Accensione Digitale Programmabile per Moto Morini bicilindriche

Avete mai avuto problemi con il pick-up (captatore magnetico o, per meglio intenderci, l'equivalente delle "puntine" sulle Moto Morini V-twin)? In queste pagine viene descritto come può essere realizzato un sistema di accensione alternativo per le nostre Moto Morini bicilindriche (250-350-500) che si integra con l'impianto elettrico esistente senza dover procedere alla sostituzione delle bobine originali.



Breve introduzione al sistema di accensione originale

Il sistema di accensione originale é del tipo a scarica capacitiva e si compone dei seguenti elementi:

bobina sull'alternatore schema dell'impianto di accensioone originale
1 - Alternatore

2 - Trasduttore
(all'interno Bobina AT)

3 - Pick-up
(captatore magnetico)

4 - Candela














L'alternatore é composto da una parte fissa ed una rotante che sono rispettivamente lo statore ed il rotore (nelle Moto Morini il rotore assolve anche alla funzione di volano). Lo statore é composto da n°6 espansioni polari, ciascuna delle quali ospita un avvolgimento (soltanto uno di questi é utilizzato dal sistema di accensione: gli altri cinque sono dedicati al regolatore di tensione, quindi ricaricano la batteria e forniscono la corrente necessaria alle dotazioni di bordo durante la marcia). L'avvolgimento che fornisce l'energia necessaria per far scoccare la scintilla agli elettrodi delle candele é ben visibile nella foto qui sopra. Un capo dell'avvolgimento in questione é collegato a massa l'latro, attraverso il filo verde, alimenta in parallelo i due trasduttori (in altre parole questo avvolgimento é in comune per entrambi i cilindri).

schema elettrico del trasduttore

Il trasduttore é composto da una manciata di componenti elettronici e da una bobina AT collegati secondo lo schema qui a fianco. Come si può vedere, il funzionamento del trasduttore é relativamente semplice: inizialmente l'SCR TIC106D (diodo comandato) può essere visto come un interruttore aperto e pertanto lascia caricare il condensatore da 1uF dalla corrente raddrizzata (dal diodo 1n4007 - singola semionda) proveniente dall'alternatore (nota: il polo negativo del condensatore é collegato a massa attraverso il diodo 1n4007).
Successivamente, quando sul gate dell' SCR verrà applicata la tensione necessaria (e fino alla scarica del condensatore), il diodo comandato si comporterà effettivamente come un diodo che, dal momento che la corrente dell'alternatore é raddrizzata (stiamo ragioniamo in continua), potremo ulteriormente semplificare paragonandolo ad un interruttore chiuso il quale produrrà due effetti:

trasduttore ducati 323921

1 - Portare alla tensione di massa il polo positivo del condensatore (nota: il negativo è collegato direttamente al primario; il diodo 1n4007 che collega il polo negativo alla massa in questa fase può essere visto come un interruttore aperto).
2 - Portare alla tensione di massa il filo verde proveniente dall'alternatore.

Il primo effetto farà si che la tensione presente ai capi del condensatore venga applicata istantaneamente all'avvolgimento primario della bobina che, per l'effetto moltiplicatore del rapporto spire, innalzerà la tensione ai capi del secondario (che è collegato agli elettrodi della candela). Allorquando la tensione al secondario della bobina fosse in grado di superare la rigidità dielettrica, comparirà l'arco voltaico sugli elettrodi della candela ovvero la scintilla. Possiamo in altre parole dire che l'energia immagazzinata nel condensatore si trasforma, in fase di scarica, in calore prodotto dall'arco elettrico nella candela.
Il secondo é un effetto che potremmo definire collaterale del sistema: durante il tempo di scarica del condensatore le semionde positive che arrivano dall'alternatore vengono cortocircuitate verso massa dall'SCR. Per effetto joule, dunque, avremo un incremento della temperatura dell'avvolgimento sull'alternatore.
Considerando che il tempo di scarica del condensatore è limitato (rispetto al ciclo di carica-scarica) e che il sistema d'accensione funziona egregiamente da circa 40 anni, tale effetto indesiderato è da ritenersi tutto sommato trascurabile.

