Ripariamo il regolatore di tensione della Citroën DS

Paolo Passerini marzo 2011

Recentemente mi sono imbattuto in un problema abbastanza diffuso, a quanto pare, sulle nostre Citroën. Il bagliore insolito della luce dei fari ha richiamato la mia attenzione sulla tensione di carica della batteria. Dopo una rapida verifica con un tester mi sono reso conto che la batteria e l'impianto elettrico della mia Dspecial erano messi sotto stress in modo anomalo: 15 V erano decisamente troppi sia per la batteria che per le lampadine. Dopo 40 anni di servizio si può comprendere che l'invecchiamento del regolatore incominci a farsi sentire. Dopo aver consultato diversi ricambisti e vari forum in rete, mi sono imbattuto in un articolo che spiega come sostituire il regolatore elettromeccanico delle nostre Citroën con un moderno regolatore Ford, opportunamente nascosto dentro il contenitore originale. Questo articolo a firma di Mark L. Bardenwerper è facilmente scaricabile da internet all'indirizzo http://www.candokaraoke.com/Regulator.pdf. Ho trovato questo articolo molto interessante al punto che ho deciso di tradurlo in italiano e renderlo pubblico. Inizialmente ho pensato di seguire l'esempio indicato o comunque di rinnovare il mio Paris-Rhone con un circuito di tipo switching-PWM, sistema adottato nelle auto moderne. Questa miglioria permetterebbe una regolazione costante della corrente di carica e della tensione di batteria: niente sbalzi di intensità delle luci, oltre a un addizionale beneficio per la durata delle lampade a incandescenza. L'articolo americano mi ha permesso di integrare le conoscenze che avevo sull'argomento e da lì ho ripreso lo schema elettrico che qui ripropongo leggermente modificato. Una volta smontato il regolatore ho trapanato i rivetti e ho tolto il coperchio e... sorpresa! A differenza del fondo posteriore dove sono montate le resistenze, non ho trovato dei relè cotti e ossidati come avrei pensato, ma dei componenti puliti e integri. L'interno del regolatore mostra una pulizia eccezionale tanto da sembrare nuovo. E' affascinante pensare che dopo 40 anni la guarnizione di sughero continui a fare il suo lavoro egregiamente, proteggendo i componenti all'interno. Un semplice e rudimentale regolatore basato su un unico relè SPDT contro elaborati circuiti elettronici impiegati oggigiorno: tutto questo merita rispetto! Poi ho pensato che un circuito semplice è più affidabile rispetto alla tecnologia sofisticata di oggi. Insomma, se ha funzionato per quaranta anni può durarne altrettanti, mentre non sarei così sicuro del contrario. Non credo vi siano molte differenze tra il mio Paris-Rohne e il Ducellier, sicuramente non a livello funzionale. Credo quindi che descrivendone il funzionamento possano essere soddisfatti tutti i possessori di Ds. Nella foto sottostante è visibile il regolatore come è apparso una volta aperto. Da sinistra, in basso, il contatto di massa, il terminale L (rosso), al centro il terminale R (bianco) e a destra il terminale EXC (giallo). Nella parte superiore il faston del terminale BOB (BAT).

Funzionamento del regolatore

Incominciamo dunque a vedere come funzionano i principali componenti connessi tra loro: regolatore di carica, alternatore e batteria, facendo riferimento allo schema elettrico sottostante.

Il regolatore ha lo scopo di fornire la tensione di eccitazione all'alternatore e di regolarne l'uscita, in modo che la tensione della batteria non possa superare i 14-14,2 V. Inoltre pilota la spia dell'alternatore ed evita che il motorino di avviamento possa essere messo in moto a motore già acceso (su alcuni modelli). L'alternatore è costituito da due organi: il rotore e lo statore. Gli avvolgimenti dello statore (parte esterna) sono quelli che generano la corrente alternata destinata alla carica della batteria. Gli avvolgimenti del rotore invece sono solidali all'albero dell'alternatore e servono a produrre il campo magnetico rotante che energizza lo statore. Questo insieme costituisce un generatore trifase e produce corrente alternata. Per poter caricare la batteria occorre raddrizzare questa tensione e renderla continua. Questa funzione è assolta dei diodi rettificatori connessi a doppia semionda che, comportandosi come delle valvole "di non ritorno", fanno circolare la corrente elettrica solo nel verso prestabilito permettendo alla batteria di essere ricaricata. Inoltre evitano che la corrente elettrica possa circolare a ritroso, dalla batteria verso l'alternatore, quando l'alternatore non produce corrente. Quando la chiave è estratta dal quadro il terminale BOB del regolatore è connesso a massa tramite il contatto di accensione: il regolatore non può funzionare perchè non è alimentato. Introducendo e girando la chiave in senso orario il regolatore viene scollegato dalla massa e connesso al terminale positivo della batteria, ricevendo così la corrente necessaria per comandare l'eccitazione dell'alternatore. La spia è collegata da una parte al polo positivo della batteria e dall'altra a massa (quindi al polo negativo) tramite il contatto L del relè della spia dell'alternatore che in questo momento è chiuso. Adesso la lampadina è accesa e segnala che l'alternatore non sta caricando la batteria. Il terminale R del regolatore è collegato all'alternatore, ora inerte, sul contatto STA. Il terminale EXC del regolatore è sotto tensione, poichè

