Motor Necə Alovlandı? Buji və Manyetonun Unudulan Hekayəsi

Ateşleme sistemi, içten yanmalı motorun silindirindeki yakıt-hava karışımını sıxılma tamamlandıqdan sonra alovlandırmaqla məsul olan alt sistemdir; buji ilə idarə olunan qığılcım yaradan bu qurğu olmadan dörttaktlı dövr tamamlana bilməz. 1860-cı ildə Etienne Lenoirin mühərrikindən bu günün coil-on-plug qurğularına qədər uzanan 150 ildən çox bir xətt, əslində tək bir problemin həll hekayəsidir: doğru anda, kifayət qədər gərginliklə, etibarlı şəkildə qığılcım istehsal etmək.

Qığılcım problemi ilə doğulan mühərrik: İlk bujilər və Lenoir

Daxili yanma pistonlu mühərrikinin ilk nümunəsi, daha doğulmadan atəşləmə problemini özü ilə gətirdi. 1860-cı ildə Etienne Lenoir öz adını daşıyan qaz mühərrikində elektrikli buji işlətdi və bujinin ixtirasına görə adətən ona etibar edilir. Sistem prinsipcə bu günkü ilə təəccüblü dərəcədə oxşar idi: yüksək gərginlikli elektrik bujinin elektrodları arasındakı hava boşluğundan sıçrayaraq qığılcım yaradırdı. Bujili, yəni qığılcımla atəşlənmə anlayışı heç vaxt dəyişmədi; əsas iş prinsipi 150 ildən çoxdur eynidir.

Bujinin kommersiya yetkinliyinə aparan yolda ikinci bir ad önə çıxır: Frederick Richard Simms. Simms daxili yanma mühərrikləri üçün maqnetosa aid GB 24859/1898 nömrəli patentin sahibi idi və ilk kommersiya baxımından tətbiq edilə bilən yüksək gərginlikli bujini ixtira edən şəxs kimi tanınır. Həmin il Bosch ilə əməkdaşlığa başlaması təsadüfi deyildi; bujinin işləməsi üçün arxasında etibarlı bir yüksək gərginlik mənbəyi lazım idi və o mənbə maqnetoda tapılacaqdı.

Bujinin ixtirasının mənsubiyyəti bu gün də mübahisəlidir. Lenoir geniş qəbul edilən ad olsa da, elektrikli bujinin Oliver Lodge tərəfindən ixtira edildiyinə dair qeydlər də mövcuddur; Edmond Bergerin adı da çəkilir. Kondensator boşalma atəşləməsinin (CDI) mənşəyi isə 1890-cı illərə, Nikola Teslanın işlərinə qədər gedib çıxır. Mühəndislik tarixinin əksər sahələrində olduğu kimi burada da tək bir ad əvəzinə bir-birini qidalandıran bir neçə töhfədən danışmaq daha doğrudur.

Maqneto dövrü: Batareyasız qığılcım və Boschun yüksəlişi

Avtomobilin ilk illərində bu gün anladığımız mənada elektrik təchizatı demək olar yox idi; akkumulyator daşımaq ağır, bahalı və etibarsız idi. Maqneto bu boşluğu doldurdu: öz fırlanması ilə elektrik istehsal etdiyi üçün batareyasız qığılcım impulsu təmin edirdi. Robert Bosch 1887-ci ildə sabit mühərriklər üçün ilk maqneto atəşləmə cihazını istehsal etdi; 1897-ci ildə maqnitli alovlanma nəqliyyat vasitələrində sınağa çəkilməyə başlandı və seriya istehsal 1898-cü ildə başladı. Bu tarixdən etibarən Bosch, avtomobillərə maqnitli alovlanma təchiz edən faktiki etibarlı yeganə istehsalçı mövqeyinə gəldi.

