Obrotomierz

Dla wielu kierowców najbardziej liczy się estetyczna funkcja obrotomierza. A przecież można go wykorzystać w zupełnie inny, bardziej pożyteczny sposób.

Obrotomierz, zarezerwowany dawniej dla samochodów typowo sportowych, stał się we współczesnych autach czymś powszechnym. Nie trzeba już kupować go w sklepie i samodzielnie montować na desce rozdzielczej, chociaż w niektórych przypadkach (np. przy tuningu) może być to formą realizacji swoistego hobby.
Niemal każdy, kto potrzebuje instrumentu do śledzenia obrotów silnika może mieć go w wyposażeniu seryjnym, wybierając odpowiednią wersję lub model auta. Co prawda niektórzy producenci w ogóle rezygnują z obrotomierzy, zwłaszcza w tańszych modelach, albo traktują je po macoszemu, montując mało czytelne namiastki tego przyrządu, generalnie jednak obrotomierze zyskały sporą popularność w seryjnych autach.
Producenci uatrakcyjniają tablicę przyrządów poprzez umieszczenie obrotomierza obok prędkościomierza, licząc często na przyciągnięcie nabywców ceniących bardziej sportowy styl. Obrotomierz przywodzi na myśl sportowe bolidy i działa na podświadomość.
Tyle, że w trakcie eksploatacji tylko nieliczni korzystają z jego wskazań. Zazwyczaj obrotomierz jest kompletnie ignorowany i nikt nie zwraca na niego uwagi. Czy jest, zatem w ogóle potrzebny?
Przydatność obrotomierza trudno kwestionować. Ale żeby z niego korzystać, trzeba mieć pewną wiedzę o silniku samochodu, którym jeździmy. By osiągnąć praktyczne korzyści, trzeba być przygotowanym od strony teoretycznej. Przyrząd pokazuje jedynie aktualne obroty silnika, do kierowcy należy interpretacja wskazań.
Ta wiedza może być przydatna na dwa sposoby:
-, aby jak najefektywniej wykorzystać dynamikę silnika podczas szybkiej jazdy
-, aby jechać bardzo spokojnie i płynnie, przy najniższym zużyciu paliwa
W jednym i w drugim przypadku kierowca musi mieć informacje o charakterystyce silnika:
-, jaki jest przebieg momentu obrotowego, jaki przebieg ma wykres tego parametru i przy jakich obrotach występuje jego maksymalna wartość.
-, przy jakich obrotach pojawia się moc maksymalna silnika
-, przy jakich obrotach przecinają się wykresy momentu obrotowego i mocy na wykresie charakterystyki silnika

Dla sportowców

Podczas jazdy dynamicznej, czy wręcz sportowej, chodzi o utrzymywanie obrotów silnika na takim poziomie, by dysponował on dużym momentem obrotowym. Mówiąc w dużym uproszczeniu – to właśnie moment obrotowy, a nie moc maksymalna, odpowiedzialny jest za przyśpieszenia.
Silnik działa najefektywniej w zakresie pomiędzy wartością obrotów momentu maksymalnego, a wartością obrotów mocy maksymalnej. Im szerszy ten zakres, tym silnik jest bardziej elastyczny.
W codziennej eksploatacji oznacza to, że w tym zakresie obrotów można sprawnie przyśpieszać bez zmiany przełożenia. Taki zakres obrotów trzeba, zatem znać i wciąż o nim pamiętać. Chyba, że zaznaczymy go na obrotomierzu.
Ideałem w procesie najbardziej efektywnego przyśpieszania jest zmiana biegów w takich momentach, by po zmianie przełożenia silnik rozpoczął przyśpieszanie od obrotów, przy których osiąga maksymalny, lub zbliżony do maksymalnego momentu obrotowego.
Wówczas ma najwyższą zdolność do pokonywania oporów ruchu, wywołanych masą pojazdu, tarciem, oporem powietrza. Taką wartość obrotową danego silnika także trzeba znać, albo zaznaczyć ją dla ułatwienia na skali obrotomierza.
W samochodach wyczynowych stosuje się nawet dodatkową kontrolkę (czasami zamiast obrotomierza, czasami obok niego) informującą o konieczności zmiany biegu. Dodatkową informacją, przekazywaną przez obrotomierz jest osiągnięcie przez silnik maksymalnych, bezpiecznych dla niego obrotów.
Ale o tym niemal zawsze informuje czerwone pole na końcu skali, a dodatkowo odcięcie zasilania w układzie wtryskowym. Jeśli silnik nie ma odcięcia, to wskazówka obrotomierza zbliżająca się do czerwonego zakresu pozostaje jedyną informacją o zbyt wysokich obrotach i zagrożeniu dla silnika (zatarcie, pęknięcie korbowodu).

