalla rivista "Progetto" dell'ottobre 1989 e, all'origine, presentava i seguenti limiti:
eccessivo riscaldamento del dispositivo finale che fornisce l'energia alla bobina;
bassa energia disponibile per la carica della bobina;
curva di assorbimento non lineare al variare del regime di rotazione;
messa in moto non istantanea;
irregolarità di funzionamento.
I limiti anzidetti sono stati rimossi variando profondamente lo stadio finale, eliminando la limitazione in corrente sullo stesso stadio finale e adottando costanti di tempo più idonee allo scopo prefissato.
Dopo aver sperimentato l'adozione di diverse bobine di accensione, gli autori hanno scelto, per questa applicazione, la BEA504D della Marelli.
La possibilità di poter adottare l'induttore elettromagnetico, comunemente utilizzato nei sistemi di accensione elettronica montati di serie dalle case costruttrici, è uno degli obiettivi (al punto 5) primari di questo progetto, sia perché il campo di applicazione si estende anche alle vetture più recenti, sia perché viene mantenuta la compatibilità con le vetture ancora dotate di puntine platinate.
L'obiettivo è stato conseguito realizzando un apposito circuito di interfaccia monotransistor.
Integrazione delle singole funzioni.
Ottenuto il conseguimento di tutti gli obiettivi, gli autori sono stati impegnati nella fase di integrazione di tutte le funzioni suesposte.
Come era logico attendersi, non si sono posti problemi di interazione tra le varie circuitazioni ma, al contrario, si è notato che l'applicazione della circuitazione induttiva linearizzava in maniera ottimale l'ottenimento della scarica capacitiva collaborando sinergicamente con quest'ultima specialmente nella fase di spegnimento dell'SCR.
L'oggetto fisico ottenuto dalla realizzazione del progetto, collocato in una zona investita dal flusso di aria generato dal movimento del veicolo, non ha mai presentato problemi termici, neanche nelle file del traffico cittadino.
Descrizione dello schema elettrico.
1) Elaborazione del segnale fornito dal dispositivo generatore di impulsi (induttore elettromagnetico o ruttore a puntine platinate).
Nel caso si abbia a disposizione, per generare gli impulsi di comando, l'induttore elettromagnetico contenuto nel distributore dello spinterogeno elettronico di primo equipaggiamento, il segnale generato dall'induttore stesso viene applicato tra la massa e la base di TR1, dal collettore del quale viene trasferito al punto comune R1-R2, ove R1 assume il valore di 3.3 KOhm 1/4 Watt.
Nel caso s'intenda prelevare il segnale non dall'induttore ma all'uscita della centralina di accensione elettronica originale, occorre disporre R1, in questo caso di 4,7 Ohm, 50 Watt, esternamente al contenitore dell'accensione in modo da smaltire l'abbondante calore generato; è conveniente montare anche, sullo stampato, il resistore da 3,3 KOhm 1/4 Watt.
Nel caso si adotti il ruttore a puntine platinate, questo sarà connesso tra la massa e il suddetto punto comune, ove R1 assume il valore di 100 Ohm 3 Watt.
Da quest'ultimo punto il segnale, opportunamente limitato in ampiezza e pulito da eventuali disturbi spuri da R2, DZ1 e C1 raggiunge, tramite il differenziatore C2 - R3, le porte IC1.A e IC1.B; quest'ultima, per mezzo di TR2 e di D2 e D1, carica C3 e C5.
A motore fermo C5 si scarica attraverso R10 poiché non arrivano più impulsi da D1; conseguentemente l'uscita di IC1.C commuta a livello logico "1" bloccando TR6 e bloccando, quindi, lo stadio finale (MF3) relativo alla scarica induttiva; in questo modo la bobina non viene attraversata da corrente.
Il condensatore C3 viene scaricato, secondo un andamento a dente di sega, dall'assorbitore a corrente costante formato da TR3, R7, R8, R16; con questo andamento viene scaricato, mediante IC2.B (buffer) e D3 anche C4, caricato nuovamente da R11.
Quando la tensione all'ingresso invertente di IC2.A (comparatore) diviene minore di quella presente all'ingresso non invertente (differenza imposta da D3), la sua uscita commuta a livello logico "1", lasciando passare corrente nella bobina purché l'altro ingresso della porta IC1.D sia polarizzato anch'esso a livello logico "1". Quest'ultima condizione risulta vera per un notevole arco di tempo ma, non appena gli ingressi di IC1.A sono polarizzati da livello logico "1" (p.es. puntine aperte), l'uscita di IC1.A commuta a livello logico "0" (per il tempo della costante C2-R3) bloccando TR6 (e quindi lo stadio finale) tramite la porta IC1.D, in sincronismo con l'impulso di comando. In questo istante viene prodotta la scarica.
In sostanza, IC2.A, IC2.B, IC1.B, TR2, TR3 e componenti associati, determinano il momento in cui deve manifestarsi il fronte iniziale dell'impulso con il quale si satura la bobina di ignizione; IC1.A blocca lo stadio finale in sincronia con l'impulso di comando determinando il fronte finale dell'impulso anzidetto. In tal modo la larghezza dell'impulso viene ad essere indipendente dal duty‑cycle del dispositivo generatore. Queste funzioni vengono integrate da IC1.D.
