Глава V. Молнии в цилиндрах

Знакомьтесь - автомобиль

Электростанция в автомобиле

Глубокая ночь окутала черным саваном землю. Ни зги не видно. И вдруг из-за поворота шоссе вынырнула машина. Посылаемые фарами снопы света словно раздвигают черную, почти осязаемую темень.

Есть фонари у автомобиля и сзади Белым светом освещается номерной знак. А рядом вспыхивает яркий красный "стоп-сигнал". "Внимание!- предупреждает он еле дующего позади водителя.- Включены тормоза."

Если надо осветить салон, достаточно нажать кнопку. Мягкий свет фонарей-плафонов позволит лаже читать. Захотели узнать время,- к вашим услугам электрические часы. Стало скучно, надоело смотреть на примелькавшиеся поля, включите радиоприемник и сразу же в салон ворвется музыка: если в ночное время автомобиль упрямо остановился посредине дороги и надо обнаружить неисправность, на выручку придет переносная электрическая лампа.

Когда-то водитель до седьмого пота крутил заводную рукоятку, чтобы запустить двигатель. Теперь она лежит в багажнике на всякий случай. Ее роль успешно выполняет электродвигатель - стартер. Чтобы воспламенить горючую смесь, в цилиндр подается электрическая искра. Как видите, все в автомобиле, основано на электричестве. А откуда же оно берется? Оказывается, электричество вырабатывает своя электростанция. И состоит она из двух источников энергии - батареи аккумуляторов и генератора тока, иначе говоря, динамомашины.

Электрическая копилка

Один из источников тока - батарея аккумуляторов. Аккумулировать - слово не русское, в переводе означает накапливать, создавать запас. Отсюда аккумулятор - прибор, накапливающий электроэнергию.

Познакомимся с его устройством. В банке из кислотоупорного материала помещены две группы пластин. Пластина представляет собой решетку из сплава свинца с сурьмою. В решетку запрессовывается активная масса из смеси свинцового глёта и свинцового сурика. Каждая из двух групп пластин имеет самостоятельный штырь, у одной группы он служит отрицательным полюсом, у другой - положительным.

Знакомьтесь - автомобиль

Пластины собираются таким образом, что положительные располагаются между отрицательными. Чтобы поверхности пластин не соприкасались, между ними ставят прокладки, именуемые сепараторами.

Банки заливают электролитом - серной кислотой, разбавленной чистой дистиллированной водой. Сверху банки закрываются крышками с отверстиями, через которые заливается электролит.

Теперь аккумулятор собран. Но если мы захотим его использовать, ничего путного из этого не получится. Аккумулятор пока не имеет запаса электрической энергии. Чтобы он накопил энергию, его надо зарядить, то есть подключить к источнику электротока.

В заряженном аккумуляторе активная масса положительной пластины состоит из перекиси свинца PbO₅. а отрицательная-из чистого, губчатого свинца Pb, электролит - раствор серной кислоты H₂SO₄ в воде. Когда полюса аккумулятора замыкаются, внутри его происходит химический процесс. Кислота электролита разлагается, частица ее SO₄ соединяется со свинцом пластин и образует сернокислый свинец pbSO₄. Обе пластины покрываются однородным составом - сернокислым свинцом. Плотность электролита падает

Через аккумулятор пропускается электрический ток. При этом электролит вступает в химическую реакцию с активной массой пластин. В результате отрицательная пластина покрывается слоем чистого губчатого свинца серого цвета, а положительная - слоем перекиси свинца коричневого оттенка. В ходе реакции вода из электролита поглощается, зато выделяется серная кислота, отчего плотность электролита повышается. Из этого видно, что в процессе зарядки аккумулятора электрическая энергия превращается в химическую.

