Pomiar prędkości obrotowej silników ZI

Prędkość obrotowa silnika jest jednym z dwóch parametrów charakteryzujących warunki pracy silnika (drugim jest obciążenie silnika). Podstawową metodą, jest pomiar sondą indukcyjną założoną na przewód wysokiego napięcia świecy zapłonowej. Niektóre analizatory spalin oferują możliwość wykorzystania wielu innych metod pomiarowych, np. czujnika optycznego lub pomiar na podstawie impulsów w obwodzie pierwotnym cewki zapłonowej. Wykorzystanie tych metod jest jednak coraz trudniejsze, ze względu na: np. brak przewodów wysokiego napięcia oraz obudowywanie silnika osłonami, utrudniającymi dostęp. Można odczytać prędkość obrotową silnika ze sterownika, testerem diagnostycznym, jeśli posiadamy oprogramowanie dla danego samochodu. 

Pomiar prędkości obrotowej silnika, na podstawie tętnienia napięcia w instalacji elektrycznej pojazdu 

W samochodach powszechnie wykorzystywane są alternatory, czyli prądnice prądu przemiennego z układem prostowniczym. W instalacji elektrycznej pojazdu, zasilanej przez alternator, występują niewielkie cykliczne zmiany napięcia, tzw. tętnienia, o amplitudzie od 10 do 30mV (rys. 1). 

Dla alternatora z 9-ma diodami prostowniczymi, wystąpienie 6 tętnień napięcia oznacza, że wałek alternatora wykonał 1 obrót. Tylko na podstawie tej informacji nie można mierzyć prędkości obrotowej silnika, ponieważ nie jest znane przełożenie przekładni pasowej napędzającej alternator (nie są podawane). Aby mierzyć prędkość obrotową silnika na podstawie tętnienia napięcia, w całym zakresie prędkości obrotowej, musi być wykonana kalibracja czyli określenie ile tętnień napięcia w instalacji elektrycznej przypada na 2 obroty wału korbowego silnika. W czterosuwowym silniku ZS i ZI, wał korbowy musi wykonać 2 obroty wału korbowego, aby wystąpiły procesy spalania we wszystkich cylindrach, w kolejności pracy (po jednym procesie spalania w każdym cylindrze). Przykładowo Moduł BDM298 firmy Bosch (rys. 2), wymaga przed kalibracją, ustawienia ilości cylindrów silnika. Do wykonania kalibracji, wykorzystuje on fakt, że wał korbowy silnika obraca się z różną, chwilową prędkością obrotową. Dla obserwatora z zewnątrz, silnik obraca się ze stałą prędkością obrotową. Chwilowych, niewielkich zmian prędkości obrotowej, bez odpowiednio czułych metod pomiarowych, nie można stwierdzić. Napędzany od wału korbowego wałek alternatora, też obraca się z różną chwilową prędkością obrotową, w wyniku czego, czas trwania pojedynczych tętnień napięcia będzie różny. Ideę tej metody szczegółowo wyjaśnia rys. 1. Gdy w cylindrze nr 1 wystąpi zapłon mieszanki a następnie suw pracy, to w jego następstwie wzrośnie chwilowa prędkość obrotowa wału korbowego, a więc czas trwania jednego tętnienia TA (rys.1) zmaleje. Jednak w następnej kolejności zaczyna się suw sprężania w cylindrze nr 3, co powoduje obniżenie chwilowej prędkości obrotowej wału korbowego, a więc czasy trwania dwóch kolejnych tętnień TB i TC (rys. 1) wzrosną. Analogicznie, kolejne suwy sprężania i pracy w kolejnych cylindrach powodują, że czasy trwania tętnień rosną i maleją. Jeśli wał korbowy silnika wykona dwa obroty, to czasy trwania kolejnych tętnień utworzą charakterystyczny dla danego silnika cykl zmian. Jest on dlatego charakterystyczny, ponieważ wartość przyrostu spadku czasu trwania tętnień, zależą np. od sprawności poszczególnych cylindrów. Przy każdych następnych dwóch obrotach wału korbowego, cykl zmian czasów trwania tętnień napięcia powtarza się. Gdy dla silnika pracującego na biegu jałowym moduł określi co ile tętnień powtarza się cykl zmian czasów trwania tętnień, to wie również ile tętnień przypada na dwa obroty wału korbowego. Może wówczas mierzyć każdą prędkość obrotową silnika. 

Silnik podczas pracy jest źródłem drgań (rys. 3a). Czujemy je, jeśli dotykamy jakiegoś elementu silnika lub słyszymy je, przenoszone przez powietrze. Można wydzielić z nich drgania, których częstotliwość jest zależna od prędkości obrotowej silnika (rys. 3b). 

Zdjęcia i tekst pochodzą z artykułów „Pomiar prędkości obrotowej silników ZI” w dodatku technicznym do Wiadomości IC Analiza składu spalin silników ZI cz. 1 nr 28/Wrzesień 2008