Danas je nabavljen mjerač kuta paljenja i brzine okretaja benzinskih motora Schliesswinkel Drehzahl Tester sa oznakom njemačke robne marke Uniropa.
Uniropa je kao uvozna robna marka njemačke tvrtke “Quelle” prvi put registrirana 1959. godine. Pod ovom markom, uglavnom preko kataloške prodaje, prodavao se širok asortiman različitih komercijalnih proizvoda. Originalno porijeklo našeg uređaja je vjerojatno japansko iz 1980-tih godina.
O mjeračima kuta paljenja i brzine okretaja benzinskih motora već smo pisali u puno naših objava vezanih uz autoelektriku. Znamo da iskra na svjećicama nastaje dovođenjem visokonaponskih impulsa (15-40 kV) sa sekundara VN transformatora (bobine). Primar te bobine pak se napaja naponskim impulsima iz akumulatora automobila. Ti impulsi se stvaraju stalnim brzim prekidanjem istosmjernog napona akumulatora pomoću mehaničkog ili elektroničkog prekidača. Osovina motora i prekidač su spregnuti, te što je brzina okretaja motora veća to će prekidanje biti brže i VN impulsi na sekundaru bobine će biti gušći.
Ovdje vrijedi formula:
Broj impulsa = Broj okretaja x Broj cilindra / 2
To znači da prekidač sustava paljenja na 4-cilindričnom motoru na 3000 okr/min prekida akumulatorski napon 6000 puta u minuti, odnosno 100 puta u sekundi, dakle impulsi za primar bobine će se generirati frekvencijom od 100 Hz. Uobičajeno su bobine dizajnirane za impulsne frekvencije do 200 Hz. U pokusima gdje se automobilske bobine koriste za gradnju Teslinih transformatora, električnih pastira i sličnih VN sklopova pokazalo se da iste bez problema rade do 400 Hz, a mogu se koristiti i do 2 kHz i više. Sve naravno ovisi o tipu bobine, visini i širini dovedenih primarnih impulsa i opterećenju na sekundaru.
Mjerači kuta paljenja i brzine okretaja su zapravo voltmetri koji mjere srednju vrijednost impulsnog napona na primarnoj (akumulatorskoj) strani bobine. Za mjerenje brzine okretaja važan je samo broj impulsa u jedinici vremena, te je ulazni impulsni (pravokutni) napon potrebno pretvoriti u impulse jednake duljine trajanja. Što je impulsa više, srednja vrijednost napona će biti viša, a to predstavlja i veću brzinu okretaja. Za mjerenje kuta paljenja pak je važan odnos (duty cycle) između vremena kada je napon prisutan i vremena kada je napon prekinut. Stoga se ovdje mjeri srednja vrijednost impulsnog (pravokutnog) napona takvog kakav i nastaje na prekidaču. Što su impulsi širi, a pauze kraće to će srednja vrijednost napona biti veća, a time i otklon kazaljke veći. Veći otklon kazaljke predstavlja manji kut paljenja (iskra na svjećici se generira u trenutku prekida primarnog napona). U oba slučaja je važno ograničiti (ujednačiti) amplitude ulaznih impulsa, odnosno svesti ih na jednaku vrijednost kako bi mjerenje bilo točno.
Kad se mehaničkim prekidačem brzo prekida istosmjerni napon za napajanje induktivnog trošila, jasno da na izlazu nećemo dobiti čiste pravokutne naponske impulse. Ovisno o kvaliteti (istrošenosti) prekidača i kondenzatora u sustavu automobilskog paljenja signal će biti više ili manje izobličen i zagađen neželjenim istitravanjima ili visokonaponskim pikovima. Ovo naravno može utjecati na mjerenje i same komponente mjerača pa je uzorak impulsnog napona sa bobine prvo treba filtrirati. Za to se obično koriste niskopropusni LC ili LR filtri koji filtriraju VF istitravanja i kratke naponske pikove. Nakon toga je potrebno amplitudu ulaznog impulsnog napona ograničiti na neku “sigurnu” vrijednost tako da svi impulsi budu “odrezani” na istu amplitudu (npr. ako je akumulatorsko napajanje 12 V izlaz se može limitirati na 5 V jer će i najslabiji impulsi sigurno imati amplitudu veću od 5 V). Za ograničenje amplitude obično se koriste zener-diode.
Za mjerenje srednje vrijednosti takvog napona (mjerač kuta paljenja) dovoljan je RC niskopropusni filtar (integrator) koji će brze ulazne impulse pretvoriti u proporcionalnu vrijednost istosmjernog napona. Za mjerenje broja okretaja pak moramo pravokutne impulse (koji mijenjaju širinu ovisno o kutu paljenja) pretvoriti u impulse uvijek jednake širine. Za to se koristi visokopropusni RC filtar (diferencijator) koji će široke ulazne pozitivne pravokutne impulse pretvoriti u uske pozitivne i negativne naponske šiljke. Negativni impulsni šiljci se zatim mogu premostiti diodom, a pozitivni se koriste za mjerenje srednje vrijednosti (više impulsa – veći napon).
Izlaz iz svakog filtra ovisi o frekvenciji pa će i izlazni impulsi iz visoko-propusnog RC filtra postajati to širi što je frekvencija veća. Zato se RC filtri ne mogu jednako koristiti za širok raspon frekvencija. Za potpuno linearnu pretvorbu frekvencije impulsa u napon, nakon RC filtra najbolje je koristiti neki monostabilni multivibrator koji će svaki taj ulazni (okidni) impulsni šiljak donekle različite širine pretvoriti u pravokutni impuls jednake i točno određene širine na izlazu.
