BTH Magneto Timing Indicator Type CL4/1

Danas je nabavljen ispitivač podešenosti magnetskog sustava paljenja kod klipnih motora Magneto Timing Indicator Type CL4/1, proizvod britanske tvrtke BTH iz 1940-tih godina.

Tvrtka BTH (British Thomson-Houston) osnovana je 1886. godine kao podružnica američke tvrtke General Electric Company (GE) i u početku je bila poznata po proizvodnji električnih sustava (motori, generatori, žarulje) i parnih turbina. Do početka 20. stoljeća tvrtka BTH je realizirala nekoliko većih ugovora vezanih za gradsku električnu rasvjetu i opskrbu električnom energijom te je otkupila neke patente, ekskluzivna prava i licence za vlastitu proizvodnju iz programa vlasničke tvrtke GE. Tijekom 1. svjetskog rata BTH je proizvodnju proširio na pomorsku električnu opremu, opskrbljujući britansku mornaricu raznim rasvjetnim, radio i signalnim uređajima. Nakon rata dolazi do velikog širenja pogona tvrtke, a glavni proizvodni program u 1920-tim godinama činili su turbo generatori i pogonski motori za brodove. 1928. godine BTH je preuzeta u čisto britansko vlasništvo te se sa sličnom britanskom kompanijom Metropolitan-Vickers udružila u Associated Electrical Industries (AEI). AEI se kasnije spojila s General Electric Company (GEC), čiji ostaci su danas integrirani u britansku Marconi korporaciju. U kasnim 1930-tim godinama BTH je imala glavnu ulogu u razvoju prvog prototipskog mlaznog motora na svijetu, no ubrzo su odustali od tog projekta zbog veće predanosti prema proizvodnji električne opreme. Nakon 2. svjetskog rata širenje tvrtke BTH se nastavlja, a najveći profit i dalje se ostvaruje na proizvodima za tešku industriju, prvenstveno na gradnji plinskih turbina i elektrana i prateće opreme (transformatori, ispravljači i sl.). Uz to poznata je po električnim uređajima za brodove uključujući pogonske sustave i brodske radare, proizvodi različite električne motore i generatore, električna brojila te filmske projektore. Unatoč mnogobrojnim reorganizacijama, promjenama vlasništva i međusobnim spajanjima BTH-a i srodnih britanskih tvrtki započetih od kraja 1920-tih godina brand BTH zadržao se na proizvodima sve do 1960. godine.

Prema dostupnim katalozima može se zaključiti da je tvrtka BTH proizvodila različite sisteme električnih magnetskih paljenja za avionske motore (i cestovna vozila) od 1919. godine pa sve do kraja postojanja tvrtke 1960. godine. Naravno, osim magneta proizvodni program za zrakoplovnu industriju uključivao je i druge električne komponente kao što su starteri, generatori, zračni kompresori, motori za pumpe goriva, žarulje (Mazda), brzinometri, razni električni kontrolni sistemi i slično. Naš Magneto timing indicator Type CL4/1 nosi oznaku patenta 532312/41 što bi upućivalo na 1941. godinu, a unutar kućišta nalazimo kondenzator sa otisnutim datumom proizvodnje MAR. 52 što upućuje na 1952. godinu. Moguće je da prvi primjerci uređaja potječu iz razdoblja 2. svjetskog rata, proizvodnja se nastavila i nakon rata, a prema nekim servisnim oznakama na upotrebi u britanskom zrakoplovstvu ovaj tip uređaja zadržao se najmanje do 1970-tih godina.

Klipni benzinski motori mogu biti opremljeni jednim od dva tipa sustava paljenja: baterijsko ili magnetsko. Oba sustava su vrlo slična, a razlika je samo u izvoru napona kojim se napaja primarna zavojnica indukcijskog VN transformatora. Kod baterijskog sustava paljenja je to akumulatorska baterija, a kod magnetskog sustava je to posebni generator sa permanentnim magnetom i zavojnicom koji okreće osovina samog motora. Baterijske sustave paljenja koriste gotovo sva današnja cestovna vozila i opisivali smo u mnogim našim objavama vezanim uz mjerne uređaje za autoelektriku. Magnetski sustavi paljenja pak se koriste kod svih avionskih i sličnih motora gdje se traži visoka pouzdanost u radu, te kod motora za manja vozila i strojeve gdje bi vanjski akumulator bio nepraktičan (pokretni agregati, skuteri, motori za manja plovila, kosilice, motorne pile i slično).

Postoji više konstrukcijskih izvedbi magnetskih paljenja. Tako je u ranijim sustavima rotor generatora obično bila zavojnica, a stator permanentni magnet dok je u novijim izvedbama uglavnom obrnuto. Sve komponente sustava magnetskog paljenja: generator, indukcijska VN zavojnica te platinski prekidač pa čak i razvodnik paljenja mogu biti izvedene vrlo kompaktno u jednom kućištu, a mogu biti i zasebni sklopovi. Ono što je važno kod oba sustava paljenja, jednako baterijskog kao i magnetskog, to je ispravna podešenost i sinkroniziranost proizvodnje iskre za paljenje točno u pravom trenutku kad se klip cilindra nalazi u završnoj fazi sabijanja eksplozivne smjese.

