Bobine di accensione: le diverse tipologie e come capire se non funziona

La bobina di accensione, insieme alla candela e ai cavi di accensione, è la “protagonista” dell’accensione della miscela aria-carburante del motore a combustione. A questo componente spetta infatti il compito di avviare il processo di accensione, producendo l’impulso ad alta tensione che genera la scintilla della candela. Ma come funziona esattamente una bobina di accensione? Un distributore meccanico garantisce la tensione ad ogni candela nella corretta sequenza e al momento giusto. La tensione di alimentazione viene fornita alle candele – tramite appositi cavi – da un distributore montato sullo spinterogeno all’interno della calotta. Laddove non c’è lo spinterogeno le candele sono collegate direttamente alla bobina.

Gli impulsi vanno a generare una scintilla tra gli elettrodi delle candele di accensione di intensità e durata sufficienti ad avviare correttamente la combustione interna.

Come è fatta una bobina di accensione

È l’alta tensione a consentire alla candela di generare la scintilla. Poiché la batteria in genere produce 12 volt, tale tensione di uscita deve essere trasformata, ed è proprio questo il compito delle bobine di accensione. Le bobine trasformano infatti la tensione costante della batteria in un impulso da migliaia di volt.

Ogni bobina contiene due avvolgimenti con un nucleo ferromagnetico comune. Entrambi gli avvolgimenti sono realizzati con filo di rame: l’avvolgimento primario ha poche spire con un diametro filo più grande, mentre l’avvolgimento secondario ha molte più spire costituite da un filo più sottile.

Come riesce la bobina di accensione a trasformare 12 volt in 30000 volt e oltre? Un morsetto della bobina di accensione è collegato al polo positivo della batteria tramite il blocchetto di accensione, mentre un altro morsetto è collegato a terra. Quando il circuito elettrico si chiude, la corrente passa attraverso l’avvolgimento primario. Come per tutti i conduttori, il passaggio dell’elettricità genera 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 volt viene indotto sull’avvolgimento primario. L’interruzione del campo magnetico del circuito primario produce l’induzione nel circuito secondario in funzione delle linee del flusso magnetico che attraversano le numerose spire del circuito secondario. Questa seconda induzione genera un impulso di tensione notevolmente superiore, dovuta al rapporto di spire tra l’avvolgimento primario e quello secondario (il processo è noto come trasformazione).

Tecnologia a scintilla singola

Sono due le principali tecnologie di funzionamento di una bobina: la tecnologia a scintilla singola e la tecnologia a scintilla doppia. Le bobine a scintilla singola rilasciano solo un impulso ad alta tensione attraverso un’uscita ad alta tensione. La configurazione classica di questa topologia di bobina è quella con distributore: l’energia di accensione viene rilasciata al distributore di accensione che la fornisce alla relativa candela in conformità con l’ordine di accensione. La tecnologia a scintilla singola è particolarmente diffusa, soprattutto nella configurazione in cui ciascuna bobina alimenta un solo cilindro.

Tecnologia a doppia scintilla

Le bobine a doppia scintilla hanno due uscite ad alta tensione che alimentano contemporaneamente due candele di accensione. Nel classico motore a 4 cilindri, i cilindri 1 e 4 e i cilindri 2 e 3 ricevono un impulso ad alta tensione contemporaneamente. Tuttavia, per la diversa fasatura, solo uno dei cilindri è nella fase di compressione (nella quale la miscela aria-carburante viene accesa), mentre l’altro cilindro è nella fase di scarico: viene comunque scoccata un’altra scintilla, ma si spegne senza alcun effetto (è infatti denominata scintilla persa).

I sistemi di accensione che utilizzano queste bobine a scintilla persa sono chiamati a “distribuzione statica” o “distributorless”, poiché grazie ad esse vengono eliminati distributore, calotta e cavi ad alta tensione. I sistemi elettronici di comando di queste bobine sono più precisi e riescono a gestire l’intensità della corrente primaria controllando la durata dell’impulso in modo che la corrente raggiunga il valore stabilito. Questa tipologia di bobine comprende anche alcune bobine multiple plug-top.

Evoluzione delle bobine di accensione

Negli anni sono state sviluppate diverse tipologie di bobine di accensione. Un’evoluzione che è andata di pari passo ai progressi raggiunti, permettendo di avere prodotti sempre più affidabili e performanti. Inizialmente gli sforzi sono andati nella direzione di prevenire i guasti e migliorare l’affidabilità dell’accensione. Ma con l’introduzione del convertitore catalitico a tre vie (all’inizio degli anni ’80) e successivamente con l’Iniezione diretta di carburante, fattori quali l’affidabilità, il controllo preciso e la regolazione di diversi parametri di accensione sono diventati cruciali. Tutto questo è stato reso possibile dall’elettronica. Nel corso dell’evoluzione dei moderni motori sovralimentati, conformi alle normative euro, sono aumentati inoltre requisiti quali tensione di accensione richiesta, resistenza al calore, capacità di trasformazione, emissioni ed immunità elettromagnetiche e riduzione del peso. Il risultato sono le numerose tipologie di bobine di accensione che oggi si utilizzano e che passiamo in rassegna qui sotto.

Bobina con distributore

La bobina con distributore è il tipo di bobina più antico. In origine era prodotto con la forma della bobina a tazza e riempito di olio per l’isolamento. La versione più moderna è la bobina a blocco. In base al veicolo, queste bobine 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 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 30000 volt.

Si tratta di bobine singole e l’alta tensione viene “distribuita” alle candele tramite appositi cavi, da un distributore rotante montato sullo spinterogeno, all’interno della calotta.