Если заряженный аккумулятор соединить с электроцепью автомобиля и включить электроприборы, скажем, фары, лампу освещения картины или другой потребитель электричества, то аккумулятор отдаст им часть своего тока. Причем образование электрической энергии связано

Аккумулятор состоит из положительных и отрицательных пластин и электролита. Отрицательных пластин всегда на одну больше, чем положительных

Практически это происходит так. Серная кислота вступит в реакцию с активной массой пластин, вследствие чего и на положительных, и на отрицательных пластинах образуется сернокислый свинец. В процессе реакции выделится вода, которая разбавит электролит, снизит его плот ноет Разрядку можно определить по плотности электролита

Отдавая свой ток, аккумулятор разряжается. Но допускать полной его разрядки не рекомендуется, может крошиться активная масса пластин. Аккумулятор надо беречь. активная масса

Заряженная банка аккумулятора имеет два вольта напряжения. Несколько банок, соединенных вместе, образуют батарею аккумуляторов. Соединяются они последовательно, поэтому напряжение банок складывается. Скажем, батарея из шести банок- которые чаще всего при меняются на современных автомобилях, имеет 12 вольт.

Батарея аккумуляторов требует тщательного ухода. Надо содержать ее в чистоте, следить за уровнем электролита, не допускать слишком большой разрядки.

Фабрика электричества

Без подзарядки батарея аккумуляторов способна работать всего несколько десятков часов. А дальше? Дальше ее нужно снимать с автомобиля и на сутки, примерно, ставить на зарядку. Но это же канительно, часто снимать тяжелый аккумулятор. К тому же в течение суток, пока он будет на зарядке, автомобиль вынужден простаивать. Это не по-хозяйски.

Из трудности вышли наипростейшим образом. Во-первых, сделали так, что аккумулятором пользуются очень мало, когда двигатель не работает или когда он работает на малых оборотах. Во-вторых, на автомобиле установили генератор тока - динамомашину, которая дает ток, когда двигатель работает на средних и больших оборотах и в это время подзаряжает аккумулятор. Теперь у внимательного и рачительного водителя аккумуляторы работают без зарядки по нескольку лет.

Итак, мы установили, что автомобиль имеет второй источник электроэнергии - генератор. Он преобразует механическую энергию, полученную от двигателя, в электрическую.

Когда вы изучали физику, вам рассказывали, что если пересечь магнитное поле замкнутым проводником, то в нем появится электрический ток. Это свойство индукции использовано и в генераторе.

Схема устройства генератора

В нем имеются электромагниты - так называемые башмаки, создающие магнитное поле. Роль проводника выполняет якорь цилиндрической формы с обмоткой из тонкого медного провода. Обмотка не сплошная, она состоит из нескольких изолированных Друг от друга кусков секций.

Якорь ремнем связан со шкивом коленчатого вала. Когда двигатель работает, движение передается якорю генератора и он не вращается. При этом обмотка его пересекает магнитное поле башмаков. В секциях обмотки возникает электрический ток. Концы секций припаяны к изолированном друг от друга пластинкам коллектора.

Поступивший к коллектору ток снимается так называемыми щетками и идет в цепь. Что собой представляют щетки? Это брусочки из спресованных порошков меди и графита. Иногда порошок графита заменяется порошком угля.

Главные части генератора

Часть тока, снятого щетками, идет в обмотку возбуждения башмаков, усиливая магнитное поле. Чем больше обороты двигателя, тем быстрее будет вращаться якорь, тем чаще его обмотки будут пересекать магнитное поле и тем больше будет напряжение и сила индуктируемого тока. А в результате больше тока поступает в обмотку башмаков.

Мы уже говорили, что током генератора подзаряжается аккумулятор. Но в якоре генератора возникает переменный ток, а он для зарядки не годится, там обязательно нужен постоянный. Преобразователем переменного в постоянный ток в генераторе служит коллектор.

Автоматический часовой

Итак, аккумулятор и генератор два источника тока, два "кормильца" электрических приборов. Оба они связаны между собой, ибо по одним и тем же проводам посылают ток потребителям. Они включены параллельно.

И аккумулятор, и генератор работают в полном согласии. Когда один из них питает приборы, другой ему не мешает. Но за ними нужен глаз да глаз, иначе они могут погубить друг друга.