Iskra kod oba sustava paljenja inducira se u onom trenutku kada se kontakti platinskog prekidača otvore, te nam je za podešavanje ili kontrolu točke paljenja motora zapravo potrebno utvrditi točan položaj klipa u trenutku kad su platinski kontakti otvoreni. Iz ovoga proizlazi da je potrebno dovesti klip unutar cilindra u onaj položaj pri kojem se treba pojaviti iskra za paljenje, a zatim provjeriti da li su u tom položaju platinski kontakti otvoreni. Za dovođenje klipa u opisani položaj služe oznake i markeri na osovini ili zamašnjaku motora, a za utvrđivanje stanja platinskih kontakata koriste se električni indikatori povezani u taj strujni krug. Pristup do platinskih kontakata kod oba sustava praktično je moguć preko mase motora (minus pol) i preko sklopke za paljenje/gašenje motora kojom se kod gašenja zapravo i drugi kontakt platinske sklopke također kratko spaja na masu. 

Kod baterijskog napajanja na platinske kontakte vezan je vanjski akumulator te se njegovim odspajanjem lako dobije čisti pristup do platinskih kontakata. Tako indikaciju zatvorenosti ili otvorenosti kontakata možemo ostvariti bilo kakvim jednostavnim indikacijskim strujnim krugom za testiranje kratkog spoja. No kod magnetskog napajanja stvari su malo složenije jer je ovdje na platinske kontakte stalno spojena zavojnica internog generatora, a ukoliko su ove dvije komponente kompaktno smještene u jednom kućištu onda je nemoguće dobiti čisti pristup platinskim kontaktima preko vanjskih vodova. Kod magnetskog paljenja u slučaju zatvorenih kontakata imamo kratki spoj prema masi, a u slučaju otvorenih kontakata nemamo potpun omski prekid prema masi jer je žica za uključenje magneta i dalje vezana na masu preko otpora zavojnice generatora. Jednostavan ispitni strujni krug za kratki spoj ovdje bi stoga pokazivao kratki spoj u oba slučaja pa nam treba neki sklop koji će razlikovati čisti kratki spoj (nula oma) u slučaju zatvorenih kontakata od nekog malog omskog otpora zavojnice u slučaju otvorenih kontakata. 

Adekvatni ommetri nekada nisu bili široko dostupni kao danas te su se tražila jeftinija rješenja, a osim toga za mehaničarske radionice uvijek su najprikladniji što jednostavniji indikatori koji ne traže nikakva očitanja već daju izravnu i nedvojbenu indikaciju tipa “otvoreno / zatvoreno”. Stoga su se indikacijski uređaji poput našeg BTH Type CL4/1 zadržali u upotrebi sve do danas. Specifično za avionske klipne motore je to što obično sadrže dva potpuno nezavisna sustava magnetskog paljenja (na svaki klip idu dvije svjećice) kako bi se s jedne strane povećala pouzdanost rada, a s druge strane poboljšalo sagorijevanje smjese i time rad avionskog motora. Pilot može upravljati sa oba magneta nezavisno (paljenje i gašenje) preko dva prekidača na kokpitu. Stoga indikatori podešenosti magnetskih paljenja za avione obično imaju dva indikatora u jednom kućištu (dvije žaruljice) tako da se istovremeno mogu kontrolirati oba magneta.  

Indikator podešenosti magnetskog paljenja motora BTH Type CL4/1 je vrlo jednostavan uređaj. Sastoji se od baterijskog izvora napajanja, elektromagnetskog vibratora (zujalice), kondenzatora, otpornika i žaruljice. Na shemi je pregledno prikazan sustav magnetskog paljenja (magneta) i indikatora podešenosti magneta.

Vidimo da su kontakti platinskog prekidača uvijek premošteni zavojnicom, tako da nam treba detektor koji će razlikovati kratki spoj od nekog malog otpora zavojnice. Kod indikatora BTH Type CL4/1 u slučaju kratkog spoja (platinski kontakti zatvoreni) žaruljica neće svijetliti, a u slučaju prisutnosti određenog otpora na stezaljkama (platinski kontakti otvoreni) žaruljica će zasvijetliti.

Elektromagnetski vibrator (zujalica) ima dvojaku ulogu: istosmjerni napon baterije pretvara u impulsni izmjenični napon, a zvuk koji proizvodi brzi rad kotve (zujanje) dodatna je indikacija otvorenosti ili zatvorenosti platinskih kontakata. Naime, frekvencija rada vibratora (a time i visina zvuka koji proizvodi) ovisi o struji koja teče kroz njegovu zavojnicu. Ako je struja veća, frekvencija rada će biti veća, te će i proizvedeni ton biti viši. Čitav sklop indikatora BTH Type CL4/1 zasniva se na principu promjene jakosti struje koju uzrokuje promjena otpora u strujnom krugu koji čine kondenzator, otpornik i žaruljica. U slučaju da su ispitni kontakti indikatora otvoreni, struja teče samo kroz otpor navedenih elemenata i iznosi oko 40 mA. Kroz žaruljicu teče dovoljna struja da ona svijetli, a vibrator radi frekvencijom oko 1 kHz.