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 blocco può quindi alimentare almeno due cilindri, 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 quattro 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 interno nella bobina a blocco. Una bobina a blocco può generare tensioni di accensione fino a 36000 volt.

Nelle bobine di alta qualità, la resina epossidica viene versata all’interno della bobina con un processo di formatura sottovuoto: 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, ma, 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.

In queste bobine l’uscita negativa del circuito secondario è direttamente collegata ad una sola candela, mentre l’altro capo è collegato a massa con una connessione a bassa tensione, oppure al terminale positivo del circuito primario all’interno della bobina. Abbiamo quindi una bobina per ogni candela.

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 i cavi. Le potenziali perdite attraverso le connessioni e i cavi sono praticamente eliminate. Alcune bobine dirette funzionano con tecnologia a doppia scintilla. In tal caso, mentre viene alimentata direttamente, il collegamento alla seconda candela è realizzato tramite un cavo di accensione ad alta tensione. Le bobine dirette possono generare tensioni di accensione fino a 40.000 V. Le bobine dirette si trovano sui veicoli con accensione completamente elettronica. La bobina è controllata dal sistema di controllo motore o tramite un modulo di accensione integrato nella bobina di accensione. Nella versione a scintilla singola, tali bobine 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 cilindri con la tensione necessaria.

Queste bobine possono essere di tipo “pencil”, con avvolgimenti assiali alla candela che conferiscono la tipica forma “a matita”, di tipo “plug top” in cui le bobine sono assemblate in un unico blocco montato sulla testa del motore, oppure trovarsi sotto forma di raggruppamento di bobine dirette collegate alle candele tramite cavi ad alta tensione. Le bobine dirette possono essere dotate di elettronica di comando incorporata.

Sistemi di bobine

Nei sistemi di bobine di accensione, i cosiddetti Rail, più bobine che sono spesso 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 preaccensione indesiderata a causa della scintilla di chiusura. Un sistema di bobine di accensione può generare tensione di accensione fino a 40000 volt.

Requisiti elettrici

Sono molti i requisiti che le bobine devono avere per assicurare la massima affidabilità. Innanzitutto, non deve esservi scarica di tensione tra le singole spire (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 ed essa stessa deve essere immune a interferenze elettromagnetiche prodotte da altri componenti. Molto importante è il “riempimento” all’interno del corpo della bobina. Il composto dovrebbe essere introdotto con un processo di formatura sottovuoto, in modo da non intrappolare bolle d’aria, che potrebbero condurre l’alta tensione. Anche la qualità dell’avvolgimento è determinante, in modo da evitare rischi di cortocircuito tra le spire.

Requisiti termici

La bobina di accensione, essendo posta sotto il cofano, è spesso esposta ad elevate temperature. Questo vale soprattutto per le bobine posizionate in prossimità del tratto di scarico o per le bobine dirette, posizionate direttamente sulla sommità della testa cilindri. Anche il freddo non fa bene: se la bobina calda non è sufficientemente protetta dagli spruzzi d’acqua, può subire danni irreparabili. Il raffreddamento rapido o disomogeneo può causare incrinature per tensione nel corpo o altre parti, che possono creare problemi di funzionamento.

Requisiti correlati al design

Una bobina di accensione deve soddisfare anche requisiti dimensionali e di design per assicurare il corretto funzionamento. Ovviamente le dimensioni devono essere precise per garantire un montaggio corretto, evitando che una eccessiva sollecitazione meccanica sul corpo della bobina possa danneggiarla, provocando danni anche a componenti e 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 e realizzazione dei nuclei in ferro.

Come capire se una bobina non funziona correttamente

Se un’auto non parte o si avvia con fatica può esserci un problema alla bobina di accensione. Il modo più sicuro e preciso per verificarne il funzionamento è utilizzare un ohmmetro, strumento che misura la resistenza elettrica e che è in grado di misurare la capacità della bobina di trasmettere energia. Tale metodo è più sicuro dell’esame “qualitativo” basato sulla verifica delle scintille blu sulla punta della candela (previa procedura di stacco / riattacco in sicurezza dei cavi candela e spinterogeno). Scintille arancioni denotano che la bobina non è in grado di erogare sufficiente energia alle candele. Potrebbero inoltre non esserci alcuna scintilla. In tal caso la bobina è rotta, oppure potrebbero essersi danneggiate alcune connessioni.

 Misurare la resistenza e il campo magnetico delle bobine

Il funzionamento di una bobina può essere verificato controllando la resistenza elettrica con un ohmmetro. Dopo aver rimosso a bobina viene testata si va a misurare la resistenza elettrica attraverso il circuito secondario.

Anche la misurazione del campo magnetico è un modo rapido e semplice per controllare il funzionamento della bobina. Una bobina funzionante genera infatti un campo magnetico, la cui forza fornisce informazioni sulla capacità di funzionamento della bobina.

Come montare una bobina di accensione

Un montaggio corretto è essenziale per consentire alla bobina di accensione di svolgere in modo ottimale il suo lavoro per tutta la durata utile. La prima cosa da tenere in considerazione è quella di evitare una forza eccessiva nel montaggio: se una bobina di accensione non si monta correttamente, verificare l’applicazione del veicolo. Lo stesso per quanto riguarda sia i terminali dei cilindri sia i terminali dei cavi: devono corrispondere alle rispettive connessioni della bobina di accensione. Se viene utilizzata una connessione non corretta i contatti si possono ossidare e quindi danneggiarsi. È inoltre fondamentale utilizzare sempre gli attrezzi specifici, come nel caso delle bobine dirette montate direttamente nelle sedi delle candele, che possono risultare difficili da rimuovere 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 devono sempre essere serrate con la coppia corretta.