Выше говорилось, что напряжение вырабатываемого генератора тока зависит от работы двигателя. На малых оборотах оно будет ниже напряжения аккумулятора, и генератор станет потреблять его электроэнергию. Если это продлится долго, то обмотка генератора может перегреться. Да и сама батарея понесет урон, разрядится.

На высоких же оборотах генератор даст больше напряжения, и часть тока пойдет в обратном направлении, к аккумулятору, для зарядки его. Получается, как в сообщающихся сосудах. Стоит поднять какой-либо из сосудов, и вода из него потечет в другой. Очень высоко поднимем, и вода заполнит второй сосуд, даже перельется через край. Но перекроем соединяющую сосуды резиновую трубку, и течение воды прекратится, хотя уровни в банках будут разные.

Принцип перекрытия "электрической дороги" между генератором и аккумулятором использован и в приборе реле обратного тока, который "контролирует" работу источников питания. Он отключает от сети генератор, когда тот не работает или дает напряжение меньше 12 вольт. В это время потребителей питает аккумляторная батарея.

Устройство реле обратного тока довольно простое. Представьте металлический сердечник с двумя обмотками. Причем одна из них подключена параллельно щиткам генератора, а другая - последовательно в общую цепь. Над сердечником установлен подвижной мостик с пружиной, которая оттягивает его от сердечника. На мостике имеется контакт, связанный со щетками генератора. Под ним находится контакт от электросети автомобиля,

Когда двигатель не работает или работает на малых оборотах, пружина оттягивает мостик и разобщает контакты. Генератор оказывается отключенным от сети.

Но мы знаем, что и во время работы на малых оборотах генератор вырабатывает ток. От щеток этот ток пойдет в реле и станет намагничивать сердечник.

По мере увеличения оборотов двигателя напряжение в обмотке повысится настолько, что сила магнита преодолеет натяжение пружины. Мостик притянется к сердечнику и замкнет контакты. Теперь ток генератора свободно пойдет в сеть и к аккумулятору. Так будет пока двигатель работает на средних или больших оборотах.

Схема реле обратного тока

Но вот автомобиль подъехал к перекрестку, водитель сбросил газ, в результате чего двигатель снизил обороты. Естественно, напряжение генератора упадет настолько что ток пойдет от батареи аккумуляторов к нему. Но как раз в этот момент реле обратного тока и отключит генератор, ток от аккумулятора не попадет в генератор.

Как это происходит? Проходя по второй обмотке сердечника реле в обратном направлении, аккумуляторный ток размагнитит сердечник Пружина оттянет мостик, и контакты разомкнутся. Теперь питать цепь будет батарея.

И так все время. Меняются обороты двигателя, а автоматический сторож - реле обратного тока - бдительно охраняет безопасность аккумулятора и генератора.

Границу переходить нельзя

Все электрические приборы автомобиля рассчитаны на ток определенного напряжения и силы. Мы уже говорили, что в отечественных машинах чаще всего применяется ток в 12 вольт. А ведь на больших оборотах двигателя генератор даст много больше. И тогда могут выйти из строя предохранители, перегореть лампочки, провода. Чтобы этого не случилось, напряжение и силу тока надо держать в определенных границах.

От чего зависит напряжение и сила тока генератора? Мы уже знаем- от скорости вращения якоря, а в связи с этим и от силы магнитного поля, создаваемого обмоткой возбуждения.

Можно, конечно, остановить рост показателей тока путем снижения оборотов коленчатого вала. Но это нецелесообразно - снизится мощность двигателя.

А нельзя ли регулировать силу магнитного поля, чтобы по достижении определенного уровня она не росла? Оказывается, можно. И выполняет это небольшой прибор - регулятор напряжения.

По устройству он напоминает реле обратного тока. В нем так же имеется сердечник, мостик с подвижным контактом, стойка с неподвижным контактом и обмотка. Кроме того, регулятор напряжения имеет добавочное сопротивление.