Ukoliko sada kratko spojimo ispitne stezaljke tada će otpor žaruljice biti premošten te će se za taj iznos smanjiti ukupan otpor strujnog kruga zbog čega će kroz isti poteći veća struja, sa 40 mA na oko 80 mA. Veća struja kroz zavojnicu vibratora uzrokovati će njegov brži rad što će rezultirati i većom frekvencijom zvuka. Gotovo sva struja u paralelnom spoju žaruljice i kratko spojenih ispitnih stezaljki teći će kroz kratki spoj pa žaruljica neće svijetliti. Tako u slučaju kratkog spoja dobivamo dvije indikacije: ugašena žaruljica i viša frekvencija zvuka vibratora.

Ovo stanje ostaje nepromijenjeno sve dok je žaruljica premoštena kratkim spojem (otpor 0 Ω) no zadržati će se i na malim otporima do cca 8 Ω. Povećanjem otpora na stezaljkama preko 8 Ω, kroz žaruljicu polako počinje teći struja dovoljna da počinje žariti nit, te će na otporu cca 30 Ω ona već doseći puni sjaj. Kako se povećava otpor strujnog kruga tako se ponovno smanjuje i ukupna struja pa će vibrator početi raditi na sve nižoj frekvenciji (niži ton) no ta promjena frekvencije neće biti tako fina kao paljenje žarulje. U svakom slučaju to prijelazno područje otpora (cca 8-30 Ω) nije toliko kritično jer će zavojnica u izmjeničnom strujnom krugu imati veću impedanciju od 30 Ω pa će se prijelaz sa 0 Ω na neku vrijednost preko 30 Ω vrlo dobro razaznati po zvuku vibratora i sjaju žaruljice.

Minimalni otpor (impedanciji) na priključnicama indikatora da bi sama indikacija bila jasno razlučiva, ovisi o ukupnoj impedanciji spoja kondenzatora i otpornika, no ono što je značajno, ovisi i o otporu same žaruljice kao promjenjivog elementa. Naime, na indikatoru je označeno da se koriste žaruljice nominalnog napona 4 ili 3,5 V ali nije naznačeno koje snage. Znamo da žarulje manje snage imaju veći unutarnji otpor i obrnuto. U našem indikatoru nalaze se dvije žaruljice, obje predviđene za nominalni napon 3,8 V no jedna je manje snage (oko 0,3 W) dok je druga veće snage (oko 1 W). Žaruljici veće snage biti će potreban veći paralelni otpor na stezaljkama (oko 120 Ω), kako bi kroz nju potekla dovoljna struja za puni sjaj (oko 300 mA). Za razliku od nje žaruljici manje snage dovoljna je struja od 70 mA za puni sjaj. No ove struje neće nikad poteći kroz žaruljice u našem indikatoru jer maksimalnu struju kroz njih ograničava impedancija kondenzatora  u kombinaciji sa serijski spojenim otpornikom. Također ni efektivna vrijednost napona na žaruljici neće doseći nominalnih 3,8 V. No i sa naponom od oko 2,5 V i strujom od nekoliko desetaka mA žaruljice će imati dovoljan sjaj za jasnu indikaciju. Ovdje bi se sad moglo naširoko raspravljati kako će promjena pojedinih elemenata utjecati na rad sklopa, no ukratko ćemo zaključiti da će žaruljica manje snage bolje rade jer bolje detektiraju niže impedancije i svijetle malo jače. S druge strane, zavojnica generatora i bobine na sustavu magnetskog paljenja, bez obzira na izvedbu, pružaju dovoljno veliku impedanciju ispitnom izmjeničnom naponu frekvencije oko 1 kHz koji proizvodi naš indikator tako da će zvučna i svjetlosna indikacija u praksi vjerojatno biti jednako dobra sa obje žaruljice.

Indikatori poput ovog našeg i danas se koriste za tempiranje magnetskog paljenja motora, s time što je mehanički vibrator najčešće zamijenjen nekim elektroničkim oscilatorom. Takvi indikatori zbog praktičnijeg korištenja uvijek imaju paralelno zvučnu i svjetlosnu indikaciju, a kombinacije su različite: mogu biti jednostruki indikatori sa jednom žaruljicom poput našeg, mogu biti jednostruki sa dvije žaruljice (jedna svijetli za otvorene, druga za zatvorene kontakte), a mogu biti i dvostruki za avionske motore da dvostrukim magnetima. Na internetskim i aukcijskim prodajama BTH Magneto Timing Indicator Type CL4/1 opisuje se kao uređaj koji se tijekom 2. svjetskog rata koristio u britanskom vojnom zrakoplovstvu. Ako je tako, onda je stvarno zaslužio da ga nakon ove poduže rasprave ponovno sklopimo i odložimo na kakvu istaknutu policu koju zaslužuju samo preživjeli uređaji – veterani svjetskih ratova 🙂