Sistema di accensione elettronica (senza puntine)
Installazioni su Moto Guzzi
Domande e Risposte

INTRODUZIONE 

Il sistema di accensione che descrivo rappresenta la naturale evoluzione del circuito salva puntine già presentato, il quale pur risolvendo in modo ottimale il problema dell'usura delle parti platinate delle puntine, tuttavia non può evitare il consumo per strofinio del pattino in teflon, con conseguente variazione della fase di accensione e sostituzione finale delle puntine. In aggiunta a ciò occorre considerare, per motori con più di 50.000 km, la probabile rottura sia della molla che della massa di espansione dell'anticipo automatico. La molla e la massa si rompono nel loro punto di aggancio. 

Il sistema si basa sull'impiego di due interruttori ottici per la parte di misura della velocità di rotazione del motore e su due microcontrollori (PIC) in tecnologia CMOS a 8 bit per l'elaborazione dei segnali di comando del punto di accensione. Poiché i sensori rilevano direttamente la rotazione dell'albero  motore e non c'è modo, in generale, di distinguere la fase di scoppio da quella di aspirazione il sistema genera una scintilla ad ogni giro del motore (scintilla persa). Per le moto guzzi invece stante lo sfasamento dei cilindri di 90° che comporta un diverso tempo di rotazione delle fasi di scoppio e di scarico è però possibile la sincronizzazione dell'accensione con il ciclo di scoppio, con ciò consentendo di sopprimere la scintilla (interruttore INT chiuso) nel ciclo di scarico con evidenti vantaggi in termini di affidabilità, assorbimento di corrente, riscaldamento bobine e di energia resa alle candele in particolare agli alti regimi di rotazione. 

Per la rilevazione degli istanti di passaggio del motore per i punti di anticipo fisso vengono utilizzati due dischi (in alluminio) montati assialmente all'alternatore sovrapposti e mobili l'uno rispetto all'altro per facilitare la messa in fase. 
I dischi, ruotando, interrompono il fascio di luce tra le espansioni degli interruttori ottici e la transizione da non passaggio luce a quella di passaggio corrisponde al transito dei pistoni per il punto di anticipo fisso (7° per il V65).

La scelta di adottare due microprocessori separati discende dalla necessità di mantenere alta l'affidabilità generale in quanto in questo modo la rottura di un componente di una sezione non tocca in alcun modo la funzionalità dell'altra (esattamente come avviene per il sistema a puntine).

Il sistema consente (stante la programmabilità del dispositivo) di scegliere in tempo reale (con un deviatore a 3 posizioni) la curva di anticipo tra tre disponibili, costruite dall'utente, delle quali una fissa (programmata in sede di scrittura del pic) e altre due modificabili a mezzo della funzione dedicata del software di interfaccia INTACCEL (s.o. Windows).
In aggiunta, il modulo di controllo trasmette sul suo canale seriale (31.250 Baud) il tempo di rotazione (e altri dati) di ciascun giro motore consentendo sempre utilizzando INTACCEL misure di variazione della velocità in funzione del tempo. 
Il collegamento con il PC è realizzato tramite interfaccia MIDI/USB din basso costo e facilmente reperibile in commercio.

Vedi un breve video dimostrativo del funzionamento del disco e degli interruttori ottici che sostituiscono le puntine.

Il sistema è applicabile a tutti i modelli moto Guzzi; per quelli a spinterogeno occorrerà aggiungere una seconda bobina. Può essere anche utilizzata su moto dove sia possibile installare il dispositivo disco su un asse sincrono con l'albero di rotazione del motore.

Il preesistente sistema a puntine non viene in alcun modo alterato e si può passare dall'uno all'altro semplicemente azionando un relais o un deviatore a due vie anche in condizioni di marcia (il relais/deviatore è opzionale e dopo aver preso confidenza con la nuova accensione consiglio di non montarlo), in questo caso solo però se è installato il sistema salva puntine. Dopo aver fatto qualche migliaio di km e aver verificato che tutto funziona consiglio però di rendere inattivo il sistema a puntine in modo da preservarlo per un possibile (tutto è possibile) uso futuro. Occorrerà bloccare l'espansione delle masse centrifughe (basta legarle con un filo) e togliere le puntine oppure mantenerle sollevate dall'alberino che le controlla.