Kritik sıçrayış 1901-in sonunda gəldi. Boschun texniki direktoru Gottlob Honold, Ştutqart zavodlarında dünyanın ilk yüksək gərginlikli maqnitini və ona bağlı bujini hazırladı. Bu cütlük avtomobilin akumulyator ehtiyacını aradan qaldırdı və bujileri həqiqi mənada praktik hala gətirdi. Təxminən 1902-cü ildə Bosch, sabit bujili və silindir xaricində kontakt kəsicili cüt bobinli maqniti təqdim etdi. 1914-cü ilədək olan illərdə Bosch maqniti bazarda müəyyənedici idi; dövrün elmi nəşrləri də maqnit ilə bobin alovlanması arasındaki seçim müzakirələrini ətraflı şəkildə işıqlandırırdı.

Yüksək gərginlikli maqnit, bujiyə yüksək gərginlikli impuls göndərən maqnit-transformator birləşməsi kimi təsvir olunur. Bu gün əsasən akumulyatorsuz mühərriklərdə - çəmənbiçən maşınları, mühərrikli mişarlar - və müasir porşenli təyyarələrdə hələ də istifadə olunur. Bir texnologiyanın avtomobildən çəkilib aviasiyada standart qalması, nə qədər möhkəm təməl üzərində qurulduğunun yaxşı göstəricisidir.

Trembler Bobinləri: Model T və Benz-in Seçdiyi Yol

Maqnit yeganə yol deyildi. 1886-cı il Benz Patent-Motorwagen və 1908-ci il Ford Model T trembler coil adlanan bir sistemdən istifadə edirdi. Bu qurğuda bobin, kontakt kəsici bir mexanizmlə fasiləli cərəyan verilməklə titrək, kəsikli bir qığılcım istehsal edirdi. Model T-də dörd silindrın hər biri üçün ayrı bir trembler bobini var idi; sadə, təmiri asan və akumulyatorla işləyə bilən bir həll idi. Dövrün nəqliyyat vasitələrinə baxıldıqda iki əsas ekol görünür: akumulyatorsuz maqnit düşərgəsi və trembler bobini düşərgəsi. Hansının qazandığı sualının cavabı, növbəti bölmədəki inkişaflla aydınlaşdı.

Kettering Sistemi: Distribütor Niyə Yarım Əsr Kifayət Etdi?

Charles F. Kettering, 1910-cu illərin ətrafında akumulyator-bobin alovlanma sistemini - Delco sistemi kimi tanınan qurğunu - hazırladı. Sistem dört əsas komponentdən ibarət idi: alovlanma bobini, kontakt nöqtələri (breaker points), kondensator və distribütor. Tək bir bobin aşağı gərginliyi yüksək gərginliyə qaldırır, gərginlik distribütor daxilindəki rotor qolu ilə doğru bujiyə yönəldilirdi. Sistem ilk dəfə 1912-cü ildə Cadillac avtomobillərində təqdim edildi; mənbələrdə inkişaf ili 1910, 1911 və 1912 kimi fərqli keçsə də, 1912 Cadillac girişi ən tutarlı tarixçədir və 1912-ci ildə distribütor əsaslı sistemlərin ilk istifadəsinə də işarə edir.

Kettering sisteminin qalib gəlməsinin səbəbi mühəndislik zərifliyi deyil, ucuzluq və nisbi sadəlikdir. Bu iki xüsusiyyət onu uzun illər avtomobil sənayesinin əsas alovlanma sistemi hala gətirdi. 1912-ci il Cadillac Model Thirty-dən başlayaraq nöqtə tipli distribütor qurğuları, 1970-ci illərin ortasına qədər avtomobillərin əksəriyyətində əsas sistem kimi qaldı.

Sistemin sərhədi də əvvəldən bəlli idi. Mekanik düzənlik bujida təxminən 10.000 volt istehsal edə bilirdi; dəyişən yük və fırlanma şərtlərində elastiklik məhdud idi. Kontakt nöqtələri mexaniki aşınmaya, oksidləşməyə və təmas səthlərində açılan qığılcım səbəbindən yanmaya məruz qalırdı; müntəzəm tənzimləmə tələb edirdi və səmərəsiz qığılcıma yol aça bilirdi. Yəni sistem işləyirdi, lakin mühəndislik baxımından tavanı aşağı idi - bu tavan elektronik alovlanmanın qapısını açdı.

