Катушка тремблера , катушка жужжания или катушка вибратора — это тип высоковольтной катушки зажигания , используемой в системе зажигания ранних автомобилей, в частности, Benz Patent-Motorwagen и Ford Model T. [ 2] Ее отличительной особенностью является вибрирующий магнитно-активируемый контакт , называемый тремблером или прерывателем , [3] [1] , который разрывает первичный ток, генерируя несколько искр во время рабочего хода каждого цилиндра. Катушки тремблера впервые были использованы в автомобиле Benz 1886 года и использовались в Model T до 1927 года . [4]
Катушка тремблера была устройством, называемым Румкорфом или индукционной катушкой , широко используемым в 19 веке. [5] Она объединяет два магнитных устройства на одном соленоиде с железным сердечником . Первое — это трансформатор , используемый для преобразования электричества низкого напряжения в высокое напряжение, подходящее для свечи зажигания двигателя . Две катушки провода намотаны вокруг железного сердечника . Первичная обмотка переносит ток батареи низкого напряжения, а вторичная обмотка генерирует высокое напряжение для свечи зажигания. К концу катушки прикреплен прерыватель или тремблер , магнитно-управляемый переключатель , который многократно прерывает первичный ток, чтобы создать изменения потока в трансформаторе, необходимые для производства высокого напряжения.
Контакты переключателя находятся на пружинном железном рычаге, который удерживает их закрытыми. Рычаг установлен около железного сердечника. При подаче питания от батареи катушка действует как электромагнит ; магнитное поле от сердечника тянет пружинный железный рычаг, размыкая контакты переключателя, прерывая первичный ток. Магнитное поле сердечника отключается, позволяя рычагу отскочить назад, снова замыкая контакты. Затем первичный ток снова включается, и магнитное поле снова размыкает контакты. Этот цикл повторяется много раз в секунду, пока питание подается на катушку. Похожий механизм используется в электрическом звонке .
При каждом размыкании цепи энергия, накопленная в магнитном поле соленоида, высвобождается и посредством электромагнитной индукции создает импульс высокого напряжения во вторичной обмотке катушки. Этого напряжения достаточно, чтобы зажечь свечу зажигания , расположенную в цилиндре двигателя, воспламеняя бензиновую смесь. [2]
Разница между катушкой тремблера и современной катушкой зажигания заключается в том, что в современной катушке первичный ток прерывается только один раз контактным прерывателем для каждого цикла поршня, создавая одну искру, которая точно рассчитана для воспламенения топлива в правильной точке цикла. В катушке тремблера, напротив, вибрирующий контакт прерывателя прерывает ток несколько раз в течение каждого цикла, создавая несколько импульсов высокого напряжения и несколько искр.
Катушка тремблера работает одинаково хорошо как от переменного, так и от постоянного тока. В модели T для запуска использовалась батарея, но как только двигатель запускался, питание переключалось на магнето. Модель T была необычной тем, что была оснащена генератором переменного тока ( магнето с постоянным магнитом ), а не динамо постоянного тока . В те ранние дни это не было выпрямлено, и поэтому выход генератора оставался переменным током. [2] Этого было вполне достаточно для работы системы зажигания, а после 1915 года — для питания электрических фар, хотя его нельзя было использовать для зарядки аккумулятора. [6]
Катушка тремблера была индукционной катушкой , разработанной в 1880-х годах на основе устройства, изобретенного Чарльзом Графтоном Пейджем и независимо Николасом Калланом в 1836 году. Она широко использовалась на рубеже веков для получения высокого напряжения для радиопередатчиков с искровым зазором , рентгеновских аппаратов , дуговых ламп и медицинских электротерапевтических приборов. Она была просто адаптирована для использования в автомобилях.
Более простое устройство, катушка низкого напряжения , уже использовалось для стационарных двигателей и газовых двигателей с искровым зажиганием . Это был простой индуктор с железным сердечником , используемый с батареей и переключателем, называемым прерывателем контакта . Он имел одну обмотку и поэтому не был трансформатором, как катушка тремблера. Когда поршень оказывался в нужной точке, прерыватель контакта открывался, прерывая ток батареи. Самоиндукция из-за разрушающегося магнитного поля генерировала в катушке импульс высокого напряжения, который подавался на свечу зажигания . Недостатком катушки низкого напряжения было то, что высокое напряжение зажигания генерировалось в той же цепи, в которой протекал ток батареи низкого напряжения.