il contatto chiuso del relè di regolazione lo collega alla batteria tramite il terminale BOB. All'altro capo del filo, sul terminale EXC dell'alternatore, è quindi presente la corrente di batteria che energizza il rotore tramite i contatti striscianti (spazzole), creando un campo magnetico esattamente come avviene per una elettrocalamita. Girando ulteriormente la chiave si chiude il contatto di avviamento che porta così la massa al relè di avviamento tramite il terminale L del regolatore, che è sempre collegato a massa dal relè della spia. Il motorino mette in moto il motore e quindi l'alternatore. Non appena la puleggia dell'alternatore incomincia a girare questo incomincia a produrre una corrente alternata. A questo punto tra la massa e il terminale STA dell'alternatore c'è una tensione continua che arriva al morsetto R del regolatore, al suo interno questa tensione arriva al relè della spia che eccitandosi apre il contatto che fino a questo momento metteva a massa il terminale L. Di conseguenza fino a quando il motore resterà in moto la spia dell'alternatore resterà spenta e non sarà più possibile innestare il motorino di avviamento. In questo momento la batteria viene caricata dall'alternatore al quale è direttamente connessa. La tensione prodotta dall'alternatore è legata alla velocità di rotazione del suo albero che a sua volta è connesso all'albero motore. Accelerando il motore, la tensione prodotta dall'alternatore aumenterà con un andamento della corrente simile a quello riportato nel grafico sottostante. Per evitare che la tensione ai capi della batteria possa salire oltre il valore prestabilito di 14 – 14,2V, il regolatore interromperà il pilotaggio

dallo schema elettrico, la bobina del relè di regolazione della carica è connessa in serie alla resistenza elettrica R2 da 20,8 ohm. Questa resistenza funge da limitatore per la corrente elettrica che passa attraverso la bobina del relè: in pratica è calibrata in modo da consentire al relè di eccitarsi solo al raggiungimento della tensione prefissata, intorno a 14 V. Ogni qual volta la tensione presente sul terminale BOB supera questa soglia, il relè di regolazione si aziona e interrompe l'eccitazione del rotore, collegandolo direttamente a massa. Come risultato la tensione di batteria cessa di salire e incomincia a scendere verso il suo valore caratteristico (13 v circa a vuoto) fino a quando il relè, diseccitandosi, commuta nuovamente il terminale EXC dalla massa alla tensione di pilotaggio e la tensione ai capi della batteria incomincia nuovamente a risalire. Questo ciclo acceso-spento avviene in modo continuativo con velocità e ritmo variabili in funzione della corrente prodotta dall'alternatore, ovvero dal numero di giri motore, dello stato di carica al quale si trova la batteria e dal carico elettrico connesso ad essa (fari). Questo andamento è ben visibile accendendo i fari e accelerando il motore con gradualità. Appena sopra la soglia del minimo si noterà un andamento lampeggiante nella intensità dei fari, caratteristica che contraddistingue la Ds. Entrando nei dettagli si può dire che la differenza di intensità della luce dei fari segue proporzionalmente la tensione di carica della batteria, ed è dovuta al fatto che il relè ha una isteresi nel suo ciclo di attrazione-rilascio. Se il relè si eccità al raggiungimento dei 14V, il suo rilascio non avviene altrettanto immediatamente al di sotto di questa soglia, ma circa a 0,8 V più in basso. Di fatto il movimento dei contatti aviene in uno spazio talmente ristretto, circa 1 mm, che è anche difficile notarlo. L'effetto pratico del lampeggìo nella luce dei fari è dovuto al fatto che quando il relè

Andamento della corrente prodotta dall'alternatore in funzione della velocità di rotazione, se eccitato in modo permanente.