Dla oszczędnych

Podczas jazdy oszczędnej, z nastawieniem na jak najniższe zużycie paliwa, znajomość charakterystyki silnika również jest bardzo przydatna. Co prawda wielu kierowców wyznaje zasadę, że im wolniej obraca się wał korbowy tym mniej paliwa przepłynie przez komory spalania, ale w tym założeniu tkwi pewna pułapka.
Otóż silnik nie może przekraczać pewnej dolnej, granicznej wartości obrotów na każdym z biegów. Chodzi o uniknięcie szkodliwych zjawisk, przyśpieszających znacząco zużycie łożysk głównych wału i łożysk korbowodowych. Zbyt wolna jazda to swoista pseudooszczędność.
Można z powodzeniem pogodzić jazdę efektywną z niskim zużyciem paliwa, ale do tego potrzebny jest właśnie obrotomierz i znajomość charakterystyki silnika. Ideałem jest znajomość pełnej charakterystyki zewnętrznej, z wykresem zużycie paliwa.
Ale nawet w oparciu o wykres mocy i momentu obrotowego można wyznaczyć zakres najkorzystniejszych dla zużycia paliwa obrotów. Ich wartość to mniej więcej połowa zakresu między obrotami maksymalnego momentu i maksymalnej mocy. Utrzymywanie silnika w pobliżu tej wartości, w oparciu o wskazania obrotomierza, gwarantuje sprawną jazdę i niskie zużycie paliwa.

Można samemu

Sklepy z akcesoriami samochodowymi oferują obrotomierze do samodzielnego montażu dla wszystkich tych, którzy potrzebują takiego wskaźnika, a nie mają go w seryjnym wyposażeniu.
Koszt takiego urządzenia, to zazwyczaj 100 – 300 zł. Można wybierać miedzy obrotomierzami analogowymi, z tradycyjną wskazówką, lub elektronicznymi, wyposażonymi w diody lub wyświetlacz.
Montaż jest dość prosty, polega na solidnym umocowaniu obrotomierza w widocznym dla kierowcy miejscu, podłączeniu przewodu zasilającego, czy to w centralce bezpieczników, czy też w innym miejscu, gdzie napięcie podane jest po włączeniu zapłonu, podłączeniu przewodu masowego oraz doprowadzeniu odpowiedniego przewodu podającego sygnał do styku niskiego napięcia przy cewce zapłonowej (są także wersje, w których przewód sygnałowy owija się na przewodzie wysokiego napięcia).
Oczywiście montaż obrotomierza można zlecić warsztatowi, koszt nie powinien przekroczyć kilkudziesięciu złotych. Przy zakupie akcesoryjnego obrotomierza trzeba pamiętać, by był on przystosowany do silnika, z którym ma współpracować. Istotna jest w tym przypadku liczba cylindrów.
Na rynku oferowane są także obrotomierze do silników wysokoprężnych. W tym przypadku impuls pobiera się zazwyczaj z jednego z zacisków alternatora albo montuje dodatkowy czujnik przy kole zamachowym. Potem kalibruje się obrotomierz przy użyciu urządzeń diagnostycznych. W nowoczesnych dieslach sygnał można pobierać także z elektronicznego sterownika pompy wtryskowej.