Al momento (giugno 2015, km 120.000) ho percorso con il sistema di accensione elettronico oltre 38.000 km (nelle varie condizioni atmosferiche, temperature ambiente sino a 41°C) senza alcun inconveniente imputabile al sistema (la prima sperimentazione risale al mese di giugno 2009).

Le caratteristiche della (ultima) versione 5.25 sono:
1. campo di applicazione sino a 8.000 g/m (per evitare la dissipazione eccessiva di potenza in calore da parte della bobina la durata dell'impulso di corrente che la attraversa viene variata in funzione della velocità di rotazione);
2. andamento della curva dell'anticipo automatico programmabile da PC per mezzo dell'interfaccia INTACCEL ad hoc sviluppata (Windows XP). E' possibile programmare sino a 3 curve 0, 1, 2, di anticipo che possono essere selezionate in tempo reale mediante l'uso di un selettore rotante. Le curve sono disegnate dall'utente spostando il dispositivo di puntamento sul diagramma di lavoro della funzione Programmazione Curva Anticipo (vedi pagina di programmazione). Delle tre curve la curva 0 è scritta nella memoria di programma e non può essere modificata dall'utente. Il valore dell'anticipo è dato con passi di 100 g/m;
3. funzionamento in modalità sincronizzata (per le moto guzzi). Dopo l'accensione (entro 10 s) del motore il programma si allinea con il ciclo di scoppio ed elimina la scintilla in fase di scarico. Il tempo di circolazione della corrente nella bobina agli alti regimi aumenta con ciò portando al massimo il valore dell'energia conferita alle candele. Il funzionamento in modo sincronizzato è scelto chiudendo l'interruttore INT. Quindi con INT aperto o assente il funzionamento è normale a doppia scintilla;
4. misura dinamica della tensione di batteria. Correlata al tempo corrente della misura consente la visualizzazione su PC della tensione nel tempo (INTACCEL) dando la possibilità di osservare l'andamento della tensione in particolare durante la fase di accensione motore dove massima è l'erogazione della corrente della batteria. Lo scostamento della tensione dal valore nominale consente in fase di avviamento motore di valutare lo stato di salute della batteria, mentre in fase di marcia potrà risultare utile per valutare il funzionamento del gruppo alternatore/regolatore;
5. durata dell'impulso di corrente di eccitazione della bobina in funzione della velocità di rotazione programmato in sede di scrittura del PC;
6. uscita per segnalare con un led la modalità di funzionamento sincronizzato;

7. uscita per segnalare l'assenza di rotazione ROTOFF. Può essere usato per inibire l'accensione del motore tramite il comando START quando il motore sia già acceso;
8. trasmissione dati seriale start/stop a 31.250 Baud (protocollo MIDI). Trasmette ad ogni giro motore le informazioni di periodo di rotazione, angolo di anticipo applicato, posizione del selettore SEL e del pulsante PLS, modalità di funzionamento sincronizzato/no sincronizzato, tensione di batteria;
9. interruzione della corrente nella bobina a motore fermo (utile per evitare bruciature delle bobine a bassa resistenza).

Per semplificare la costruzione dei due circuiti che compongono il sistema sono disponibili i due circuiti stampati per il modulo di controllo e per gli interruttori ottici (realizzati in modo professionale).

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

Il processo di generazione della scintilla ad un istante prestabilito può considerarsi come risultato di tre funzioni distinte: A rilevazione degli istanti di passaggio dei pistoni per i punti di anticipo fisso; B misura del periodo di rotazione del motore, calcolo del valore di anticipo tenendo conto della curva dell'anticipo da applicare e di tutte le variabile interne e esterne (tempo di esecuzione delle istruzioni, tempo di ritardo tra il fronte di spegnimento del mosfet e istante di inizio scarica della candela), generazione del segnale elettrico per il comando di accensione; C attivazione/disattivazione del passaggio della corrente attraverso la bobina per la generazione della scintilla.