Реле-регулятор

Только в реле обратного тока, как мы знаем, контакты обычно разомкнуты и соединяются, когда сердечник намагнитится и притянет мостик. В отличие от этого в регуляторе напряжения контакты обычно соединены и ток идет нормальным путем. Но тогда двигатель начнет развивать большие обороты и напряжение тока, вырабатываемого генератором, возрастет до 14-15 вольт, сердечник намагнитится, притянет мостик и разомкнет цепь в обмотке возбуждения. Ток вынужден будет идти по Другой дороге, через добавочное сопротивление. Дорога эта трудная, на преодоление сопротивления ток тратит часть напряжения. Попадая после этого в обмотку возбуждения, он создает более слабое магнитное поле. И теперь, как бы якорь не увеличивал обороты, напряжение вырабатываемого тока остается в допустимых пределах.

Для регулирования силы тока служит прибор, ограничитель тока, который работает подобно регулятору напряжения.

Реле обратного тока, регулятор напряжения и ограничитель тока соединены в один общий прибор. Он называется реле-регулятором.

Молнии в цилиндрах

Почему в грозовых тучах возникают молнии? Да потому, что в верхних слоях атмосферы накапливаются колоссальные заряды электричества, в одних местах положительные, в других - отрицательные. Они притягиваются друг к другу. Если бы источники грозовых зарядов соединили проводником, ток пошел бы спокойно, как он идет по проводам, без вспышки.

Но когда ток идет по воздуху (а воздух плохой проводник), преодолевая его сопротивление, заряды проделывают большую работу. Мы видим при этом яркие вспышки света, слышим грохот, вызываемый сотрясением воздуха. Электрическая энергия превращается в световую и тепловую. Попадая на землю, грозовая электроэнергия может причинить ущерб, вызвать пожар.

Нечто подобное грозам происходит и в цилиндрах двигателя. Там так же сверкают молнии, грохочут громы. Только все это в миниатюре. К тому же в цилиндрах грозы создаются искусственно. "Молния" нужна здесь, чтобы воспламенить горючую смесь. Производит же ее электрическая свеча.

Свеча имеет сердечник в виде керамического изолятора, через который проходит металлический стержень. К стержню подводится электрический ток.

Сердечник свечи закрепляется в стальном корпусе, имеющей резьбу для крепления в блоке цилиндров. К нижней части корпуса приварен металлический усик, назначение которого принять заряд электричества со стержня.

Между кончиком стержня - центральным электродом и усиком - боковым электродом - имеется зазор величиной 0,5-07 миллиметра.

Свеча зажигания служит для получения электрической искры

Обязателен зазор такой величины? Обязателен. Будет меньше электрическая энергия без труда преодолеет расстояние между электродами и теплоты выделится мало. А такая, "холодная", искра смесь не воспламенит. Но и слишком большой зазор не пригоден - ток не сможет его преодолеть и искры просто не будет, а если она и появится, то через относительно длительные промежутки времени. В этом случае двигатель либо не будет работать, либо станет работать с перебоями.

Высокое напряжение

Мы уже знаем, что для получения искры в свече к центральному электроду необходимо подвести ток. И не любой, а способный преодолеть сопротивление слоя воздуха между электрода ми. А значит, это должен быть ток высокого напряжения, практически около 20 тысяч вольт.

Но ведь и батарея аккумуляторов, и генератор нашего автомобиля вырабатывают 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 зажиния. 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 велик 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, вариант 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 сжигания. 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 свечу второго цилиндра. Во время следующего такта искра понадобится в четвертом цилиндре.

Порядок работы "Москвича", как мы знаем, иной: 1-3-4-2. Поэтому здесь после первого цилиндра искра поступает не во второй, а в третий цилиндр, затем в четвертый и уже потом во второй.

Словом, задача тока высокого напряжения - посещать свечи по очереди, в строгом соответствии с порядком работы двигателя. Ведает очередью специальный прибор - распределитель. Он как бы распределяет ток по цилиндрам. Скомпонован распределитель заодно с прерывателем - в приборе, получившем название прерывателя-распределителя. В крышке прибора имеются неподвижные контакты по числу цилиндров. Они соединены со свечами.

