Зажигание от магнето высокого напряжения (часть 2)

Эволюция систем зажигания первых двигателей внутреннего сгорания

Германия быстро стала лидером в производстве магнето, надежно снабжающим систему зажигания двигателя электрическим током бесконечно долго, в отличие от батарей или аккумуляторов. К производству магнето в больших количествах кроме фирмы Bosch подключились и другие компании. Получили распространение системы магнето с постоянным магнитным полем фирм: «Рютар», «Нильмелиор», «Эйземан», «Меа» и «Симс» [9]. Система аккумуляторного зажигания уже окончательно вышла из моды, как несовершенная и капризная [10].

Долговечность магнитных свойств постоянного магнита достигалась увеличением содержания углерода в металле, достигая максимума в 90 единицах углерода, при этом металл закаливался. Если к металлу добавить вольфрам, то магнитные свойства улучшались, а содержание углерода могло быть понижено. Если содержание вольфрама достигало 6,5% или почти столько же, то содержание углерода можно снизить примерно до 60 единиц, и такой металл будет сохранять высокое состояние магнитного насыщения в течение длительного времени. Существовали две причины для стремления снизить содержание углерода и добавить вольфрам. К сожалению, с увеличением количества углерода возможная плотность магнитного потока уменьшается. Эта трудность в некоторой степени преодолевалась за счет уменьшения количества углерода и добавления вольфрама. Также было обнаружено, что магниты будут ослабевать быстрее, если в них много углерода и нет вольфрама [11].

Со временем магнето высокого напряжения претерпело множество изменений и усовершенствований. Появилось большое количество различных типов, резко отличавшихся друг от друга в деталях, но очень похожих по общей конструкции и имевших одинаковый принцип действия. В зависимости от взаимного расположения магнитной и якорной систем, а также от того, какие части магнитной или якорной системы являются подвижными, магнето высокого напряжения разделяются на следующие виды:

1. с внутренним вращающимся Н-образным якорем и неподвижной внешней магнитной системой;
2. с внутренним неподвижным якорем и внешней вращающейся магнитной системой;
3. с внешней неподвижной якорной системой и внутренним вращающимся магнитным ротором;
4. с неподвижным якорем и постоянным магнитом, но с вращающимися полюсными наконечниками постоянного магнита;
5. с неподвижным внутренним якорем, неподвижным внешним постоянным магнитом и промежуточными вращающимися сегментами, т.н. магнитными коммутаторами;
6. с неподвижными якорем и магнитом, но с внутренним или внешним вращающимся магнитным коммутатором;
7. 7) с неподвижным якорем и постоянным магнитом, но с вращающимся междуполюсным сердечником (замыкателем).

В 1908 г. фирма Bosch выпустила приспособление для автоматического запуска в ход двигателей. Электрическое приспособление представляло собой, по сути, устройство, называемое Trambler – индуктивную катушку с конденсатором, коммутатором и электромагнитным прерывателем, размещенную в закрытом цилиндре, по объему составляющим лишь треть обыкновенной катушки с прерывателем. Для работы устройства требовался аккумулятор или батарея. В двойном зажигании распределитель магнето служил для обоих видов зажигания. Само магнето получило некоторые изменения [12]. Идея состояла в том, что после остановки двигателя в его цилиндрах остается достаточное для пуска количество смеси, если ее воспламенить электрическими искрами [13]. Такая система получила распространение как двойная – Bosch Dual, Bosch-Doppelzündung. Катушка стала размещаться не вертикально, а горизонтально.

В системе Bosch Duplex также использовался ток аккумуляторной батареи для запуска, но другим способом. Ток батареи используется в первичной цепи якоря магнето для дополнения тока, генерируемого магнето при низких скоростях вращения. Чтобы сделать это без опасности разрушения магнетизма током батареи, если ток течет через обмотку якоря не в том направлении, необходимо, чтобы аккумулятор был подключен в соответствии с направлением. Аккумулятор подключен к переключателю двумя проводами. Двумя другими проводами переключатель соединялся с клеммами на крышке прерывателя магнето. Под крышкой находились два латунных сегмента. Прерыватель имеет две щетки, которые вращаются вместе с ним. Через секторы и щетки ток течет от батареи и попадает на якорь так же, как протекает ток якоря. Ток от батареи при запуске двигателя подавался переключателем при нажатии кнопки в центре переключателя. В положении переключателя в области «магнето» ток батареи полностью отключался [15].