I transistori TR4, TR5 e TR6 trasferiscono il segnale elaborato in precedenza agli stadi successivi.
2) Convertitore survoltore e produzione delle scariche induttiva e capacitiva.
La tensione necessaria a caricare i condensatori di scarica C16 viene generata da un convertitore survoltore basato sul circuito integrato UC3846 (IC5).
Questo circuito integrato, progettato per lavorare in PWM (Pulse Width Modulation), viene qui utilizzato come oscillatore a larghezza di impulso costante con possibilità di spegnimento.
La frequenza di oscillazione, determinata da C12 e R18, è stata fissata ad un valore di circa 20 KHz.
Ai piedini 11 e 14 di IC5 sono disponibili due segnali ad onda quadra in opposizione di fase l'uno rispetto all'altro; questi segnali vengono inviati ai mosfet MF1 e MF2 che si troveranno, pertanto, a lavorare in push-pull, pilotando il trasformatore T1.
Dal secondario di T1 viene prelevata la tensione che, raddrizzata ad onda intera mediante D6 e D7, viene utilizzata per la ricarica delle capacità di scarica C16.
Dai catodi di D6 e D7 viene inoltre prelevata, mediante la serie di diodi zener DZ3, la tensione di retroazione che, applicata tramite IC4.A e IC3.A al piedino 6 (utilizzato come reset) di IC5, ne blocca l'oscillazione qualora la tensione stessa superi il valore di zener della catena; la tensione sul secondario del trasformatore si attesta, quindi, al valore della catena di zener, in questo caso 270 Volt.
Da TR6 il segnale di pilotaggio viene inviato all'inverter IC3.D che pilota lo stadio finale relativo alla scarica induttiva (MF3) che pertanto, con TR6 in fronte di interdizione, genera immediatamente la prima scintilla.
Da TR6 il segnale giunge, inoltre, all'inverter IC3.C mediante la costante di tempo C21-R34 che introduce un certo ritardo nel far cambiare stato logico all'inverter in questione.
Tramite la costante di tempo C20-R33, che limita la durata dell'impulso, e tramite l'inverter IC3.B, l'impulso viene applicato alla base di TR8 che pilota in modo ottimale SCR1 che, entrando in conduzione, provoca la scarica di C16 sulla bobina di accensione.
Questa seconda scarica (capacitiva) viene generata con un piccolo ritardo rispetto alla prima (induttiva) determinato appunto dalla suddetta costante di tempo C21-R34.
IC3.C fornisce anche un impulso (di durata stabilita dalla costante di tempo C19, R32) che, inviato a IC3.A, provvede a bloccare l'oscillatore relativo al convertitore per non sovraccaricare quest'ultimo nell'istante in cui SCR1 è in conduzione, garantendo, inoltre, lo spegnimento senza indecisioni di SCR1 stesso.
Il diodo D8 provvede a bloccare l'impulso negativo generato dalla scarica capacitiva, in modo da non danneggiare MF3.
La rete R26-C22, abbassando il fattore di merito della bobina di ignizione, linearizza il comportamento dell'intero sistema per qualsiasi regime di rotazione.
Osservazioni.
Gli autori non sono dotati delle apparecchiature necessarie al controllo delle emissioni inquinanti né si sono rivolti ai centri in tal senso specializzati, dato l'elevato numero di sperimentazioni condotte.
Tuttavia, l'esame visivo delle tubazioni di scarico delle vetture sulle quali è stato installato il sistema di accensione qui descritto, mostra una notevole pulizia e secchezza delle tubazioni stesse.
Gli autori non sono dotati neanche degli apparati atti a stabilire il consumo di carburante quindi traggono le osservazioni su questo tema dalla propria esperienza e da quella dei proprietari di vetture dotate di questo sistema di accensione.
Si è evidenziata una generale riduzione dei consumi che si attesta su valori notevoli soprattutto nel caso di alimentazione a GPL dove il dato di consumo, a parità di percorso e percorrenza, viene ridotto di oltre la metà .
Le prestazioni delle vetture trattate sono globalmente aumentate in termini di velocità massima e soprattutto di ripresa, accelerazione ed elasticità .
Le sollecitazioni termiche subite dal presente sistema di accensione sono ben lontane dai limiti di affidabilità richiesti ad un prodotto di questo genere; comunque, considerato che le prove sono state condotte su motori a quattro tempi e con numero di cilindri non superiore a quattro, è logico ipotizzare la stessa affidabilità per motori a due tempi con numero di cilindri non superiore a due.
L'estensione a motori più frazionati comporta un inevitabile surplus di calore generato dal convertitore survoltore relativo alla scarica capacitiva. Tale produzione in più di calore, che potrebbe avvicinarsi ai limiti di affidabilità , potrebbe essere evitata riducendo leggermente la capacità totale di scarica accettando, per contro, una modesta riduzione di energia oppure dotando i dispositivi dello stadio finale del convertitore di più estese superfici radianti, oppure, ancora, adottando dispositivi che presentino, in condizione di saturazione, una resistenza minore tra source e drain.
I motori a due tempi dovrebbero beneficiare particolarmente dell'adozione di questo sistema di accensione sia perché la miscela esplosiva, composta anche da olio lubrificante, presenta una certa resistenza all'ignizione sia perché le incrostazioni che affliggono tale tipo di motori verrebbero ad assumere proporzioni notevolmente minori.