A: la conversione degli istanti di passaggio per i punti di anticipo fisso in un segnale elettrico è realizzata facendo ruotare un disco di alluminio con diametro massimo di 68 mm, montato centralmente in testa alla vite di tenuta dell'alternatore, tra le espansione di due interruttori ottici (uno per cilindro) tipo OPB620 della OPTEK. La scelta di questo componente è dovuta sia al fatto che esso è in grado di operare sino a 100°C (la casa costruttrice garantisce che l'interruttore ottico funziona regolarmente sino alla temperatura di 100 °C, ciò implica anche che comunque l'OPB620 può lavorare senza danni a temperature di poco superiori), temperatura difficilmente raggiungibile davanti all'alternatore, sia alla semplicità di utilizzo e installazione.  

Gli OPB620 sono disposti a 90° e quello più in alto (IO D) fornisce il segnale per il cilindro destro (visto da chi guida). Come si vede in figura (vedi dischi) il bordo per 45° ha diametro 68 mm e per i restanti 315° 56 mm. Questa diversità in fase di rotazione consente il passaggio/interruzione della luce tra gli elementi diodo emittente e foto-transistor ricevente dell'OPB620. Al momento della messa in fase il disco va bloccato in modo che con il pistone destro al punto di anticipo fisso (osservare la punzonatura sul volano motore), considerando che la rotazione vista frontalmente è in senso orario, il bordo B si trovi al centro del OPB620 destro (nella foto accanto il il disco è nella posizione di passaggio per il punto anticipo fisso, transizione non passaggio luce->passaggio). In questa condizione il passaggio del pistone per il punto di anticipo fisso è indicato dal fronte di discesa della tensione (da 5 a 0V) all'ingresso del modulo di controllo.  

Gli OPB620 sono montati su un circuito stampato dedicato (nella foto è mostrato il prototipo) fissato all'alternatore con due angolari di alluminio. Il segnale generato dalla rotazione del disco è un impulso di 5V con durata 1/8 del periodo di rotazione. A 7500 g/m poiché il periodo è di 8,0 ms l'impulso ha una durata di 1,0 ms.

B: il PIC 16F890 è pilotato dall'oscillatore (segnale di orologio, oscillatore controllato a quarzo) interno di 20,000 MHz. La misura del periodo di rotazione avviene contando il numero di cicli alla frequenza di 500 kHz (periodo 2 us microsecondi) che si hanno tra gli istanti di attraversamento degli OPB620 da parte del bordo B e successivamente (all'interno dello stesso ciclo) del bordo A (guardando il disco la rotazione è oraria). 
Sino alla velocità di rotazione corrispondente all'inizio dell'anticipo automatico il segnale di accensione è generato direttamente in corrispondenza al fronte di discesa B del segnale in uscita dagli interruttori ottici (anticipo fisso) e la durata dell'impulso di corrente nella bobina è 1/3 (circa) del periodo di rotazione stesso. Nel campo di controllo automatico il valore dell'anticipo è calcolato in base al valore caratteristico di ciascuna curva per la velocità di rotazione corrente (i dati sono programmati sulla eeprom del microprocessore). La curva dell'anticipo che viene utilizzata per il calcolo è selezionata dal selettore SEL, se SEL non è collegato viene considerata la curva programmata come curva 0 (curva nominale).

A partire dall'istante di attraversamento del OPB620 del bordo A (il disco è a 45° dal punto fisso) il pic calcola la velocità di rotazione ed estrae dalla memoria selezionata i gradi di anticipo da erogare espressi in unità di 4 us. Tendo conto del tempo corrente, del tempo relativo ai gradi di anticipo e della distanza in tempo dal punto fisso calcola il tempo di attesa per lo spegnimento della bobina e la generazione dell'accensione della candela.