Bosch также предлагал две независимые системы зажигания: от магнето и аккумуляторной батареи. Аккумуляторная система состояла из комбинированной катушки-переключателя и распределителя, которые полностью независимы от магнето. Две системы объединялись в переключателе так, что двигатель мог работать от магнето с одним набором свечей, или от батареи с другим набором свечей, или от магнето и батареи вместе, в этом случае используются оба набора свечей. Либо батарея, либо магнето может использоваться для зажигания, при этом другая система полностью демонтирована или снята с двигателя. [16].

Поперечный разрез магнето

Когда в 1910 г. распространилось убеждение, что одним из решений задачи увеличения мощности двигателя является зажигание смеси в двух точках, опыты показывали, что это значительно сокращает время сгорания топливного заряда (нормальное время сгорания составляло около 1/25 с, время зажигания 1/1000) [17]. Быстрое сгорание уменьшало потерю тепла и, следовательно, потерю мощности. Это касалось в первую очередь двигателей с так называемой Т-образной головкой цилиндров (камерой сгорания). Испытания в лаборатории Автомобильного клуба Америки (Automobile Club of America) четырехцилиндрового двигателя Chester показали, что наибольшая мощность 24 л. с. при зажигании одной свечой достигалось при опережении 45°. При зажигании двумя свечами максимальную мощность 28 л.с. получили при опережении 32° при гораздо меньшей частоте вращения двигателя [18].

Фирма Bosch изготовила такую систему, оснастив ее переключателем, позволяющим включать обе серии свечей порознь и одновременно. Включать только одну серию свечей требовалось при пуске двигателя, так как мощности магнето при низких оборотах не хватало [19]. В системе Bosch используется один якорь, но имеющий двойную вторичную обмотку, что обеспечивало хорошую синхронизацию двух искр. Преимущество использования двух свечей зажигания одновременно компенсировалось ранним зажиганием. Фирма Eisemann предложила центробежную регулировочную муфту. Bosch применил полюсные башмаки специальной формы, которые использовались в магнето с целью подачи электрического тока достаточно высокой интенсивности для образования хорошей искры в положении замедления и на низких оборотах двигателя. В магнето Bosch вытянутые концы полюсных башмаков заканчивались зубцами. Наибольшая электродвижущая сила возникала, когда край якоря проходил основания и концы зубцов [20].

Устройство катушки зажигания Bosch Dual/ Bosch-Doppelzündung

Железный сердечник 3 катушки зажигания имеет форму вертикального двойного Т-образного якоря. Обмотка такая же, как и в магнето Bosch, одна из которых первичная, а другая вторичная. Начало первичной обмотки прикручено к железному основанию 3, поэтому она соединена с корпусом катушки 1. Ее конец также образует начало вторичной обмотки. От общей точки соединения обмоток идет проводник к одному из контактов переключателя, расположенного в нижней части корпуса, который соединяется с аккумулятором. Конец вторичной обмотки также подведен к переключающему контакту, который подключается к распределителю магнитного устройства.

Непосредственно под катушкой находится переключатель, вращающаяся часть 4 которого прикреплена к железному корпусу катушки, а неподвижная часть 5 образует дно корпуса, на нижней стороне которого находятся точки подключения различных проводов. Соединение точек контактов с токопроводящими частями пластины 4 осуществляется четырьмя упругими контактами 6, расположенными по кругу, и центральным контактом 6а, снабженным неподвижным штифтом. Ручка 7 приводит в действие переключатель, шток которого перемещается в прорези в стенке корпуса из среднего положения «0» влево для зажигания от магнето и вправо для зажигания от аккумуляторной батареи. Эта подпружиненная ручка 7 фиксируется в каждом из этих трех положений, перед включением его необходимо сначала оттянуть из утопленного положения. Над железным корпусом катушки зажигания расположен конденсатор 8, один из его обкладок имеет соединение с корпусом, а от второго слоя выведен проводник к среднему контакту выключателя, подключаемому параллельно к выключателю аккумуляторной батареи.