Nöqtələrdən tranzistorlara: Elektronik alovlanmaya keçid

Keçid düşünüldüyündən erkən başladı. İlk elektronik alovlanma cəhdi, soyuq katod tipli düzənlik olaraq 1948-cı ildə Delco-Remy tərəfindən sınaqdan keçirildi. Lucas 1955-ci ildə tranzistorlu alovlanmanı təqdim etdi və bu sistem 1962-ci ildə BRM ilə Coventry Climax Formula 1 mühərriklərində istifadə olundu - yeni texnologiya, hər zamanki kimi əvvəlcə yarış pistindən süzülüb gəldi. Seriya istehsal yolculuğu belə irəlilədi:

• 1963: Pontiac, isteğe bağlı elektronik alovlanma (Delcotronic) təklif edən ilk avtomobil istehsalçısı oldu; eyni ildə Hyland Electronics ilk kommersiya tam bərk cisimli SCR kondansatör boşalmalı alovlanmanı istehsal etdi.
• 1964–65: Ford filo sınaqları apardı və bəzi modellərdə isteğe bağlı elektronik alovlanma təklif etməyə başladı; aftermarket tərəfində Prest-O-Lite CD-65 (50.000 mil zəmanətlə) və Delta Mark 10 bazara çıxdı.
• 1967–68: Motorola kontaktsız CD sistemini təqdim etdi; Fiat Dino, elektronik alovlanma ilə standart gələn ilk seriya istehsalı avtomobil oldu.
• 1971–75: Jaguar XJ Series 1, ardından Chrysler, Ford və GM zənciri izlədi; GM-in HEI sistemi 1974-cü ilin sonunda bəzi nəqliyyat vasitələrində tətbiq edildi.

1970-ci illərin ortasında kontakt nöqtələri tranzistorlarla əvəz olunmağa başlandıqda alovlanma gərginliyi təxminən 20 kV-a yüksəldi - Kettering sisteminin 10.000 voltluq tavanının ikiqat artırılması. Distribütorun özü isə bir müddət daha yaşadı; paylama vəzifəsini davam etdirdi, lakin zamanlama artıq mexaniki ağırlıqlar deyil, elektronik beyinlər tərəfindən müəyyən olunurdu. Distribütorlar 1980-ci və 1990-cı illərdə böyük ölçüdə elektronik alovlanma sistemləri ilə əvəz olundu; kompüter idarəetməli düzənlik daha dəqiq zamanlama və qat-qat az təmir təklif edirdi.

Distribütorun təqaüdü: Coil-on-Plug və birbaşa alovlanma

Paylama məntiqinin həlli 1980-ci illərin ortalarında başladı. GM, distribütoru və tək bobini götürüb hər biri yalnız iki silindrə qidalanılan çoxlu bobin paketlərinə keçməyə başladı; bu düzənlikdə gərginlik 100.000 volta qədər qalxa bilirdi. İki silindri tək bobinlə idarə edən, biri atılmış qığılcım (wasted spark) kimi tanınan düzülüş, distributorsuz alovlanmanın ilk praktik formalarından biri oldu. Nissanın NDIS (Nissan Direct Ignition System) adını daşıyan sistemi ilk dəfə 1985-ci ildə RB20DET NICS və CA18DE NICS mühərriklərində görüldü.