Poiché la corrente nella bobina produce calore e questo conduce ad una diminuzione dell'energia immagazzinabile, la programmazione deve essere tale da trovare un equilibrio tra l'esigenza di massimizzare l'energia immagazzinata e quella di contenimento della dissipazione termica dell'avvolgimento primario della bobina per effetto Joule. Per minimizzare il riscaldamento il dispositivo di potenza dovrebbe essere di tipo a scarica capacitiva. A 1000 g/m il periodo di rotazione è di 60 ms e l'impulso di accensione bobina è di 15 ms, ciò significa che mentre nel circuito classico la corrente scorre per metà ciclo nel sistema elettronico scorre per un quarto del periodo con evidente riduzione del riscaldamento. Per bobine uguali a quella in dotazione della mia V65SP questo vantaggio diminuisce però con l'aumentare del regime di rotazione. Il punto di incrocio è a circ
a 5000 g/m dove il periodo di rotazione è di 12 ms e la durata dell'impulso di accensione dovrebbe essere programmato a 6 ms (ciò per mantenere lo stesso rapporto tra tempo di circolazione corrente e periodo di rotazione alla base della progettazione della bobina). Oltre i 5000 g/m l'accensione ad ogni giro motore comporta un riscaldamento maggiore rispetto alla situazione a puntine. Per evitare la dissipazione eccessiva di potenza in calore da parte della bobina per velocità di rotazione superiori a 6.000 g/m  la larghezza dell'impulso di corrente di accensione va programmato conseguentemente. In modalità di funzionamento sincronizzato a questi regimi di rotazione  poiché non c'è più la scintilla in fase di scarico è possibile aumentare (senza un'eccessiva dissipazione di calore) il tempo di circolazione della corrente sino ad aumentare l'energia immagazzinata nella bobina al suo massimo consentito dalle sue caratteristiche elettriche.

C: il modulo che controlla direttamente la corrente nella bobina è lo stesso utilizzato nel progetto salva puntine. Questo è direttamente connesso all'uscita del modulo di controllo dell'anticipo. In futuro lo stadio di potenza (semplificato) potrebbe essere integrato nello stesso circuito stampato dei PIC.

CARATTERISTICHE ELETTRICHE E FUNZIONALI

1. ingresso IU1 riceve un impulso 5-0-5 V dagli interruttori ottici;
2. IO+ fornisce la corrente di funzionamento all'interruttore ottico;
3. IU5 uscita per segnalare l'assenza di rotazione ROTOFF. Può essere usato per inibire l'accensione del motore tramite il comando START quando il motore sia già acceso;
4. TX+ TX- trasmissione dati seriale start/stop a 31.250 Baud. Consente l'invio di dati di programmazione dal modulo SINISTRO al modulo DESTRO. Trasmette le informazioni di tempo di rotazione, angolo di anticipo applicato, ad un dispositivo ricevente esterno (PC) per mezzo dell'interfaccia MIDI/USB (vedi COLLEGAMENTO MIDI);
5. RX+ RX- ricezione dati canale seriale a 31250 Baud. Riceve dati di programmazione e di sincronismo dal modulo SINISTRO, dati di programmazione da un dispositivo esterno;
6. SEL seleziona la curva di anticipo programmata numerate da 0 (di base) a 2. Con SEL non collegato la curva attiva è quella numero 0 (vedere il programma INTACCELv10 aprendo dal menù la pagina "Programmazione Curva Anticipo");

7
. INT abilita o disabilita il funzionamento in modo sincronizzato, Con INT aperto o assente il funzionamento è quello classico con scintilla persa;
8. uscita U per led  di segnalazione modalità di funzionamento.

REALIZZAZIONE

Essenzialmente il sistema di accensione può essere realizzato in due modi diversi, modello di base e modello completo. Entrambi sono alloggiati nello stesso contenitore e utilizzano gli stessi circuiti, componenti, parti meccaniche e software. 
Il circuito stampato può essere alloggiato in una scatola TEKO 2/A (come per il salva-puntine). La scatola dovrà essere installata con le stesse precauzioni adottate per il salva-puntine e possibilmente ad essa vicina per ridurre la lunghezza dei due cavi di collegamento (punti P).
Il componente principale PIC16F690 (va montato su zoccolo da 20 pin di qualità) è fornito dallo scrivente aggiornato con l'ultima versione del programma di gestione; per le programmazioni delle versioni successive il richiedente dovrà farsi carico delle sole spese postali.
Particolare cura dovrà porsi per la parte meccanica in modo da assicurare nel tempo la stabilità del disco e degli interruttori ottici.
Il carter che chiude l'alternatore dovrà essere distanziato dalla sua normale sede di fissaggio di almeno 5 mm per consentire al disco di ruotare senza impedimento.