captatore

Il pick-up (captatore magnetico) si compone di una parte statica e di una rotante. La parte rotante é costituita da un magnete accoppiato in asse ad una estremità dell'albero a camme (di conseguenza ruota ad una velocità pari alla metà di quella dell'albero motore e permette di non avere la scintilla persa in fase scarico). La parte statica é costituita da un supporto in ABS che ospita due avvolgimenti (uno per ogni cilindro) che opportunamente posizionati sono in grado di rilevare la fasatura del motore. Lo statore é fissato al motore attraverso due bulloncini che insistono su fori asolati in modo da poter consentire qualche grado di regolazione. I due avvolgimenti dello statore sono collegati ad una estremità verso massa, mentre l'altro capo viene collegato ai rispettivi trasduttori per andare a pilotare l'SCR.
Per quanto descritto il pick-up é dunque il componente del sistema che determina l'istante in cui avviene la scintilla. L'espressione della distanza in termini di gradi di rotazione dell'albero motore tra la posizione in cui avviene la scintilla e quella relativa al PMS (punto morto superiore) é nota come angolo di anticipo d'accensione. Per ottimizzare il rendimento dei motori a combustione interna é noto che "l'anticipo" (brevemente) deve essere fatto variare in funzione del numero di giri del motore. Rimane da comprendere come fa il nostro pick-up a variare l'angolo di anticipo di accensione.
Per far ciò analizziamo il segnale all'uscita degli avvolgimenti del pick-up e vediamo come esso varia in funzione del numero dei giri motore. Collegando un oscilloscopio ai capi di uno dei fili rossi che dal pick-up vanno ai rispettivi trasduttori, otteniamo dei tracciati di questo tipo:

segnale all'uscita del captatore


Il manuale d'officina prevede che l'angolo di anticipo (per la 3 e 1/2 Sport) deve essere pari a 34° quando il motore viene portato al regime di 6'000 giri/min.
Il primo grafico é relativo alla condizione appena descritta. In particolare si nota che quando al gate dell'SCR vengono raggiunti 1.3 Volt scocca la scintilla (captatore rosso con trasduttori 323921).
Il valore di tensione per cui l'SCR entra in conduzione é definito dal partitore di tensione che si trova all'interno del trasduttore a monte del gate (resistenze di 10 Ohm e 68 Ohm).
Al variare del numero di giri motore varia l'ampiezza del segnale in uscita del captatore: nella stessa immagine é riportato anche l'andamento del segnale a 1'000 giri/min e si può notare come il valore di 1.3 Volt venga raggiunto per un angolo di anticipo inferiore (10°).

Qui concludo la mia descrizione del sistema di accensione originale, per coloro che desiderassero approfondimenti sull'argomento segnalo due siti internet di sicuro interesse:

- La sezione "Tecnical" del Morini Club.NL con particolare riferimento all'articolo di Franz Grabowski

- Il sito di Marcus Heilig che mostra le curve di anticipo


Considerazioni sul sistema di accensione originale

Il sistema di accensione sopra analizzato é in perfetto stile Morini: efficace, semplice, all'avanguardia.
Agli inizi degli anni '70 la quasi totalità delle motociclette (anche marchi importanti e blasonati) aveva un sistema di accensione basato sull'impiego delle puntine, con tutto ciò che ne consegue. L'ing. Lambertini ebbe (ancora una volta) la capacità di vedere oltre e dotò i sui capolavori di quel pizzico di tecnologia in più che di lì a breve sarebbe divenuta un requisito essenziale per tutti i moderni motori.

A favore:

- Capacità di avviare il motore anche senza la batteria (il circuito é completamente indipendente).

- Manutenzione praticamente nulla (non essendoci contatto tra le parti rotanti in movimento non c'é usura).

- Estrema semplicità di regolazione dell'angolo di anticipo.


Contro:

- Si registra una percentuale di rotture della bobina posta sull'alternatore (siccome é in comune per i due cilindri: si rimane a piedi!).

- Si registra una percentuale di rotture del pick-up (gli avvolgimenti sono indipendenti: in generale si riesce a tornare a casa con un cilindro).

- Negli anni sono stati impiegati componenti diversi che non possono essere combinati tra di loro: al giorno d'oggi é probabile che per la rottura di un pick-up rosso (prima versione) si debba procedere anche alla sostituzione delle bobine perché é difficile trovare il ricambio adatto (e soprattutto nuovo). Inoltre, ammesso di trovare i ricambi, sono assai costosi.