Детали прерывателя-распределителя

На валике прерывателя крепится так называемый ротор из пластмассы с контактом, к которому подводится ток от катушки зажигания.

Работа прерывателя и распределителя согласована. Вращается валик прерывателя, вращается и ротор. Примем его контакт поочередно подходит к неподвижным контактам. В момент, когда во вторичной обмотке катушки зажигания возникает ток высокого напряжения, контакт ротора замыкается с боковым электродом. Ток сразу же устремится к центральному электроду соответствующей свечи. Преодолев сопротивление воздуха в зазоре между электродами свечи, ток произведет искру, затем через массу возвратится в первичную обмотку катушки зажигания, а оттуда - во вторичную обмотку.

И так всякий раз. Лишь только контакт ротора подходит к боковому контакту распределителя, ток устремляется к свече.

Ведь порядок работы двигателя 1-2-4-3. И надо ток подводить сначала к свече первого цилиндра, затем второго, потом четвертого и, наконец, третьего. А потом все повторять сначала. Но если бы мы такую последовательность применили к "Москвичу", то двигатель работать не смог бы. Вы спросите почему? Да потому, что порядок работы двигателя этой машины совершенно другой :1-3-4-2. Вот в чем и разница.

На помощь идут резервы

Мощность двигателя прямо зависит от скорости горения смеси и полноты сгорания. На больших оборотах, как раз когда требуется наибольшая мощность, время для сгорания минимальное. И все же имеется возможность обеспечить полное сгорание.

Скорость горения зависит от ряда причин. Например, от того, когда воспламенится горючая смесь.

Можно воспламенить ее в момент достижения поршнем верхней мертвой точки. Тогда на горение останется время движения поршня до нижней мертвой точки, то есть совсем малая доля секунды.

А если попробовать подать искру чуть раньше, еще до того, как поршень придет в верхнюю мертвую точку? Попробовали. И оказалось все хорошо, мощность двигателя повысилась. С одной стороны, за счет большего времени горения, а значит, и лучшего сгорания. А с другой стороны, за счет того, что начало горения происходило в меньшем объеме и газы получили большую упругость, с большей силой давили на поршень.

Итак, решено: воспламенять смесь надо с опережением. Но с каким? Оказывается, не каждое опережение на пользу. Тут надо чувство меры. Слишком рано подведешь искру, и значительная часть горючего может сгореть еще до достижения поршнем верхней мертвой точки. В результате поршень, двигаясь вверх, встретит сопротивление газов. Детали двигателя станут стучать, ускорится их износ, мощность двигателя упадет. Явление неприятное.

Установлено, что наиболее экономично воспламенять смесь с таким расчетом, чтобы самая бурная стадия горения наступила в момент прихода поршня в верхнюю мертвую точку. В этом случае давление в цилиндре достигнет самого высокого значения, а двигатель даст наибольшую мощность.

Но ведь число оборотов двигателя может меняться в больших пределах - от четырехсот до пяти тысяч в минуту. И чем быстрее вращается коленчатый вал, тем меньше времени для сгорания смеси. Очевидно, с изменением оборотов следует менять и опережение.

Схема центробежного регулятора

Оно и меняется автоматически, с помощью центробежного регулятора опережения. Устройство его довольно простое. На валике прерывателя сидит фланец с грузиками. Грузики находятся на осях и прижаты к фланцу пружинами.

Когда работает двигатель, вращается и валик прерывателя, а вместе с ним и грузики. Под действием центробежной силы грузики начнут расходиться в стороны. Но они связаны с кулачковой муфтой. И, расходясь, повернут ее так, чтобы кулачок побыстрее встретился с выступом подвижного контакта.

Чем больше двигатель даст оборотов, тем больше разойдутся грузики и тем больше повернется кулачковая муфта. Когда же двигатель сбавит обороты, центробежные силы уменьшатся, под действием пружинок грузики возвратятся в первоначальное положение и повернут муфту в обратном направлении.