Modello di base.
Il modello di base si distingue dal punto di vista costruttivo per il minore numero di componenti montati e dal punto
di vista funzionale dalla non programmabilità locale (attraverso il PC) delle curve di anticipo e dei tempi di circolazione della corrente nella bobina. Risulta inoltre semplificato il cablaggio e ridotti i cavi di collegamento. E' consigliato a tutti coloro che vogliono semplicemente sostituire il vecchio sistema a puntine. Da notare che il software dei  due modelli rimane lo stesso, la differenza è nel fatto che nel modello base non è possibile la comunicazione tra i due PIC e tra i PIC e il PC.
Lo schema elettrico di riferimento è in figura SCHEMA ELETTRICO DI BASE mentre lo schema di cablaggio che ne consegue è quello di figura
ACCENSIONE DI BASE CABLAGGIO. 
Le due sezioni Master e Slave funzionano allo stesso modo (Master) e sono tra esse indipendenti poiché manca il canale di comunicazione che le collega. I PIC sono forniti già completi di programmazione che viene stabilita in base alla curva di accensione desiderata e alle caratteristiche elettriche (dinamiche) delle bobine utilizzate. In figura il modulo inserito nel contenitore e connesso con due cavi al modulo di potenza (salva-puntine) e agli interruttori ottici.
La foto accanto è del modello di base ed è possibile valutare la differenza in termini di componenti con quello completo (più in alto). 

Modello completo.
Come si vede dallo schema elettrico MODULO CONTROLLO COMPLETO SCHEMA ELETTRICO e dallo schema di cablaggio ACCENSIONE COMPLETA CABLAGGIO il modello completo ha montati i due isolatori ottici che consentono la comunicazione tra PIC e tra il modulo di controllo e il PC, più alcune resistenze per il pilotaggio di due LED e per la connessione al commutatore a 1 via 6 posizioni SEL1 e al pulsante PLS. L'utilizzo dei led, di SEL1 e PLS è descritto più in alto nel paragrafo
CARATTERISTICHE ELETTRICHE E FUNZIONALI.
La versione attuale del programma 1.63 non fa uso dei due diodi LED e del pulsante PLS; le resistenze e i terminali ad essi relativi possono però essere comunque montati per usi futuri.

Cablaggio
Il circuito stampato del modulo di controllo ospita le due sezioni Sinistra e Destra da collegare poi al dispositivo salva-puntine come indicato nello schema di cablaggio CABLAGGIO MODULO CONTROLLO COMPLETO. Come detto non è necessario eseguire tutti i collegamenti mostrati nel cablaggio, ci si potrà limitare a quelli indispensabili in funzione delle proprie esigenze.  Lo schema di cablaggio CABLAGGIO SENSORI E MODULO DI POTENZA (SALVA-PUNTINE) riporta in dettaglio i collegamenti da fare per la connessione del modulo di controllo accensione agli interruttori ottici e al salva-puntine. Questo è il cablaggio minimo da realizzare per avere il sistema di accensione elettronica di base. Eseguire i collegamenti di massa come indicato per minimizzare l'influenza dei disturbi elettrici sui segnali generati dagli interruttori. Utilizzare un cavo schermato da 6 poli; i fili vanno saldati direttamente ai pin degli OPB620 da un lato e dall'altro vanno collegati ad un connettore faston a 6 poli. I fili che vanno al salva-puntine sono da 0,75 mmq. Il filo di massa va collegato all'omonimo del salva-puntine appena dopo l'uscita del contenitore TEKO. Per la costruzione dei dischi fare riferimento alla figura DISCHI SENSORI.

