Due cose importanti:
- il sensore CDI è in grado di fornire una corrente di 10mA al diodo del 4N37 ? puoi verificarlo con un tester in serie alla resistenza da 470.
- la resistenza sul collettore del fototransistor del 4N37 DEVE avere un valore compreso fra i 2K2 ed i 4K7 ohm.
Se il sensore CDI non è in grado di fornire i 10mA è possibile che il fototransistor non riesca a raggiungere la saturazione e quindi lavora in una zona pseudo lineare che fa impazzire l'ingresso di Arduino.
Se questo fosse il caso potresti provare a polarizzare leggermente i fototransistor collegando una resistenza da 1Mohm...4.7Mohm fra base e collettore.
Quanto sopra detto vale se sei assolutamente certo che il fw di Arduino sia testato funzionante al 100%.