ток напряжением в 12 вольт. Такой ток искры не дает, его надо преобразовать, увеличив напряжение в 1,5 тысячи раз. Для этого в системе зажигания автомобиля предусмотрен прибор, который получил название катушки зажигания.
Катушка состоит из железного сердечника и двух обмоток: первичной – толстой и вторичной – тонкой. Вначале на сердечник намотана тонкая обмотка из медной проволоки диаметром около одной десятой доли миллиметра. Всего в ней до 20 тысяч витков. На вторичную обмотку наматывается первичная из сравнительно толстой, тоже медной проволоки диаметром около 0,7 миллиметра. Она имеет около 300 витков. То, что первичная обмотка намотана на вторичную, не случайно – ей надо отдавать тепло: ведь через нее проходит ток большой силы и она нагревается.
Первичная обмотка подсоединена к аккумуляторной батарее и генератору. Но поступающий в нее ток предварительно проходит через прерыватель, отчего он подается в катушку как бы порциями. С какой целью? Чтобы силовые линии магнитного поля, образуемого в первичной обмотке, были все время в движении и пересекали витки вторичной обмотки. Надо, чтобы магнитное поле все время появлялось и исчезало.
Бросьте камень в спокойное озеро. По его серебристой глади от места падения камня побегут кольца волн. Что-то подобное происходит и в катушке. Силовые линии кольцами появляются вокруг витков.
В первичную обмотку поступает порция тока, и сразу же от нее побегут кольцевой формы силовые линии магнитного поля. По пути они пересекают витки вторичной обмотки.
Но вот сработал прерыватель и ток отключился. Магнитное поле как бы стремится вернуться к проводнику, исчезнуть в нем.
И снова, во второй раз, магнитные линии пересекут витки тонкой обмотки.
В каждом витке вторичной обмотки при этом индуцируется электрический ток. Пусть он слабый, всего в 1 вольт, но витков много, и значит общее напряжение во всей обмотке составит 18-20 тысяч вольт.
Полученный ток высокого напряжения подводится к свечам. Он уже способен преодолеть сопротивление воздуха между электродами свечи и дать искру.
Итак, магнитным полем управляет прерыватель. Он состоит из валика, на который насажена муфта с кулачками, и двух контактов, подвижного и неподвижного. Число кулачков на муфте соответствует числу цилиндров двигателя.
Валик прерывателя получает вращение от распределительного вала. Во время вращения кулачки то набегают на выступ рычажка – подвижного контакта, поднимая его, то освобождают выступ, после чего под действием пружины рычажок возвращается в исходное положение и контакты замыкаются.
Неподвижный контакт соединен с массой, а подвижный с первичной обмоткой катушки зажигания.
Когда контакты сомкнуты, ток из аккумулятора или генератора идет на массу. Попутно он проходит через первичную обмотку катушки зажигания. А разомкнутся контакты, и цепь разомкнётся. Тут же исчезнет магнитное поле, а во вторичной обмотке возникает ток.
Так все время. Пока работает двигатель, контакты все время то размыкаются, то замыкаются. При каждом размыкании появляются искры.
А как часто надо прерывать ток? Это зависит от того, сколько нужно получить искр в свечах за полный рабочий такт. Если двигатель имеет четыре цилиндра, то за два оборота коленчатого вала происходит четыре рабочих такта и, следовательно, надо получить за это же время четыре искры. За два оборота коленчатого вала валик прерывателя делает один оборот. Значит, чтобы получить четыре искры, надо иметь четыре кулачка на валике прерывателя.
Ну, а если у двигателя шесть цилиндров? Тогда и размыканий контактов должно быть шесть. У прерывателя имеется шесть кулачков.
При работе двигателя на малых оборотах контакты прерывателя находятся в замкнутом состоянии сравнительно продолжительное время. Относительно долго находится под током первичная обмотка, что грозит ей перегревом. Чтобы избежать перегрева, она снабжена добавочным сопротивлением, так называемым вариатором.
Катушка зажигания
Вариатор – это проволочная спираль. Принцип его работы основан на свойстве металла увеличивать сопротивление электрическому току при нагревании.
Когда двигатель работает на малых оборотах, вариатор будет под током дольше. Поэтому он больше нагревается и сопротивление его возрастет. В результате движение тока затормозится и будет предотвращен перегрев первичной обмотки.
На больших оборотах двигателя, когда время пребывания контактов в замкнутом состоянии сокращается, вариатор нагревается меньше, сопротивление уменьшается. Это позволит току достигнуть достаточной величины, чтобы обеспечить надежное зажигание.
Токи в ловушке
Раньше мы говорили, что когда контакты прерывателя разомкнуты, магнитное поле, исчезая, пересечет витки вторичной обмотки и возбудит в них ток. Но ведь магнитное поле пересечет и витки первичной обмотки. Само собою разумеется, в ней также возникнет ток, ток самоиндукции. Причем, токи самоиндукции вредны. Они вызывают искрение в контактах и обгорание их. Кроме того, эти токи создадут вокруг первичной обмотки магнитное поле как раз в тот момент, когда оно должно затухнуть.
Для борьбы с токами самоиндукции служит конденсатор. Он состоит из двух тонких алюминиевых лент, между которыми проложена парафинированная бумага. Ленты свернуты в рулон и заключены в металлический футляр. Подсоединяется конденсатор параллельно контактам прерывателя.
Конденсатор
Металлические ленты способны пропускать ток и накапливать электрические заряды. Поэтому, когда, в первичной обмотке индуцируется заряд, а контакты, как мы знаем, разомкнуты, току ничего не остается, кроме как отправиться в конденсатор и зарядить его. Ток как бы загоняется в ловушку.
А как только контакты сомкнутся, ток уйдет в первичную цепь и конденсатор разрядится. Причем ток разряда пойдет в направлении, противоположном току самоиндукции, и ускорит его исчезновение.
Всем сестрам по серьгам
Двигатели имеют несколько цилиндров. В каждый из них надо подать искру своевременно, а не когда вздумается.
Представьте себе, что в цилиндре идет такт выпуска продуктов горения и в это время свеча даст искру. Какой в ней толк? Еще хуже, если искра поступит, скажем, в середине такта сжатия, когда поршень пройдет только половину пути к верхней мертвой точке. Тут вообще может произойти несуразное – газы толкнут поршень в обратном направлении.
На этой схеме показаны приборы зажигания. Батарея аккумуляторов питает приборы тогда, когда генератор еще не работает на зажигание. Такая система зажигания называется батарейной, потому что в числе ее приборов находится батарея аккумуляторов.
Самый подходящий момент для появления искры, когда смесь сжата и готова к воспламенению. И попасть искра должна именно в тот цилиндр, в котором все готово к рабочему такту.
Возьмем для примера двигатель «Волги». Допустим, в первом цилиндре поршень идет к верхней мертвой точке, сжимая горючую смесь. С некоторым опережением контакты прерывателя размыкаются, во вторичной обмотке катушки зажигания индуцируется ток высокого напряжения, причем он должен поступить именно в свечу первого цилиндра. Искра воспламенит горючую смесь. В первом цилиндре начнется рабочий ход, поршень устремится вниз.
В этот момент поршень второго цилиндра пойдет вверх, производя сжатие горючей смеси. Он еще не достигнет верхней мертвой точки, как снова с опережением сработает прерыватель. Теперь возникший в катушке зажигания ток высокого напряжения должен поступить обязательно в