Obrotomierz nie jest urządzeniem niezbędnym w codziennej eksploatacji samochodu. Może jednak bardzo usprawnić jazdę albo znacząco pomóc w obniżeniu zużycia paliwa.
Korzystanie z niego wymaga zdobycia przez kierowcę informacji o charakterystyce silnika, ale takie niewielkie zaangażowanie z pewnością opłaca się. Charakterystyki silników publikowane są niekiedy przy testach w motoryzacyjnych periodykach albo na firmowych stronach internetowych.
Zawsze można zwrócić się o takie dane do dealera, bowiem są to publikacje dostępne bez żadnych ograniczeń. Charakterystykę można także sprawdzić na hamowni. Badanie silnika tylko w zakresie momentu obrotowego i mocy maksymalnej kosztuje 100 – 150 zł, pełna sesja to wydatek rzędu 180 – 200 zł.

Opis:

W celu elektronicznego pomiaru obrotów silnika samochodowego jest potrzebny przetwornik f/U (częstotliwość/napięcie). W najprostszej formie przetwornika wystarczy uniwibrator (przerzutnik monostabilny) generujący impulsy o długości niezależnej od częstotliwości częstotliwości, to przy pomocy integratora - np. w postaci biernego filtru RC o dużej stałej czasowej - uzyskuje się napięcie proporcjonalne do ilości obrotów przypadających na jednostkę czasu. Jako wskaźnik tego napięcia, w omawianym zastosowaniu, wystarczy kilka LED'ów i układ scalony sterujący ich świeceniem w formie paska o zmiennej długości. Schemat blokowy takiego układu pomiarowego pokazano na rysunku. Spiralka na wejściu uniwibratora symbolizuje indukcyjny czujnik impulsów zapłonowych, dzięki któremu jest możliwa ich detekcja i przetwarzanie bez galwanicznego połączenia z instalacją wysokiego napięcia. Schemat elektryczny konkretnej realizacji obrotomierza pokazano na rysunku. Impulsy wejściowe, w kształcie zbliżonym do sinusoidy, indukują się w "antenie" mającej postać kilku zwojów izolowanego przewodu montażowego nawiniętego na kabel zapłonowy. Ujemna amplituda tych impulsów jest ograniczona przez D1 do napięcia -0,6V. Rezystor R1 chroni diodę D1 przed przeciążeniem i ogranicza prąd bazy T1. Każda dodatnia amplituda większa od 0,6V powoduje nasycenie tranzystora, a więc spadek napięcia na kolektorze niemal do poziomu masy. Dodatnie zbocze przebiegu związanego z zatkaniem T1 wyzwala uniwibrator zrealizowany na układzie IC2, który generuje impulsy o długości 2ms . Czas trwania tych impulsów wyznaczają R3 i C7; czas przerwy pomiędzy impulsami jest zależny od obrotów. Elementy R4/C8 i R5/C9 tworzą filtr dolnoprzepustowy, który przetwarza napięcie impulsowe na napięcie stałe zależne od przerwy pomiędzy impulsami, a więc od obrotów. Zależności czasowe ilustruje rysunek. IC3 (LM3914) porównuje doprowadzone do końcówki 5, pochodzące z dzielnika P1, napięcie z filtru z napięciem odniesienia generowanym wewnątrz obwodu (końcówka 6). Przy niskim napięciu z filtru świeci dioda LED D1, a gdy ono wzrasta - świeci odpowiednio więcej LEDów. Gdy LED D2 zaświeci się, to dzięki sprzężeniu poprzez C10/R7 napięcie odniesienia na chwilę wzrośnie ponad napięcie wejściowe i wszystkie LEDy zgasną. Jeśli napięcie z filtru nie zmaleje, to wszystkie LEDy zapalą się i ponownie zgasną - cała linijka LEDów będzie migać jako ostrzeżenie o zbyt wysokich obrotach. Gęstość upakowania elementów na obwodzie drukowanym jest relatywnie duża, dzięki temu gotowy moduł daje się łatwo zabudować pod deską rozdzielczą samochodu. Odstępy pomiędzy LEDami są tak dobrane, aby - gdy są w obudowach prostokątnych - tworzyły jedną linijkę (bez przerw). Jedynym elementem wymagającym dostrojenia jest P1. Po zabudowaniu układu w samochodzie uruchamiamy silnik i utrzymując jego obroty na poziomie żądanych maksymalnych tak ustawiamy P1, aby linijka LEDów właśnie zaczynała migotać.

Schemat Elektryczny: