Cewka drgająca - Trembler coil
Cewki Trembler , brzęczenie cewka lub cewki wibracyjny jest typu wysokonapięciowa cewka zapłonowa stosowany w układzie zapłonowym wczesnych samochodów, zwłaszcza w Benz Patent-Motorwagen i Ford Model T . Jego cechą wyróżniającą jest wibrujący, aktywowany magnetycznie styk zwany drżeniem lub przerywaczem , który przerywa prąd pierwotny, generując wiele iskier podczas suwu mocy każdego cylindra. Cewki Trembler zostały po raz pierwszy użyte w samochodzie Benz 1886 i były używane w Modelu T do 1927 roku.
Operacja
Cewka drgająca była urządzeniem zwanym Ruhmkorffem lub cewką indukcyjną , szeroko stosowaną w XIX wieku. Łączy dwa urządzenia magnetyczne na tym samym elektrozaworze z rdzeniem żelaznym . Pierwszy to transformator , służący do przekształcania niskiego napięcia w wysokie napięcie, odpowiednie dla świecy zapłonowej silnika . Dwie cewki drutu nawinięte są wokół żelaznego rdzenia . Uzwojenie pierwotne prowadzi niskiego prądu napięcie akumulatora, a wtórne uzwojenie tworzy się wysokie napięcie na świecy zapłonowej. Do końca cewki przymocowany jest przerywacz lub drżenie , przełącznik sterowany magnetycznie , który wielokrotnie przerywa prąd pierwotny, aby wywołać zmiany strumienia w transformatorze potrzebne do wytworzenia wysokiego napięcia.
Styki przełączników znajdują się na sprężystym żelaznym ramieniu, które utrzymuje je w pozycji zamkniętej. Ramię jest zamontowane w pobliżu żelaznego rdzenia. Po podłączeniu zasilania z baterii cewka działa jak elektromagnes ; pole magnetyczne z rdzenia ciągnie sprężyste ramię żelazne, otwierając styki przełącznika, przerywając prąd pierwotny. Pole magnetyczne rdzenia zostaje wyłączone, co pozwala ramieniu odskoczyć, ponownie zamykając styki. Następnie prąd pierwotny jest ponownie włączany, a pole magnetyczne ponownie otwiera styki. Cykl ten powtarza się wiele razy na sekundę, podczas gdy cewka jest zasilana. Podobny mechanizm zastosowano w dzwonku elektrycznym .
Gdy obwód otwiera się za każdym razem, energia zmagazynowana w polu magnetycznym solenoidu jest uwalniana i poprzez indukcję elektromagnetyczną wytwarza impuls wysokiego napięcia w uzwojeniu wtórnym cewki. Napięcie to wystarcza do odpalenia świecy znajdującej się w cylindrze silnika, zapalając mieszankę benzynową.
Różnica między cewką drgającą a nowoczesną cewką zapłonową polega na tym, że w nowoczesnej cewce prąd pierwotny jest przerywany tylko raz przez wyłącznik stykowy dla każdego cyklu tłoka, tworząc pojedynczą iskrę, która jest precyzyjnie ustawiana w czasie, aby zapalić paliwo we właściwym czasie punkt w cyklu. Natomiast w cewce drgającej styk wibrującego przerywacza przerywa prąd wielokrotnie podczas każdego cyklu, tworząc wiele impulsów wysokiego napięcia i wielu iskier.
Cewka drgająca działa równie dobrze przy zasilaniu prądem zmiennym lub stałym . W Modelu T do rozruchu użyto akumulatora, ale po uruchomieniu silnika zasilanie zostało przełączone na własny generator silnika. Model T był niezwykły są wyposażone w AC alternatora (magnes stały magneto ), a nie prądnicy prądu stałego . W tych wczesnych dniach nie zostało to naprawione, więc moc alternatora pozostała jak AC. Było to całkowicie wystarczające do obsługi układu zapłonowego, a po 1915 roku do zasilania elektrycznych reflektorów, chociaż nie można go było używać do ładowania akumulatora.
Pochodzenie
Cewka Trembler była cewka indukcyjna , opracowane w 1880 roku z urządzenia wymyślonego przez Karola Grafton strony i niezależnie od Mikołaja Callan w 1836 roku został on powszechnie używany na przełomie XIX i XX wieku w celu wytworzenia wysokiego napięcia dla nadajników radiowych o zapłonie luka , x -maszyny , lampy łukowe i medyczne urządzenia do elektroterapii . Został po prostu przystosowany do użytku w samochodach.
Prostsze urządzenie, cewka niskiego napięcia , było już używane w silnikach stacjonarnych i gazowych silnikach o zapłonie iskrowym . Była to prosta cewka z rdzeniem żelaznym , używana z baterią i przełącznikiem zwanym przerywaczem styków . Miał pojedyncze uzwojenie, więc nie był transformatorem takim jak cewka drgająca. Gdy tłok znalazł się we właściwym miejscu, rozłącznik otworzył się, przerywając prąd akumulatora. Samoindukcja w wyniku zapadania się pola magnetycznego generowała impuls wysokiego napięcia w cewce, który został przyłożony do świecy zapłonowej . Wadą cewki niskonapięciowej było to, że wysokie napięcie zapłonu było generowane w tym samym obwodzie, przez który przepływał prąd akumulatora niskiego napięcia.
