La Bobina di Accensione Automobilistica: Funzionamento, Tipologie e Manutenzione

La bobina di accensione è un componente cruciale nel sistema di accensione dei motori a combustione interna. Insieme alla candela e ai cavi di accensione, è la “protagonista” dell’accensione della miscela aria-carburante del motore, svolgendo il ruolo di trasformatore che eleva la tensione bassa della batteria a migliaia di volt necessari per generare una scintilla alle candele. Questo impulso ad alta tensione avvia il processo di combustione, garantendo il corretto funzionamento del motore.

Come Funziona una Bobina di Accensione? Il Principio dell'Induzione Elettromagnetica

Il compito principale della bobina di accensione consiste nell'induzione di alta tensione a partire da bassa tensione. La batteria in genere produce 12 volt, e la bobina ha il compito di trasformare questa tensione di uscita in 30.000 volt e oltre, necessari per far scoccare la scintilla alle candele.

Ogni bobina contiene due avvolgimenti di filo di rame con un nucleo ferromagnetico comune:

• Avvolgimento primario: Ha relativamente poche spire con un diametro filo grande.
• Avvolgimento secondario: Ha molte più spire formate da un filo più sottile.

Il terminale 15 della bobina di accensione è collegato al polo positivo della batteria tramite il blocchetto di accensione o l'interruttore di accensione, mentre il terminale 1 è collegato a massa (terra) tramite un altro tipo di interruttore.

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. Il fatto che questa induzione generi un impulso di tensione notevolmente superiore è dovuto al rapporto di spire tra l'avvolgimento primario e quello secondario. 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. L'intensità dell'alta tensione indotta dipende dalla velocità della modifica del campo magnetico, dal numero di avvolgimenti della bobina secondaria e dallo spessore del campo magnetico.

Questa alta tensione viene poi inviata alle candele, dove si genera la scintilla necessaria per l'accensione della miscela aria/carburante nel cilindro. Bobine d'accensione efficienti assicurano una partenza fluida del motore, prestazioni ottimali e una combustione completa, riducendo al minimo le emissioni inquinanti e migliorando l'efficienza del carburante.

Tecnologie di Funzionamento delle Bobine di Accensione: Scintilla Singola e Doppia Scintilla

Sono due le principali tecnologie di funzionamento di una bobina: la tecnologia a scintilla singola e la tecnologia a scintilla doppia.

Tecnologia a Scintilla Singola

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, come nel sistema coil-on-plug (COP). In questa configurazione, la centralina comanda il momento esatto in cui ciascuna bobina eroga la scintilla. Sui veicoli moderni è comune il sistema coil-on-plug (COP): una bobina per ogni candela (es.: 4 bobine su un 4 cilindri).

Tecnologia a Doppia Scintilla (Scintilla Persa)

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). Per queste bobine sono usati cavi d'accensione resistivi o muniti di resistenza di Ballast dato che altrimenti si rischia il surriscaldamento della bobina d'accensione. Il vantaggio dato dalle bobine a salto di scintilla è quello di non richiedere il distributore, permettendo una migliore affidabilità negli attraversamenti di guadi.

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 e Tipologie di 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 nei motori automobilistici, 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.

Bobine con Distributore (Bobina a Tazza e Bobina a Blocco)

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 bobina a tazza è uno dei primi tipi di bobina di accensione per impianti di accensione con distributore e si trova nella maggior parte delle auto classiche e d'epoca. Sono solitamente riempite di olio che agisce come isolante.

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. Un braccio rotore fissato sulla sommità dell'albero del distributore ruota all’interno della calotta dello stesso. 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.

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 a 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.

Bobine Dirette (Coil-on-Plug)

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. 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 di Accensione (Rail)

Nei sistemi di bobine di accensione, i cosiddetti Rail, più bobine 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 esempio è un sistema completo per un motore a quattro cilindri che abbina due bobine dirette con tecnologia a doppia scintilla in un unico componente.

Requisiti di Qualità e Affidabilità delle Bobine

Sono molti i requisiti che le bobine devono avere per assicurare la massima affidabilità e prestazioni ottimali.

Isolamento Elettrico

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. 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. L'aria non è un isolante elettrico ideale ed eventuali bolle d'aria intrappolate potrebbero agire da percorso per l'alta tensione fino a massa. In particolare, 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.

Anche la qualità dell’avvolgimento è determinante, in modo da evitare rischi di cortocircuito tra le spire.

Resistenza alle Interferenze Elettromagnetiche

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. Questo è particolarmente rilevante nei veicoli moderni con un'alta percentuale di elettronica a bordo.

Resistenza alle Condizioni Ambientali

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.

Precisione Dimensionale e 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 un’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 realizzazione dei nuclei in ferro.