Для запуска в середине крышки корпуса имеется подпружиненная кнопка пуска 9, напротив пластины 10 расположен упругий вертикальный контактный штифт 11. При нажатии кнопки пуска контактный штифт нажимается вниз и касается платиновой детали пружины 12. Теперь трамблер (дрожатель) 13, подталкиваемый пружиной вверх, начинает вибрировать. Ток проходит через корпус аппарата, штифт 11, пружину 12, переключатель, аккумулятор, первичную обмотку и возвращается обратно в корпус устройства; однако он всегда опять прерывается в тот момент, когда дрожатель 13 оттягивается вниз и ударяется о пружину 12, так как при этом контакт между последней и штифтом 11 размыкается.

Как видно из иллюстрации, при переключении (за исключением кнопки 9 и опорной пластины 5) все детали конструкции вращаются, так как все они прочно соединены с железным корпусом катушки зажигания и образуют единое целое. Это означает, что во всех внутренних цепях полностью исключены подвижные или съемные контакты, а все точки подключения прочно припаяны.

Кроме того, катушку зажигания можно разобрать очень легко, ведь нужно всего лишь открутить крышку корпуса и кнопку переключателя 7, чтобы можно было легко вытащить всю внутреннюю часть катушки вверх.

Магнето закрывали сплошным кожухом для предохранения от внешних воздействий многие заводы или сами автомобилисты [21]. Поэтому в 1910–1911 гг. Bosch выпустил закрытые магнето типа Z, защищенные от воды и пыли. В феврале 1912 г. Bosch показал магнето, работающее в ванне с водой.

Первая мировая война и последовавший за ней кризис стали тяжелым периодом для компаний Eisemann в Германии и США. В условиях экономического кризиса, разрушавшего экономику, Эрнст Эйземан установил деловые контакты со своим конкурентом Робертом Бошем. С тех пор конкурирующие компании Eisemann и Bosch начали сотрудничать во все более широких областях экономики. В 1924 г. компании Eisemann Werke и Robert Bosch объединились.

Источники и литература

9. Патент DE156117, DE000000156117A Magnetelektrische Zündvorrichtung für Explosionskraftmaschinen, Роберт Бош 01.07.1902.

10. О современном автомобиле// Автомобилист. 1912. № 1. С. 20.

11. Р.Н. Как и почему капризничает мотор// Автомобилист. 1912. № 2. С. 23.

12. Forrest R. Jones. Automobile Catechism. Third Egition. New York. The Class Jornal Company. 1910. P. 80.

13. Грибов И.В. Современный автомобиль: Устройство. Работа. Управление. Уход. Москва. изд. кн-во инж. В.А. Александрова, 1917. С. 146.

14. Автоматическое пускание в ход (сист. Бош)// Автомобиль. – 1908. № 20. – С. 2340

15. Earle B. Norris, Robert K. Winning, William C. Wea­ver. Gas Engine Ignition. McGraw-Hill Book Company, Inc. 1916. S. 126–128.

16. Erle B. Norris, Robert K. Winning, William C. Weaver. Gas Engine Ignition. First Edition. McGraw-Hill Book Company. New York. 1916. S. 131.

17. Löwy J. Die Zündung bei Automobilen u. Motorfahrrädern. Richard Carl Schmidt & Co. Leipzig 1906. S. 13.

18. John B. Rathbun. Ignition, Valve Timing and Automobile Electric Systems. Chicago Stantion and Vanvilet Co. 1920. S. 86.

19. Клейн Г. Перестановка момента воспламенения и замена ее у тепловых двигателей// Автомобиль. – 1911. № 5. – С. 3431.

20. Gasoline Automobiles. Gasoline Automobile Engines. Automobile Engine Auxiliaries. Electric Ignition. Transmission and Control Mechanism. Bearings and Lubrication. Automobile Tires (Vol. 1). Scranton International Textbook Company. 1916. §8. C. 88.

21. Новое магнето Бош и другие новости этой фирмы// Автомобилист. 1911. № 21. С. 28.