Но угол опережения зажигания надо менять не только в зависимости от числа оборотов, но и от нагрузки на двигатель.

Вакуумный регулятор. Корпус регулятора при помощи трубки соединен с выпускным патрубком за дроссельной заслонкой. Внутри корпуса помещена диафрагма с пружиной. Диафрагма соединена тягой с диском прерывателя. На малой, нагрузке двигателя, когда дроссельная заслонка прикрыта, во впускном патрубке образуется большое разрежение. По трубе оно передается в корпус регулятора диафрагма выгибается, преодолевает сопротивление пружины и тягой поворачивает диск навстречу вращению валика прерывателя

Представим себе автомобиль, катящийся со скоростью сорока километров в час под уклон. Большая ли нагрузка при этом будет на двигатель? Конечно, небольшая. А вот тот же автомобиль, на той же передаче и с тем же числом оборотов двигателя стал подниматься в гору. Здесь водителю придется как следует нажать педаль акселератора и открыть дроссельную заслонку. В последнем случае смеси в цилиндры будет поступать больше, давление при такте сжатия увеличится. Но ведь смесь, сильно сжатая, горит быстрее. Она может сгореть раньше, чем поршень прибудет в верхнюю мертвую точку. Поэтому при больших нагрузках, когда дроссельная заслонка открыта почти полностью, большого опережения не требуется.

Выходит, величину опережения зажигания надо менять в зависимости от нагрузки на двигатель. Делается это автоматически, с помощью вакуумного регулятора. Он состоит из корпуса, диафрагмы и пружинки. Регулятор сообщается с впускным патрубком карбюратора. Диафрагма соединена тягой с рычажком прерывателя, на котором, как известно, укреплен подвижной контакт.

На малых оборотах двигателя дроссельная заслонка всегда прикрыта, а поэтому в патрубке создается большое разрежение. Естественно, диафрагма выгибается, преодолевая сопротивление пружины, и при помощи тяги поворачивает диск навстречу вращению валика прерывателя. Теперь размыкание контактов произойдет раньше.

Глаза автомобиля

Давным-давно на острове Фарос, недалеко от египетского города Александрии, стоял высокий маяк. Свет его, сраженный металлическими зеркалами, был виден очень далеко. Морякам, застигнутым штормом в открытом море, он сулил тихую гавань и укрытие от непогоды.

Много веков высился над Фаросом маяк, слава о нем разошлась по всему миру. Слово "фарос" сделалось нарицательным, им называли маяки и вообще всякие светильники.

Но безжалостное время разрушило это изумительное сооружение Древности, около шестисот лет назад здание рухнуло. Однако память о нем сохранилась. В честь маяка Фа роса получили свое название и автомобильные фары - "глаза автомобиля".

'Глаза' автомобиля - фары

У автомобиля две пары "глаз" - фары и подфарники. Фара имеет металлический корпус, внутри которого вставлен вогнутый отражатель света - рефлектор. Поверхность его хорошо отполирована, покрыта хромом, алюминием или серебром. В фокусе рефлектора помещается лампочка. Лучи света от лампочки, падая на поверхность рефлектора, отражаются от него и отбрасываются далеко вперед.

Лампочки фар имеют две нити накаливания: одна для дальнего света, другая - для ближнего. Если надо осветить дорогу далеко впереди, включают дальний свет, а для освещения ближнего участка используют ближний свет.

Водитель подает сигналы

В движении для связи с водителями другого транспорта и пешеходами автомобиль располагает средствами сигнализации. Главный из сигналов - звуковой.

И хотя в Москве, в ряде других городов страны подача звуковых сигналов запрещена, в некоторых случаях без нее не обойтись. Особенно в горах, на крутых поворотах, в условиях плохой видимости, просто шоссе, когда нужно предупредить об обгоне идущий впереди транспорт, когда приходится предупреждать невнимательного пешехода и т. д.