del rotore fino a quando la tensione di batteria sarà rientrata nell'intervallo ottimale. Senza la batteria collegata all'alternatore la tensione varierebbe in continuazione passando istantaneamente da 0 a una tensione ben superiore a 14V e poi di nuovo a zero, con un ritmo elevato di parecchi cicli di on-off al secondo. La batteria funge da accumulatore di carica e variando la sua tensione con una certa inerzia, stabilizza la tensione all'uscita dell'alternatore riducendone la differenza tra livello massimo e livello minimo di tensione. Per questo motivo non bisogna mai fare girare l'alternatore senza batteria, pena danni alle utenze elettriche come fari e autoradio, che mal sopportano tensioni superiori a 14 V. Come è visibile

accende l'alternatore la tensione ai capi della batteria, ovvero sui fari, passa bruscamentemente da 13,5 a 14,3 V, con un conseguente sbalzo di intensità. Il grafico sottostante mostra l'andamento della tensione misurata ai capi della batteria durante questo fenomeno. Il grafico parte con la tensione di batteria a 13 V; nell'istante t1 viene innestato il motorino di avviamento e la tensione scende a 10,5 V. Il motore viene portato gradualmente al regime di circa 1000 giri al minuto fino all'istante t2, in questo momento il regolatore incomincia ad aprire e chiudere il contatto del relè di regolazione e come si vede dal grafico la tensione incomincia a pendolare tra 13,5 e 14,4 V circa. L'istante t3 mostra lo stesso fenomeno con i fari anabbaglianti accesi al regime di 1500 giri. La stessa misura

effettuata alla presa accendisigari mostrava una tensione più bassa, oscillante tra i 12 e i 13 V. Questo è dovuto ai diversi organi elettrici che assorbono energia, causando la caduta di tensione.Nello schema si notano altra due resistenze: R3 e R1 che nel disegno è cortocircuitata dai contatti del relè. Durante il funzionamento dell'alternatore è quindi disabilitata, al contrario quando il relè disconnette il pilotaggio dell'alternatore è connessa a massa. Durante la permanenza in questo stato dissipa la potenza assorbita dalla batteria in calore, precisamente 23 W, anche se in modo discontinuo. La funzione di questa resistenza è quella di preservare i contatti del relè di regolazione dalla extracorrente di apertura che altrimenti si svilupperebbe durante i transitori di accensione-spegnimento del pilotaggio dell'alternatore. Il rotore infatti è a tutti gli effetti un induttore che rilascia di colpo l'energia immagazzinata ogni qual volta viene disconnesso dalla batteria. Senza la resistenza di smorzamento R1, a causa del passaggio impulsivo della corrente elettrica, scoccherebbero delle scintille e a lungo andare i contatti platinati del relè sarebbero perforati. Questo non avviene grazie alla resistenza che assorbe la corrente rilasciata istantaneamente. Analogamente R3 protegge il contatto del relè connesso a massa durante la fase di apertura, e dissipa calore quando l'alternatore è eccitato. Tornando a noi, il problema dell'invecchiamento del regolatore si manifesta con un aumento della tensione di carica della batteria. In pratica dopo tanti anni di utilizzo, la resistenza R2 è aumentata nel suo valore ohmmico, nel mio caso ho misurato un valore di 23,3 ohm, di conseguenza occorre una tensione maggiore per eccitare il relè. E' possibile anche che il problema sia accentuato dalle ossidazioni che si sviluppano sui contatti e sui rivetti delle lamine che collegano la resistenza alla bobina. Durante la riparazione ho verificato anche questa possibilità e per questo motivo, dopo avere sgrassato, disossidato e protetto con spray i contatti e i rivetti di collegamento, ho saldato a stagno il rivetto del terminale BOB che porta

la tensione della batteria al regolatore. Dopo questa operazione comunque non ho notato miglioramenti, nè precedentemente avevo notato cadute di tensione, cioè perdite dovute all'ossidazione. Ho desistito quindi dal saldare gli altri rivetti interessati. E' comunque sempre consigliabile proteggere i contatti dall'ossido.

Il retro del regolatore con le tre resistenze, da sx: R3, R2 e R1. E' visibile l'ossidazione sui rivetti di congiunzione delle lamine.

Pulizia dei punti di congiunzione delle lamine con spray protettivo e saldatura a stagno del rivetto sul terminale BOB.

