Funzionamento e principio della bobina di accensione
La bobina di accensione di un'auto è un componente chiave del sistema di accensione del veicolo.
La bobina di accensione di un'auto ha il compito principale di convertire la bassa tensione (solitamente 12 volt) fornita dalla batteria del veicolo in un'alta tensione (solitamente decine di migliaia di volt) per generare una scintilla che innesca la combustione della miscela di carburante nei cilindri del motore. La bobina di accensione funziona secondo il principio dell'induzione elettromagnetica, convertendo l'elettricità a bassa tensione in elettricità ad alta tensione per garantire il normale funzionamento e la combustione regolare del motore. La bobina di accensione di un'auto è composta principalmente dalla bobina stessa e dal dispositivo di commutazione.
Il motivo per cui la bobina di accensione può convertire l'elettricità a bassa tensione del veicolo in alta tensione è che ha la stessa forma di un comune trasformatore e il rapporto di spire tra l'avvolgimento primario e quello secondario è elevato. Tuttavia, la modalità di funzionamento della bobina di accensione è diversa da quella di un comune trasformatore. Un comune trasformatore funziona in modo continuo, mentre la bobina di accensione funziona in modo intermittente. Immagazzina e rilascia ripetutamente energia a diverse frequenze in base ai diversi regimi del motore.
Quando l'avvolgimento primario è collegato all'alimentazione, con l'aumentare della corrente si genera attorno ad esso un forte campo magnetico, che viene immagazzinato nel nucleo di ferro. Quando l'interruttore interrompe il circuito dell'avvolgimento primario, il campo magnetico di quest'ultimo si attenua rapidamente, inducendo una tensione molto elevata nell'avvolgimento secondario. Quanto più velocemente si attenua il campo magnetico dell'avvolgimento primario, tanto maggiore è la corrente al momento dell'interruzione e tanto più elevato è il rapporto di spire tra i due avvolgimenti, tanto maggiore sarà la tensione indotta dall'avvolgimento secondario.
Le bobine di accensione si classificano in due tipi in base ai loro circuiti magnetici: a magnete aperto e a magnete chiuso.
Bobina di accensione a circuito magnetico aperto
La bobina di accensione a circuito aperto ha generalmente una struttura a forma di cilindro. È composta da diverse lamiere di acciaio al silicio impilate insieme a formare un nucleo a forma di asta, con l'avvolgimento secondario e quello primario avvolti rispettivamente all'esterno del nucleo. L'avvolgimento secondario ha un diametro del filo smaltato da 0,05 a 1 mm, con 20.000-30.000 spire. Il diametro del filo dell'avvolgimento primario è da 0,5 a 1 mm, ha uno spessore di 0 mm, maggiore di quello dell'avvolgimento secondario, e ha solo 150-300 spire. L'avvolgimento primario è all'esterno dell'avvolgimento secondario, quindi la variazione del flusso magnetico generata dall'avvolgimento secondario è esattamente la stessa di quella dell'avvolgimento primario. Le direzioni di avvolgimento dell'avvolgimento primario e di quello secondario sono le stesse. L'estremità iniziale dell'avvolgimento secondario è collegata al connettore di uscita ad alta tensione, mentre la sua estremità finale è collegata all'estremità iniziale dell'avvolgimento primario e al terminale "+" dell'involucro. L'estremità dell'avvolgimento primario è collegata al terminale "I" dell'involucro e al collettore del transistor di potenza all'interno dell'accenditore. L'accenditore controlla l'accensione e lo spegnimento della corrente nell'avvolgimento primario.
Bobina di accensione a circuito magnetico chiuso
Il nucleo di una bobina di accensione a circuito magnetico chiuso è racchiuso e tutto il flusso magnetico passa attraverso l'interno del nucleo. La permeabilità magnetica del nucleo è circa diecimila volte superiore a quella dell'aria. Pertanto, affinché una bobina di accensione a circuito magnetico aperto raggiunga lo stesso flusso magnetico di una bobina a circuito magnetico chiuso, il suo avvolgimento primario deve avere una forza elettromotrice magnetica (f.e.m.) relativamente elevata (ampere-spire). Di conseguenza, è necessario adottare avvolgimenti primari con un maggior numero di spire e diametri di filo più grandi. Il numero di spire nell'avvolgimento primario è elevato. Se si vuole ottenere lo stesso rapporto di spire, è necessario aumentare anche il numero di spire nell'avvolgimento secondario. Pertanto, la miniaturizzazione della bobina di accensione a circuito aperto è impossibile. Al contrario, per una bobina di accensione a circuito magnetico chiuso, grazie alla sua bassa resistenza magnetica, è possibile ridurre efficacemente la f.e.m. magnetica della bobina e miniaturizzarla. Attualmente, le bobine di accensione a circuito magnetico chiuso sono state miniaturizzate a tal punto da poter essere integrate con l'accenditore o addirittura con la candela. La candela innesca la combustione del gas infiammabile compresso presente nel cilindro. La bobina di accensione tradizionale è di tipo a magnete aperto. Il suo nucleo è costituito da lamine di acciaio al silicio sovrapposte, spesse circa 0,3 millimetri, attorno alle quali vengono avvolti gli avvolgimenti primario e secondario. La bobina a magnete chiuso utilizza un nucleo di ferro di forma simile al tipo III per avvolgere l'avvolgimento primario, sul quale viene poi avvolto l'avvolgimento secondario. Le linee di campo magnetico formano un circuito magnetico chiuso grazie al nucleo di ferro. I vantaggi della bobina di accensione a magnete chiuso sono una minore dispersione magnetica, una minore perdita di energia e dimensioni ridotte. Per questo motivo, la bobina di accensione a magnete chiuso è ampiamente utilizzata nei sistemi di accensione elettronica.
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