Jednostavni mjerači broja okretaja i kuta paljenja koji se baziraju samo na pasivnim filtrima moraju biti dobro proračunati da što linearnije rade u frekvencijskom opsegu rada prekidača paljenja (cca 10-150 Hz). To nije lako postići i jeftini mjerači često imaju veliku toleranciju i ograničenja vezana uz preciznija mjerenja. Posebno je kritično mjerenje broja okretaja gdje svi ulazni impulsi moraju biti pretvoreni u impulse jednake širine. Često promjena kuta paljenja uzrokuje povećanu toleranciju u mjerenju broja okretaja i obrnuto. Bolji mjerači imaju bolje sklopove za oblikovanje impulsa po širini i po amplitudi što je kritično za precizno mjerenje.
Ako pogledamo skale našeg mjerača, vidimo da one nisu linearne za 4-cilindrične i 6-cilindrične motore. Naime, krajnja vrijednost od 4000 o/min za 4-cilindra, odnosno krajnja vrijednost od 2650 o/min za 6-cilindra odgovara istoj frekvenciji od 133 Hz. Također vidimo natpis da za 8-cilindrične motore vrijede dvostruko manje vrijednosti nego za 4-cilindrične, a to znači da će mjerna frekvencija za krajnju vrijednost od 2000 o/min za 8-cilindara opet biti 133 Hz. Mjerač pak bio puno praktičniji da se i za 6 kao i za 8-cilindrične motore može mjeriti barem do 4000 o/min, no tada bi filtri morali biti linearni do opsega 200 Hz, odnosno 266 Hz. To se ovdje nije moglo postići i naš mjerač je linearan samo do frekvencije 133 Hz pa su mjerni opsezi za motore sa više cilindara skraćeni. Općenito gledano, ako mjerači broja okretaja imaju linearne mjerne skale za motore od 4, 6 i 8 cilindra u punom opsegu, onda se može pretpostaviti i da imaju bolju i precizniju elektroniku mjerača broja okretaja koja uključuje posebne okidačke sklopove i/ili neku izvedbu monostabilnog multivibratora.
Za mjerenje kuta paljenja izostavlja se krug za ujednačavanje širine impulsa. U idealnom slučaju omjer između širine impulsa i pauze ostaje nepromijenjen bez obzira na broj okretaja jer će ukupno vrijeme svih širina impulsa i svih širina pauza uvijek biti isto bez obzira na broj impulsa. Naravno, ukoliko su impulsi zagađeni frekvencijskim ili amplitudnim smetnjama i šumovima mjerenje se može poremetiti pa stoga bolji mjerači imaju i za ovo mjerenje bolju elektroniku za filtriranje.
Na strani tiskanih veza uočavaju se neke tvorničke modifikacije, više veza je prerezano, a neke su premoštene žicama. Kondenzator u visokopropusnom RC filtru (diferencijator) za dobivanje naponskih šiljaka jednake širine posebno je kritičan glede željenog frekvencijskog opsega pa je tvorničkom modifikacijom postojećem tantalskom elektrolitskom kondenzatoru od 470 nF paralelno dodan još jedan tantalski kondenzator od 680 nF.
Naš uređaj sadrži svega jedan tranzistor (2SC 1815). Tranzistor radi u režimu sklopke za prosljeđivanje filtriranih ulaznih impulsa. Za mjerenje kuta paljenja instrument je vezan serijski u kolektorskom krugu tranzistora. Time se mjeri kolektorska struja kroz tranzistor pa takav sklop radi kao frekvencijsko-strujni pretvarač. Za mjerenje broja okretaja, nakon visokopropusnog RC filtra za oblikovanje naponskih šiljaka, instrument je vezan paralelno tranzistoru. Time se mjeri naponsko pojačanje na tranzistoru pa takav sklop radi kao frekvencijsko-naponski pretvarač. Tranzistorska sklopka u oba slučaja svakako pomaže dobivanju čišćih impulsa koji prolaze kroz instrument.
Instrument nema interno napajanje nego se napaja preko mjernog napona, odnosno impulsnog akumulatorskog napona. Taj napon se preko diode i elektrolitskog kondenzatora 47 µF / 10 V dovoljno dobro filtrira za napajanje tranzistora.
Elektronička shema našeg mjerača Uniropa i način spajanja istog na sustav električnog paljenja automobila.
Na snimkama se vidi ulazni impulsni napon sa omjerom ciklusa od 10%, 50% i 90% (žuto) te izlazni naponski šiljci na instrumentu u modu mjerenja broja okretaja (plavo). Do omjera ciklusa od cca 60% izlazni impulsi su jednake širine (oko 2 ms), no kako se vrijeme (širina) pozitivnih impulsa povećava tako šiljci postaju sve uži jer ne mogu biti širi od trajanja širine pauze. Kad bi se ovim impulsnim šiljcima okidao monostabilni multivibrator na izlazu bi dobili posve ujednačene pravilne pravokutne impulse jednake širine.
Uniropa Schliesswinkel Drehzahl Tester jedan je od stotine modela jeftinih mjerača broja okretaja i kuta paljenja za podešavanje rada benzinskih motora kakvi su se masovno prodavali do 2000-tih godina. Ovakvi mjerači više nisu traženi za današnje automobile sa modernim sustavima paljenja i općenito automatiziranom kontrolom rada motora. Danas su motori opremljeni sa desecima senzora preko kojih računala prate, podešavaju i kontroliraju sve aspekte rada motora. Naravno, to nužno ne mora značiti da se zbog toga automobili manje kvare 🙂
