مغناطيس الإشعال

المغناطيس الإشعالي (ويُسمى أيضًا المغناطيس عالي الجهد ) هو نوع قديم من أنظمة الإشعال المستخدمة في محركات الاحتراق الداخلي (مثل محركات البنزين). يستخدم هذا النظام مغناطيسًا ومحولًا لتوليد نبضات من الجهد العالي لشمعات الإشعال . ويعني مصطلح "عالي الجهد" في الأصل " الجهد العالي ". ^{[ 1 ]}

يستطيع المغناطيس البسيط (مولد كهربائي يستخدم مغناطيسات دائمة) إنتاج كهرباء بجهد منخفض نسبيًا ، إلا أنه لا يستطيع إنتاج الفولتيات العالية المطلوبة لشمعة الإشعال المستخدمة في معظم المحركات الحديثة (باستثناء محركات الديزل ). ^{[ 2 ]} كما يشتمل مغناطيس الإشعال على محول كهربائي ، [ 2 ] ^{يقوم بتحويل الكهرباء} إلى جهد أعلى (مع ما يترتب على ذلك من انخفاض في تيار الخرج ). ^{[ 2 ]}

عندما تبدأ نقاط التلامس بالانفتاح، تكون المسافة بينها في البداية بحيث يتسبب الجهد الكهربائي عبر الملف الابتدائي في حدوث شرارة بينها. يتم وضع مكثف بين نقاط التلامس لامتصاص الطاقة المخزنة في محاثة التسريب للملف الابتدائي، مما يبطئ زمن صعود جهد الملف الابتدائي للسماح لنقاط التلامس بالانفتاح الكامل. ^{[ 3 ]}

يُلف ملف ثانٍ، ذو لفات أكثر بكثير من الملف الابتدائي، على نفس القلب الحديدي لتشكيل محول كهربائي . تُسمى نسبة عدد لفات الملف الثانوي إلى عدد لفات الملف الابتدائي بنسبة اللفات . يؤدي الجهد الكهربائي الواقع على الملف الابتدائي إلى توليد جهد متناسب عبر الملف الثانوي. تُختار نسبة اللفات بين الملفين الابتدائي والثانوي بحيث يصل الجهد عبر الملف الثانوي إلى قيمة عالية جدًا، تكفي لإحداث شرارة في فجوة شمعة الإشعال. عندما يرتفع جهد الملف الابتدائي إلى عدة مئات من الفولتات، ^{[ 3 ] [ 4 ]} يرتفع الجهد على الملف الثانوي إلى عدة عشرات الآلاف من الفولتات، نظرًا لأن عدد لفات الملف الثانوي عادةً ما يكون 100 ضعف عدد لفات الملف الابتدائي. ^{[ 3 ]}

اقتران النبضات، والمهتز الحثي، وملف التعزيز

(يسار) في ملف اهتزازي، تُفتح وتُغلق نقاط التلامس بسرعة، مما يُولّد تيارًا مستمرًا نابضًا، أو تيارًا متقطعًا من البطارية. يتدفق التيار الكهربائي من البطارية عبر المقاومة R1، ونقاط التلامس V1، والملف L2. عند تنشيط الملف L2، تُفتح نقاط التلامس V1، مما يُوقف تدفق التيار عبر L2. ينهار المجال المغناطيسي حول L2، وتُغلق نقاط التلامس V1 مرة أخرى. مرة أخرى، يتدفق التيار عبر L2، وتُفتح نقاط التلامس V1 مجددًا. تتكرر هذه العملية باستمرار، مُولّدةً شرارات متتالية. (يمين) مكونات ملف التعزيز. ملف التعزيز منفصل عن المغناطيس ويمكنه توليد سلسلة من الشرارات بمفرده. يُولّد تدفق التيار عبر الملف الابتدائي مجالًا مغناطيسيًا حول الملف يجذب نقطة التلامس المتحركة، مما يقطع الدائرة. ثم تعود نقطة التلامس المتحركة إلى نقطة التلامس الثابتة بواسطة نابض. يُولّد هذا تدفق التيار مرة أخرى في عملية متكررة.

نظرًا لأن المغناطيس الكهربائي يُنتج جهدًا منخفضًا عند السرعات المنخفضة، فإن تشغيل المحرك يصبح أكثر صعوبة. ^{[ 5 ]} لذلك، تحتوي بعض المغناطيسات الكهربائية على وصلة نبضية، وهي عبارة عن وصلة ميكانيكية نابضية بين المحرك وعمود إدارة المغناطيس، حيث "تتشابك" و"تنفصل" في اللحظة المناسبة لتدوير عمود المغناطيس. تتكون الوصلة النبضية من نابض، ومحور كامة مزود بأثقال طاردة، وغلاف. ^{[ 5 ]} يدور محور المغناطيس بينما يبقى عمود الإدارة ثابتًا، مما يؤدي إلى تراكم شد النابض. عندما يحين وقت إطلاق المغناطيس، تنفصل الأثقال الطاردة بفعل احتكاك الغلاف بمنحدر الزناد. يسمح هذا للنابض بالانفكاك، مما يُعطي المغناطيس الدوار دورانًا سريعًا، ويسمح للمغناطيس بالدوران بسرعة كافية لإنتاج شرارة. ^{[ 5 ]}

في أواخر تسعينيات القرن التاسع عشر، تعاون المهندس الإنجليزي فريدريك ريتشارد سيمز مع المهندس الألماني روبرت بوش وفريقه المكون من أرنولد زاهرينجر ويونغ رال وغوتليب هونولد، لتطوير أول مغناطيس عملي عالي الجهد. وفي عام 1900، استُخدم نظام إشعال المغناطيس من بوش في محركات غوتليب دايملر على متن منطاد زبلين . ^{[ 6 ] [ 7 ]}

كانت سيارة مرسيدس الألمانية للسباقات بقوة 35 حصانًا ، والتي طُرحت عام 1901، أول سيارة تستخدم نظام الإشعال المغناطيسي، تلتها سيارات أخرى من إنتاج بنز ، ومورس ، وتوركات-ميري ، ونيسلدورف . ^{[ 8 ]} وسرعان ما شاع استخدام المغناطيسات في معظم السيارات، سواءً لأنظمة الجهد المنخفض (التي تستخدم ملفات ثانوية لإشعال شمعات الاحتراق) أو لأنظمة الجهد العالي (التي تُشعل شمعة الاحتراق مباشرةً، على غرار نظام الإشعال بالملف الحثي ). ^{[ 8 ]} وبعد شيوع استخدام البطاريات في السيارات، استُبدلت المغناطيسات إلى حد كبير بملفات الإشعال ، إذ يُمكن للملف الذي يعمل بالبطارية توفير شرارة عالية الجهد حتى عند السرعات المنخفضة، مما يُسهّل عملية التشغيل. ^{[ 9 ]}

(يسار) نظام إشعال مزدوج للطائرات مزود بمغناطيسين منفصلين، ومجموعات أسلاك منفصلة، ​​وشمعات احتراق، مما يزيد من الموثوقية. (يمين) مخطط دائرة مغناطيسية من بوش من عام 1911.