Codifica NGK per le Bobine di Accensione

Il sistema di numerazione NGK classifica le bobine di accensione in diverse categorie:

• U1: Bobine utilizzate su veicoli con un distributore di accensione meccanico, alimentano le candele con alta tensione tramite il distributore. Il numero di cavi di accensione richiesti corrisponde al numero di candele.
• U2: Descrive una bobina a blocco con uscite ad alta tensione multiple. Una bobina come questa alimenta contemporaneamente più candele. Generalmente è necessaria una bobina per testa cilindri.
• U3: Bobina a blocco con due uscite ad alta tensione. Una bobina alimenta contemporaneamente due candele con un impulso di energia.
• U4 Top Coil a Doppia Uscita (Pencil Coil): In questa versione, la bobina alimenta due candele con alta tensione.
• U5 Bobina Diretta a Scintilla Singola (Pencil Coil): Questi tipi alimentano sempre solo una candela.
• U6 Sistemi di Bobine di Accensione (Rail): Si tratta di bobine di accensione specifiche per cilindro in un sistema completo, in modo che un gruppo di candele venga alimentato con alta tensione dallo stesso componente. In alcuni casi è necessario più di un sistema di bobine per veicolo, per esempio una configurazione V6 ne può richiedere due.

Sintomi di una Bobina di Accensione Difettosa

Se un’auto non parte o si avvia con fatica, può esserci un problema alla bobina di accensione. Riconoscere tempestivamente i sintomi può prevenire danni maggiori e costose riparazioni.

• Motore che non funziona o funziona male: Uno degli indicatori più comuni di una bobina di accensione difettosa è un motore che non funziona o funziona male. Quando una bobina di accensione si guasta, può provocare una combustione irregolare o incompleta in uno o più cilindri, con conseguente stallo o esitazione durante la guida. Al minimo l’auto trema, in marcia sussulta o “scoppietta”.
• Difficoltà di avviamento del motore: Se il veicolo fatica ad avviarsi, soprattutto in condizioni di umidità o pioggia, la colpa potrebbe essere di una bobina di accensione difettosa. Una bobina debole o guasta potrebbe non fornire la scintilla necessaria per accendere la miscela aria-carburante, causando tempi di avviamento prolungati o mancati avviamenti.
• Diminuzione dell’efficienza del carburante: Un calo dell’efficienza del carburante può essere sintomo di vari problemi del motore, tra cui una bobina di accensione difettosa. Quando una bobina si guasta, può causare una combustione inefficiente, con conseguente aumento del consumo di carburante. Se si nota un’improvvisa diminuzione dei chilometri per gallone, vale la pena di ispezionare il sistema di accensione per individuare eventuali problemi.
• Stallo del motore: Una bobina di accensione guasta può causare uno stallo intermittente o un improvviso spegnimento del motore durante la guida. Questo si verifica quando la bobina perde la capacità di mantenere una scintilla costante, causando una perdita di potenza e un eventuale stallo. Se il veicolo si blocca inaspettatamente, soprattutto a velocità elevate, è consigliabile far controllare tempestivamente il sistema di accensione.
• Spia di controllo motore accesa (Check Engine): I veicoli moderni sono dotati di sistemi diagnostici di bordo che monitorano vari parametri del motore, tra cui le prestazioni dell’accensione. Una bobina di accensione difettosa può far accendere la spia di controllo del motore, segnalando la necessità di recuperare il codice diagnostico di guasto (DTC) e di sottoporsi a un’ulteriore ispezione da parte di un tecnico qualificato. Se la spia si accende o lampeggia, è consigliabile evitare di proseguire a lungo per non danneggiare il catalizzatore.
• Mancata accensione (Misfire): Al minimo l’auto trema, in marcia sussulta o “scoppietta”.
• Mancato avviamento: Se la bobina d’accensione è totalmente guasta, l’assenza di scintilla genera il mancato avviamento della vettura.
• Scintille anomale: Scintille arancioni denotano che la bobina non è in grado di erogare sufficiente energia alle candele. Potrebbero inoltre non esserci alcuna scintilla, indicando una bobina rotta o connessioni danneggiate.

Diagnosi e Manutenzione della Bobina di Accensione

Ignorare i segnali di una bobina di accensione difettosa può portare a costose riparazioni e a potenziali rischi per la sicurezza sulla strada.

Verifica del Funzionamento

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). La bobina viene testata dopo essere stata rimossa. A tal fine, tenere il rilevatore sul componente elettrico da controllare.

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.

Cause di Guasto delle Bobine di Accensione

Una bobina auto è un componente cruciale nel sistema di accensione di un veicolo, ma può rompersi per vari motivi.

• Usura naturale: Con il tempo e l'uso continuo, la bobina può semplicemente esaurire la sua vita utile.
• Fluttuazioni eccessive di tensione: Possono danneggiare la bobina.
• Umidità: L'umidità che penetra nel sistema può portare a cortocircuiti o corrosione dei componenti interni.
• Manutenzione inadeguata del veicolo: La sostituzione irregolare delle candele o l'utilizzo di componenti di qualità inferiore può sovraccaricare e compromettere la bobina di accensione. La scarsa conduttività elettrica all'interno della bobina è una delle cause più comuni di malfunzionamento.

Montaggio e Sostituzione

Un montaggio corretto è essenziale per consentire alla bobina di accensione di svolgere in modo ottimale il suo lavoro per tutta la durata utile.

• Evitare forza eccessiva: Se una bobina di accensione non si monta correttamente, verificare l’applicazione del veicolo.
• Corrispondenza dei terminali: I terminali dei cilindri e 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.
• Utilizzo di attrezzi specifici: È 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.

La sostituzione delle bobine d’accensione è relativamente semplice, ma richiede attenzione ai dettagli. Se non ci si sente sicuri nella sostituzione, è consigliabile rivolgersi a un professionista qualificato per assistenza.

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