PREPARAZIONE ALTERNATORE CON SCHEDA INTERRUTTORI OTTICI (IO)

Realizzazione scheda IO
Montare i terminali per cs (sono venduti in strisce)  dopo averli separati a coppie di 3, 2 e 1 (vedi foto). Vanno inseriti dal lato saldature utilizzando un piccolo martello (con attenzione). Una volta inseriti a fondo estrarre la parte di plastica e reinserirla lato componenti. Essendo la lamina del cs molto spessa (0,105 mm) la saldatura va fatta con un adeguato saldatore (circa 50W). I PIC vanno montati allineandoli perfettamente alla serigrafia, ciò garantirà un angolo di montaggio di 90° tra l'interruttore di sx e di dx. Nell'operazione di messa in fase potrebbe rendersi necessario ritoccare la posizione del sx rispetto al dx  e ciò sarà fatto ruotando opportunamente a mano l'interruttore sx (lo spostamento potrà essere dell'ordine di  1 o 2°). Consiglio anche di saldare un filo a U sul bordo del fotodiodo inferiore per ridurre al minimo la possibilità di vibrazioni trasmesse dall'alternatore alla scheda (non è strettamente necessario, sul mio sistema non c'è e funziona tutto benissimo).

Montaggio scheda IO sull'alternatore
La scheda IO va fissata mediante due angolari a L ai gambi dei due bulloni rovesciati A e B. Mentre A è collegato a massa, B è sotto tensione. Togliere da A la preesistente linguetta (non utilizzata), in B ribaltare la linguetta e montarla e orientarla come nella foto (il precedente cablaggio dovrà essere facilmente ripristinabile).
A destra, i due angolari sono fissati all'alternatore con i dadi originali. Le due viti da 4M bloccano la scheda IO. Sotto il dado della vite di sinistra sono inserite 3 rondelle mentre a destra le rondelle sono 2; questo per compensare la differente distanza dei due angolari dal piano dell'alternatore e mantenere la scheda IO il più possibile parallela a questo ultimo.

In basso a sinistra la scheda IO è ora montata sull'alternatore. Fare attenzione al fatto che l'angolare di destra è elettricamente collegato ad un morsetto di uscita dell'alternatore e non deve mai entrare in contatto con la massa. A destra particolare del montaggio IO sinistro.

Agendo sui dadi A, B, C e D allineare il profilo curvo della scheda IO a quello dell'alternatore.


Preparazione del cavo estremità verso il connettore faston a 6 poli. Saldare un filo di colore scuro (in figura blu) allo schermo del cavo (vanno attorcigliati). Degli otto fili del cavo selezionarne due gruppi da tre (colori giallo, rosso, blu IO destro, verde, rosa, marrone IO sinistro), i due fili restanti bianco e grigio vanno tagliati. Proteggere i fili con termorestringente da 3,2 e 6,4 mm. Montare il connettore a 6 poli.

I fili verde, rosa, marrone vanno collegati all'IO sinistro, gli altri al destro. Bloccare i cavi dell'IO sinistro con una cinghietta stringi-cavo previa foratura con punta da 3,0 mm sulla scheda IO; nella parte destra (al contrario di come si vede nella foto) la foratura dovrà essere da 1,0 mm e andrà usato un filo di rame al posto della cinghietta. Attenzione: la maglia di schermatura del cavo va tagliata senza essere collegata a massa.

Il cavo che si dovrà collegare alla centralina va fissato ai tre fili già collegati al connettore a 3 poli dell'alternatore. 



AVVERTENZE

Stante la delicatezza che il circuito di accensione riveste per la sicurezza di chi viaggia, al fine di ridurre al minimo le probabilità di rottura  è necessario che il progetto proposto sia realizzato a regola d'arte, impiegando componenti di qualità e ponendo grande attenzione al loro montaggio.

CONCLUSIONI
Naturalmente resto a disposizione di coloro che condividendo con me la passione per le moto vogliano cimentarsi nella realizzazione di questo utile e innovativo sistema di accensione.

Buon viaggio,

Carlo Petrini

SCHEMA ELETTRICO COMPLETO DI UN MODULO DI CONTROLLO

MODULO CONTROLLO SCHEMA ELETTRICO DI BASE

ACCENSIONE DI BASE CABLAGGIO

 

CABLAGGIO SENSORI E MODULO DI POTENZA (SALVA-PUNTINE)

COLLEGAMENTO MIDI

DISCHI INTERRUTTORI OTTICI

CIRCUITO STAMPATO: MODULO DI CONTROLLO (LATO COMPONENTI)

 

CIRCUITO STAMPATO: INTERRUTTORI OTTICI

INTACCEL - PAGINA DI PROGRAMMAZIONE CURVE DI ANTICIPO

 

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