В Ford Model T использовались четыре катушки тремблера, по одной на каждый цилиндр. Это было предшественником современного использования отдельных катушек с разъемом сверху, где каждый цилиндр имеет свою собственную катушку, что позволяет избежать необходимости в распределителе высокого напряжения. [7] Они были упакованы вместе в одну деревянную коробку, залитую смолой для надежности и водонепроницаемости. [6]
Для правильной работы каждый цилиндр должен быть запущен по очереди и в нужное время. Обе эти задачи выполнялись «таймером» или распределителем низкого напряжения, поворотным переключателем. [2] В четырехтактном двигателе таймер приводится в действие со скоростью половины оборота коленчатого вала , как и распределительный вал . Таймер переключал первичный ток на каждую катушку по очереди, а также запускал катушки в соответствующее время цикла цилиндра. Как было принято для двигателей этого периода, момент зажигания также контролировался ручным управлением опережением и задержкой. Запуск холодного двигателя может потребовать ловких манипуляций с управлением, чтобы двигатель запустился. Современные двигатели контролируют такой момент еще более тщательно; теперь это происходит автоматически и не очевидно для водителя.
Существенное отличие от современных систем зажигания заключается в силе и количестве вырабатываемых искр. Современная система вырабатывает одну большую искру точно в заданное время. Системы катушек тремблера не могут вырабатывать такую высокоэнергетическую искру, но они вырабатывают непрерывный поток искр до тех пор, пока замкнута цепь таймера. Ранние двигатели, такие как модель T, работали на низких оборотах с большими цилиндрами, заполненными слабогорящими смесями с низким октановым числом. Они были менее чувствительны к точности установки момента зажигания, и их смеси также выигрывали от наличия постоянного источника зажигания. [8]
Модель T также была доступна в версиях, настроенных на керосин или этанол . Трамблерные зажигания были особенно подходящими для зажигания этих смесей. Трамблерные зажигания оставались популярными для двигателей тракторов на керосине и TVO еще долгое время после того, как они устарели для бензина.
Со временем система катушки тремблера была признана устаревшей и была заменена сначала на систему зажигания магнето , а затем на систему зажигания с батареей Кеттеринга , использующую батарею, катушку и контактный прерыватель . Эти системы использовали одну катушку зажигания для двигателя, подавая искру на каждый цилиндр по очереди. Устройство, называемое распределителем (ранее использовавшееся с магнето), использовалось для переключения тока высокого напряжения на каждую свечу по очереди. Распределитель высокого напряжения произошел от таймера, и он также представлял собой поворотный переключатель, приводимый в действие со скоростью распределительного вала. Первые распределители высокого напряжения также использовали скользящий контакт , но поскольку ток был при таком высоком напряжении, они создавали проблемы с искрением и эрозией контактов, что приводило к плохому соединению. Было решено, что распределитель с перескоком искры будет работать так же хорошо при высоких напряжениях и будет менее подвержен проблемам, связанным с эрозией. [9]
Широкая доступность модели T сделала их составные части одинаково распространенными. Их катушка тремблера, в частности, стала популярным компонентом для любителей электротехники и садовых мастеров и была одним из первых электрических компонентов заводского изготовления, которые были доступны в таком количестве. Они использовались в качестве шоковых катушек, как в псевдомедицинском, так и в шутливом смысле, [10] Катушки модели T также использовались для некоторых из самых ранних самодельных электрических ограждений для контроля скота. Они также были популярны среди ранних радиолюбителей для создания простых передатчиков с искровым разрядником для передачи кода Морзе, пока введение передатчиков непрерывной волны не сделало их устаревшими (и в конечном итоге запрещенными государственными учреждениями из-за их широкополосной передачи). Катушки модели T оставались настолько популярными для использования вне автомобиля, что они оставались в производстве до 1960-х годов, спустя годы после самого автомобиля.
Аналогичное устройство — блок питания вибратора , используемый для питания электронных ламповых радиоприемников от низковольтных батарей. Низковольтный постоянный ток от батареи прерывается схемой тремблера, и эта импульсная прямоугольная волна используется для питания трансформатора, обеспечивая 90 В или около того, требуемые для ламп . Поскольку это приложение более чувствительно к частоте, вибраторы, как правило, представляли собой отдельный блок с более стабильной настраиваемой частотой, помимо трансформатора. Этот трансформатор имел выходные отводы для 90 В HT , а также 22 В сетки и 6 В нагревательных цепей, требуемых для ламп. Во многих случаях трансформатор был тем же блоком, который использовался для питания радиоприемника от бытовой электросети , с использованием тех же вторичных обмоток, но с дополнительной первичной обмоткой при напряжении сети.