- Il pick-up ha un certo grado di "empirismo", pertanto la forma della curva é quello che é. Lo stesso ing. Lambertini, con il quale ho avuto l'onore di confrontarmi sul sistema di accensione in questione, mi ha detto che:"si é dovuto un po' adattare il motore alla curva d'anticipo".

- Ai bassi regimi, dove il ramo ha una forte pendenza, accade che una piccola variazione del numero di giri comporta una considerevole variazione dell'anticipo erogato: il risultato é un minimo irregolare.


Le problematiche sopra descritte sono state da riferimento per lo sviluppo di un sistema di accensione che mirasse a risolverle.


L' ADP - Accensione Digitale Programmabile per Moto Morini bicilindriche

Il sistema d'accensione che vado a presentare è il duale di un progetto dell' ing. Carlo Petrini, nato per le Moto Guzzi della serie "V" che montano un sistema d'accensione a scarica induttiva, opportunamente rivisitato per essere impiegato nei sistemi a scarica capacitiva (quindi anche sulle Moto Morini).

schema dell'impianto di accensioone originale e ADP

Come si può vedere nello schema qui sopra, il vecchio captatore magnetico (3) cede il posto ad un nuovo captatore ottico (5) e compare una centralina elettronica (6) in grado di pilotare i vecchi trasduttori originali e non solo, come vedremo dopo nel dettaglio). Passiamo subito all'analisi dei nuovi componenti.

Il nuovo captatore ottico
Rotore captatore ottico Come il pick-up magnetico, anche il captatore ottico si compone di un rotore e di uno statore.
Il rotore è un elemento di grande importanza in un impianto di accensione e deve essere realizzato nel rispetto di ristrette tolleranze geometriche; inoltre da lui dipende il buon funzionamento di tutto l'impianto nel tempo (non deve rompersi né allentarsi andando fuori fase). Per un hobbysta la realizzazione di un rotore da applicare su un albero a camme costituirebbe senza ombra di dubbio uno degli ostacoli maggiori da superare (senza contare che bisognerebbe ricorrere all'impiego di attrezzature specifiche utilizzate da personale qualificato come tornitori e fresatori che significa, in altre parole, che risulterebbe molto costoso).
Ho cercato allora di sfruttare il più possibile le componenti del rotore di serie. Dopo aver disassemblato il rotorino mi sono presto reso conto che la soluzione appariva più semplice del previsto (oserei dire che sembrava essere destinato allo scopo).
Nella foto riporto il rotore del captatore ottico: é stato sufficiente rimuovere la "tazza porta-magnete" e sostituirla con una comune rondella (14x28x2)<--VERIFICARE.
Lo statore é costituito da una piastrina di supporto in alluminio dello spessore di 3mm opportunamente sagomata per essere alloggiata nel vano (e con gli stessi bulloncini) del vecchio pick-up magnetico. Statore
La piastra di supporto ospita n° 4 colonnette esagonali che offrono il vincolo alle basette (millefori) degli interruttori ottici.
Le basette hanno fori di fissaggio asolati (purtroppo nelle foto delle prove di montaggio del prototipo si vedono poco) che permettono la regolazione dell'angolo di anticipo statico (da 3° a 18° prima del PMS).
I componenti elettronici scelti per gli interruttori ottici sono della OPTEK - OPB620 garantiti dalla casa costruttrice per operare con temperature fino a 100°C.

La centralina elettronica
La centralina elettronica si compone di due moduli gemelli (uno per cilindro) che lavorano in maniera indipendente l'uno dall'altro. I moduli sono separati elettricamente e ciò permette di incrementare l'affidabilità del sistema nel suo complesso (in caso di guasto ad un modulo l'altro continuerà a funzionare permettendo la marcia ad un solo cilindro; un po' come accadeva con il captatore originale).

SchemaADP
Il cuore del modulo é un microprocessore 16F690 della Microchip

In costruzione.....



Ringraziamenti
Un ringraziamento speciale va a Carlo Petrini perché grazie alla sua grande e disinteressata disponibilità sono riuscito a realizzare il sistema, ma soprattutto perché mi ha trasferito quelle nozioni di elettronica e di programmazione che mi hanno consentito di muovermi con la necessaria autonomia durante lo sviluppo del progetto.