Sostituzione della resistenza di calibrazione

Per poter ripristinare la resistenza di calibrazione R2 al corretto valore ho approcciato al problema in modo scolastico. Mi sono dapprima procurato un alimentatore regolabile in tensione, del tipo hobbistico, per poter simulare una variazione di tensione della batteria nell'intervallo tra 12 e 15V. Ho collegato l'uscita dell'alimentatore tra la massa e il terminale BOB. Poi variando la tensione da 0V a salire, ho verificato che il relè scattasse intorno alla tensione misurata precedentemente sulla batteria, cioè 14,8V. A questo punto ho avuto la conferma che R2 andava sostituita con una nuova. Per poter calcolare il suo valore corretto dovevo prima caratterizzare la bobina del relè di regolazione, ovvero mi occorreva conoscere la tensione alla quale il relè si eccitava e la corrente da lui assorbita. Sfortunatamente la corrente assorbita dal relè non è misurabile semplicemente interponendo un tester predisposto per la misura di corrente (mA) tra l'alimentatore e il regolatore, perchè la presenza della resistenza R3 prima dello scatto e la resistenza R1 dopo lo scatto del relè aumentano la corrente assorbita, falsandone la misura. Occorre staccare la bobina dalla parte opposta alla massa, cioè dal lato in cui la bobina è connessa alla resistenza R2 e poi, dopo aver collegato il positivo dell'alimentatore direttamente a questo capo, si aumenta gradualmente la tensione partendo da 0 V. Il relè è scattato a 6,3 V, misurati in parallelo alla bobina, con una corrente associata di 360 mA, misurata in serie alla bobina. Consiglio a chi volesse ripetere questa operazione di effettuare più volte questa misura, aumentando e diminuendo lentamente la tensione intorno al punto di scatto, per individuare la tensione di soglia nel modo più accurato possibile. Conoscendo questi valori è stato possibile calcolare il nuovo valore della resistenza R2 semplicemente con la legge di ohm. Stabilendo che la nuova soglia di scatto deve avvenire a 13,8 V è implicito che la tensione che deve cadere ai suoi capi è pari a 7,5V (13,8 – 6,3 V) alla corrente di 360mA. La resistenza deve avere quindi il valore di 20,8 ohm (7,5V / 0,36 A) e una potenza di dissipazione di 3 W. In realtà il funzionamento intermittente del relè farà scaldare la resistenza con minore intensità, con un conseguente beneficio sull'affidabilità, ma volendo una riparazione duratura è buona norma aumentarla: 5W possono bastare. Non esistendo in commercio una resistenza da 20,8 ohm, l'ho ottenuta mettendone 3 in serie. 2 da 10 ohm da 3 W e una da 0,82 ohm. A chi volesse sostituire la propria resistenza consiglio di effettuare comunque una misura sul proprio relè che potrebbe differire dal mio a causa delle tolleranze. A chi, per comodità, volesse trovare il valore empiricamente consiglio di partire da una base certa di 20 ohm al quale si aggiungerà in serie di volta in volta una o più resistenze di frazioni di ohm, verificando che la tensione regolata misurata sulla batteria sia in un intervallo compreso tra 14 e 14,2 V. La potenza dissipabile dalla resistenza da 0,8 ohm potrà essere anche solo da 0,5W poichè dissipa meno calore delle altre, nel nostro caso la resistenza da 0,8 ohm dissiperà un decimo di Watt (W=IxIxR). Le fsdsdfasfasfasdfasdfsdfdsffdsff

La resistenza da 0,82 ohm è collegata al terminale BOB, l'altro capo è collegato alla serie delle due resistenze da 10 ohm. Il tutto è tenuto in posizione da uno spesso filo di rame ben premuto sulle resistenze, saldato tra i due contatti di massa laterali.

L'altro capo dell'ultima resistenza da 10 ohm è saldato direttamente al filo della bobina del relè di regolazione. Notare che la resistenza da 0,82 ohm che ho montato nel mio regolatore è assolutamente sovradimensionata. E' sufficiente una da 0,5W.

resistenze le potete trovare per pochi euro nei negozi di elettronica o ordinare via posta tramite i fornitori di ricambi elettronici che dispongono di un vasto catalogo consultabile anche via internet. A differenza di quelle originali che sono montate sul fondo aperto del regolatore, ho montato le nuove resistenze equivalenti a R2 all'interno. E' stata una scelta dovuta alla necessità di dover fissare le resistenze e proteggerle: purtroppo lo svantaggio che ne deriva è che dissipano più difficilmente il calore perchè il contenitore è stagno. Ritengo comunque che non si corra nessun rischio per le resistenze fissandole al fondo metallico del regolatore e sovradimensionandone il valore di dissipazione. Di fatto possono raggiungere una temperatura di lavoro massima di centinaia di gradi senza problemi; questo non è il nostro caso e sicuramente meno si scaldano maggiore sarà la loro durata. Consiglio, se reperibili, le resistenze isolate in ceramica.

Paolo Passerini – marzo 2011. paolopasse@yahoo.it

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