1990-cı illərdən etibarən coil-on-plug düzənliklər geniş yayıldı: hər bujinin üstündə birbaşa bir bobin yerləşir, yüksək gərginlik kabelləri və distribütor rotoru tamamilə aradan qalxır. DENSO, 1996-cı ildə avtomobil sektorunun ilk kompakt stick tipli alışma bobinini işləyib hazırlayaraq bugünkü silindr başlığı mənzərəsini müəyyən etdi. Müasir mühərrikdə isə ECU, alışma da daxil olmaqla yanacaq injectoru kimi müxtəlif mühərrik funksiyalarını tək qurğu ilə idarə edir - əvvəlki dövrlərdəki ayrı-ayrı sistemlərin əksinə olan memarlıq. Alışma artıq müstəqil alt sistem deyil, mühərrik idarəetməsinin alt çoxluğudur.

Alışma Sistemi Bugün Haradadır? Sərhədlər və Mübahisələr

Şamın ixtirasının kimliyi qədər, klassik avtomobil dünyasındaki nöqtə-elektron mübahisəsi də aktualığını qoruyur. Texniki tərəf aydındır: kontakt nöqtələri köhnəlir, tənzimləmə tələb edir və səmərsiz qığılcım yarada bilər. Bunun əksinə olaraq klassik avtomobil sahibləri arasında "yaxşı saxlanılmış nöqtələrin üzərinə normal bir elektron alışmanın faydası yoxdur" görüşü geniş yayılıb və praktikada haqlı olduğu hallar da var; elektron hissələrin təmir xərcinin daha yüksək ola bildiyi də doğrudur. Kettering sisteminin inkişaf ilinə dair mənbələr arasındakı fərq kimi, buradakı fikir ayrılığı da ölçmə tərifindən çox istifadə kontekstindən doğur: gündəlik istifadə ilə concours səviyyəsində oricinallıq fərqli tələblərdir.

Gələcək tərəfində isə 2013-cü il tarixli qiymətləndirmələr, qığılcım alışması ilə sıxılma alışmasının bir müddət daha üstün qalacağını proqnozlaşdırırdı. HCCI (homojen sıxılma alışması) mühərrikləri benzinlə işləyib sürüş şərtlərinə görə iki alışma rejimi arasında keçid edə bilər və səmərəliliyi dizel səviyyəsinə yaxınlaşdıra bilər; bu isə bu gün hələ də böyük ölçüdə nəzəri bir çərçivədir. Klassik avtomobil bazarında isə 123ignition kimi mikroprosessor əsaslı, Bluetooth-lu müasir distribütorlar Kettering görünüşünü qoruyaraq müasir etibarlılıq təklif edir - keçmişin estetikası, bugünün elektronu ilə barışdırılıb.

Nəticə: Eyni Qığılcım, Dəyişən Memarlıqlar

Alışma texnologiyasının 160 illik əyrisi üç rəqəmə sığır: Kettering qurğularının 10.000 voltu, elektron keçidin 20.000 voltu və coil-on-plug-un 100.000 voltu. Məqsəd heç vaxt dəyişmədi; dəyişən, qığılcımı yaradan və vaxtlandıran memarlığın mexanikdən bərk cisim həlinə təkamülü oldu. Maqnetodan distribütora, distribütordan hər şam üçün bobinə gedən yol, avtomobil mühəndisliyinin ümumi hekayəsinin əks səda olaraq kiçildilmiş halıdır: daha az köhnələn hissə, daha çox idarəetmə, daha yüksək gərginlik.

Mənbələr

• Ignition system
• Spark plug
• Ignition magneto
• 1886-1905: İlk eməlyatdan zavoda
• Bosch Automotive - Məhsul tarixi
• Bosch-un Maqneto Alovlanma Cihazı Bucabəncərələri Mümkün Etdi
• Alovlanmanın Təkamülü
• DENSO alovlanma bobininin təkamülünü vurğulayır
• Nöqtələrdən Dəqiqliyə: Alovlanma Sistemlərinin Əsrlik Tarixi
• Elektron Alovlanma
• Avtomobillər üçün Maqneto və ya Bobinli Alovlanma
• Frederick Richard Simms
• Étienne Lenoir
• Elektron Alovlanma Distrübutrlarını Anlamaq
• Köhnə avtomobillərdə kontaktlar və elektronika