Stosować w samochodowych układach zapłonowych
W Fordzie Modelu T zastosowano cztery cewki drgające, po jednej na każdy cylinder. Był to prekursor nowoczesnego zastosowania pojedynczych cewek wtykowych, w których każdy cylinder ma swoją własną cewkę, dzięki czemu unika się konieczności stosowania dystrybutora HT. Zostały one pakowane razem w jednym drewnianym pudełku, zalane z boiska za trwałość i hydroizolacji.
Aby zapewnić prawidłowe działanie, każdy cylinder musi być odpalany po kolei i we właściwym czasie. Oba te zadania realizował „timer” lub rozdzielacz niskiego napięcia, przełącznik obrotowy. W silniku czterosuwowym zegar sterujący jest napędzany z połową prędkości wału korbowego , podobnie jak wałek rozrządu . Timer przełączał po kolei prąd pierwotny na każdą cewkę, a także uruchamiał cewki w odpowiednim momencie cyklu cylindra. Jak to było w przypadku silników z tego okresu, regulacja zapłonu była również kontrolowana przez ręczne sterowanie wyprzedzeniem i opóźnieniem. Uruchomienie zimnego silnika może wymagać zręcznej manipulacji elementem sterującym, aby uruchomić silnik. Nowoczesne silniki jeszcze dokładniej kontrolują ten czas; dzieje się to teraz automatycznie i nie jest oczywiste dla kierowcy.
Istotna różnica w stosunku do nowoczesnych zapłonów polega na sile i liczbie wytwarzanych iskier. Nowoczesny system wytwarza jedną, dużą iskrę dokładnie w wyznaczonym czasie. Systemy cewek drgających nie mogą wytwarzać iskier o tak wysokiej energii, ale wytwarzają ciągły strumień iskier tak długo, jak długo obwód timera jest zamknięty. Wczesne silniki, takie jak Model T, pracowały z małą prędkością z dużymi cylindrami wypełnionymi słabo palącymi się mieszankami o niskiej liczbie oktanowej . Obydwa były mniej wrażliwe na dokładność synchronizacji zapłonu, a ich mieszanki również korzystały z posiadania stałego źródła zapłonu.
Model T był również dostępny w wersjach dostosowanych do nafty lub paliw etanolowych . Do zapalania tych mieszanin szczególnie odpowiednie były zapłonniki wstrząsowe. Tremblery pozostały popularne w silnikach ciągników nafty i TVO długo po tym, jak przestały być stosowane do benzyny.
Zastąpienie
Z czasem układ cewki drżącej uznano za przestarzały i zastąpiono go najpierw iskrownikiem zapłonowym, a później układem zapłonowym akumulatora Ketteringa , wykorzystującym baterię, cewkę i wyłącznik . Systemy te wykorzystywały pojedynczą cewkę zapłonową w silniku, dostarczającą po kolei iskrę do każdego cylindra. Do przełączania prądu wysokiego napięcia na każdą wtyczkę po kolei zastosowano urządzenie zwane dystrybutorem (wcześniej używane z iskrownikami). Dystrybutor wysokiego napięcia wyewoluował z timera i był to również przełącznik obrotowy napędzany z prędkością wałka rozrządu. Pierwsze rozdzielacze wysokiego napięcia również stosowały styk wycierania , ale ponieważ prąd był przy tak wysokim napięciu, powodowało to problemy z wyładowaniem łukowym i erozją styków, co prowadziło do słabego połączenia. Uświadomiono sobie, że rozdzielacz z iskrą skokową będzie działał równie dobrze przy wysokich napięciach i będzie mniej podatny na problemy związane z erozją.
Inne zastosowania
Szeroka dostępność Modelu T sprawiła, że jego części składowe były równie rozpowszechnione. W szczególności ich cewka drgająca stała się popularnym elementem wśród hobbystów elektrycznych i majsterkowiczów przydomowych i była jednym z pierwszych elementów elektrycznych produkowanych fabrycznie, które były dostępne w takiej liczbie. Były używane jako cewki szokujące, w sensie pseudomedycznym lub dowcipnym, cewki Model T były również używane do niektórych z najwcześniejszych domowych ogrodzeń elektrycznych do kontroli zwierząt. Były również popularne wśród wczesnych radioamatorów do budowania prostych nadajników iskiernikowych do transmisji kodu Morse'a, dopóki wprowadzenie nadajników fal ciągłych nie uczyniło ich przestarzałymi (i ostatecznie zakazanymi przez agencje rządowe z powodu ich transmisji szerokopasmowych). Cewki Model T pozostały tak popularne do użytku innego niż samochód, że pozostawały w produkcji przez kilka lat po samym samochodzie.
Zasilacze wibracyjne
Podobnym urządzeniem jest zasilacz wibracyjny , służący do zasilania radia zaworów elektronicznych z akumulatorów niskonapięciowych. Niskie napięcie prądu stałego z akumulatora jest przerywane przez obwód drgający, a ta pulsująca fala prostokątna służy do napędzania transformatora, zapewniając 90 V lub więcej wymagane przez zawory . Ponieważ ta aplikacja jest bardziej wrażliwa na częstotliwość, wibratory były na ogół oddzielną jednostką, z bardziej stabilnym strojem częstotliwościowym, poza transformatorem. Transformator ten miał zaczepy wyjściowe dla 90 V HT, a także obwody sieci 22 V i grzałki 6 V wymagane przez zawory. W wielu przypadkach transformator był tym samym urządzeniem, które służyło do zasilania radioodbiornika z domowej sieci zasilającej , przy użyciu tych samych części wtórnych, ale z dodatkowym uzwojeniem pierwotnym przy napięciu sieciowym.