Знакомьтесь - автомобиль

Звуковой сигнал питается электричеством. Основные его част электромагнит с обмоткой, прерыватель тока, стальная пластина-мембрана, закрепленная на стержне и рупор-усилитель звука. При нажиме на кнопку сигнала в обмотку поступает ток и сердечник намагничивается. Стержень мгновенно притянется. Но стержень является еще и проводником тока, на нем имеется контакт.

Стержень притягивается к сердечнику, контакты разъединяются и ток прервется.

Знакомьтесь - автомобиль

Тут же исчезнет магнитное поле. Мембрана выпрямится и отодвинет стержень в прежнее положение. Кантакты прерывателя сомкнутся, и ток опять пойдет в обмотку. Снова намагнитится сердечник, притянет мембрану. Но протянувшись, она разъединит контакты, после чего возвратится в первоначальное состояние. Такие колебания мембраны будут происходить, пока нажата кнопка сигнала. Колеблясь, мембрана сотрясает воздух и производит звук.

На некоторых автомобилях имеется по два сигнала, они разного тембра. Работают одновременно и Дают звук красивого тона.

Есть у автомобиля и световые сигналы. Если надо сделать правый или левый поворот, водитель поворачивает рычажок и сразу же вспыхивают лампочки указателя повороту одна спереди автомобиля, другая сзади. Они будут мигать, предупреждая о предстоящем маневре Других, пока водитель не переставит Рычажок на место.

Схема работы звукового сигнала

Для освещения заднего номерного знака и подачи светового "стоп-сигнала", предупреждающего, о торможении, служит задний фонарь.

Хватит ли бензина?

Сколько бензина осталось в баке? Хватит ли его до конца рабочего дня или хотя бы для того, чтобы добраться до ближайшей заправочной станции? Эти вопросы часто интересуют водителя. И ответ на них дают электрические указатели уровня бензина.

Измеритель уровня бензина

На щитке приборов у рабочего места водителя расположен указатель, а в топливном баке помещен датчик. Указатель имеет две катушки, якорь, шкалу и стрелку. Датчик снабжен реостатом, ползунок которого перемещается поплавком топливного бака. Когда в баке нет бензина, поплавок опускается на дно, а ползунок реостата перемещается в крайнее положение, выключая реостат из цепи. Стрелка указателя в это время остановится на делении "0".

Электрический бухгалтер

С какой скоростью движется автомобиль? Сколько он прошел километров за день? За месяц? За год?

Эти вопросы совсем не пустячные. Скорость движения имеет непосредственное отношение к безопасности, а учет пройденных километров дает возможность вовремя обеспечить технический уход. Для водителя такси это позволяет к тому же правильно получить плату за проезд.

Счетчики пройденного пути были уже в древнем Риме. На экипажах в то время устанавливались металлические тазы, в которые через каждые сто стадий (около 200 метров) падали камешки. Стоило сосчитать количество камешков в тазе и можно было определить пройденный путь, Изобретатель "самобеглой коляски" Леонтий Шамшуренков задумал создать счетчик верст. Он писал:

Знакомьтесь - автомобиль

"И если позволено будет, то еще сделать могу часы, которые ходить будут у коляски на задней оси, на которых будут показываться на кругу стрелкой до тысячи верст и на каждой версте будет бить колокольчик".

В наше время учетом пройденных километров и показанием скорости ведает спидометр. Он расположен на щитке приборов, перед глазами водителя. Спидометр имеет валик, который с помощью гибкого троса получает вращение от ведомого вала коробки передач. На верхнем конце валика укреплен магнит, создающий магнитное поле.

Схема работы электрического 'бухгалтера'

Магнит вращается в алюминиевой картушке, которая соединена со стрелкой спидометра. Пересекая металл картушки, магнитное поле создает в нем токи, а вокруг - магнитное поле. В результате взаимодействия магнитных полей картушка поворачивается по ходу вращения магнита, а вместе с ней поворачивается и стрелка указателя скорости.

В приборе имеется и счетчик количества пройденных автомобилем километров. Подсчитывает путь специальный механизм, который получает вращение от валика спидометра. Счетчик показывает количество пройденных километров с нарастающим итогом, с того момента, когда спидометр установлен на автомобиле.

"Дворник" на вахте

А дорога серою лентою вьется. 
Залито дождем смотровое стекло

Так поется в одной песне. Но это очень плохо, когда стекло залито водой. Иной раз забарабанят по кузову крупные капли дождя, потекут по лобовому стеклу потоки воды и водитель даже за десять метров не сможет рассмотреть, что делается на дороге, А если поднимется метель? Тогда хоть останавливайся - впереди ни зги не видно.

Вот в такое ненастье лучшим другом водителя становится "дворник" - электрический стеклоочиститель. Достаточно водителю нажать кнопку включателя, и две щетки начнут ухаживать за стеклами, сметая с них снег, лед, грязь, потоки воды.

Щетки стеклоочистителя снимают со стекла капли дождя, снег, обеспечивают водителю хорошую видимость

Стеклоочиститель имеет небольшой электромотор, который при помощи коленчатых рычагов заставляет щетки перемещаться. Стоит ногой нажать специальную педаль, и вода из особого резервуара сполоснет стекла, а щетки завершат начатое дело.

Богатырь спешит на помощь

Попробуйте запустить двигатель заводной ручкой, особенно если аккумулятор слабый. И вы убедитесь, что занятие это далеко не легкое. Другое дело - с помощью стартера. Тут и вылезать из кабины не надо, и большой силы не требуется, только нажми включатель - и стартер повернет коленчатый вал.

Силачи-стартеры здорово помогают водителям, облегчают их труд. По своему устройству они напоминают генератор. Стартер тоже имеет корпус, якорь, коллектор, щетки. Но в отличие от генератора у стартера не два, а четыре полюса и обмотка возбуждения включается последовательно с обмоткой якоря, а не параллельно.

Схема действия стартера

При включении стартера в его обмотки поступает ток большой силы, а потому как обмотка якоря, так и обмотка полюсных башмаков сделана из толстой медной проволоки. К коллектору якоря прижимаются четыре щетки: две положительных и две отрицательных.

Генератор и стартер являются обратимыми машинами. Это означает, что если через генератор пропустить от внешнего источника постоянный ток, то он станет работать как электромотор. И в то же время, если вращать якорь стартера, то он станет работать как генератор.

Как же работает стартер?

Когда водитель включает стартер, замыкается цепь и ток от батареи аккумуляторов направляется к щеткам стартера. Со щеток он попадает на коллектор, проходит обмотку якоря, затем поступает в обмотку полюсов. Вокруг якоря и башмаков создаются сильные магнитные поля. Взаимодействуя между собой, магнитные поля создают мощный крутящий момент. Якорь начинает вращаться.

На этом рисунке изображена схема устройства стартера

Теперь надо вращательное движение якоря передать коленчатому валу. Для этой цели на валу якоря стартера устанавливается шестерня, а на маховике двигателя напрессован стальной зубчатый венец. Зацепление шестерни с венцом маховика производится принудительным механическим или электромагнитным включателем.

Вам приходилось кататься на велосипеде? Представьте, что вы вращаете педаль. При этом вращается звездочка, а цепь, надетая на нее, приводит в движение колеса. Но вот вы разогнали велосипед и перестали работать педалями. Машина мчится вперед, хотя цепь и не движется. В чем дело? Почему усилия от педали на колеса передаются, а от колес на педали нет? Это происходит по простой причине - велосипед снабжен втулкой свободного хода.

Подобный принцип передачи усилий применен в стартере. Когда водитель включает стартер, якорь начинает вращаться и одновременно его шестерня входит в зацепление с маховиком, тоже заставляя его вращаться.

Знакомьтесь - автомобиль

Но как только двигатель заведется, маховик станет вращать шестерню вала якоря в обратном направлении. А она сидит на муфте свободного хода и поэтому будет свободно вращаться.