A problémák problémája

A kezdeti időkben a motoros, azaz belső égésű Otto-motorral hajtott automobilok legnagyobb problémája –a stabil motoroktól kezdve az első ló nélküli kocsikig – a motor gyújtása volt. A rendkívül veszélyes és megbízhatatlan láng és izzócsöves gyújtások után – miután ezek számos autó leégéséhez vezettek – látszott, hogy elektromos ívvel kell a gáz, illetve a benzin(féleség) levegő keveréket meggyújtani. A gyújtást Karl Benz a „problémák problémájának” nevezte.

Az ívkeltésnek „csak” két alapvető problémája volt az 1870-es, 80-as években, a szükséges feszültség létrehozásának módja és az ívkeltő szerkezet, a gyújtógyertyák közeli-távoli ősének kialakítása. Jelen technikatörténeti visszaemlékezésünk nem gyújtás-fejlesztéstörténet akar lenni, ezt az [1], [2], [3] bőségesen taglalja.

Egy rendszerről, az alacsonyfeszültségű leszakító gyújtóberendezésekről szólunk. Nem könnyű ma egy ilyen matuzsálem közvetlen közelébe kerülni, és arról fotókat készíteni. A tavaly októberi Oldtimer Show-n tárult az érdeklődők szeme elé egy 1902-es Mercedes Simplex motorja (az 5500 cm3-es, 4 hengerű motor 1899-ben készült), mint azt a címkép mutatja. A Németh József tulajdonában lévő ritkaságot később restaurátor műhelyében is megtekinthettük, melyet ezúton is köszönünk.

Karl Benz, az idén 125 éves Patent Motorwagen gyújtásánál, számos kísérlet után, szikrainduktoros, ún. „zümmögő” gyújtást használt. A gyújtóív az égéstérbe benyúló drótvégek között alakult ki. Benz problémáira így emlékezett: „… sokféle kísérletet végeztem dinamóval, galvánteleppel, foszforhidrogénnel. Kisdinamót építettem, s a termelt áramot megszakítva és feltranszformálva az égéstérben elhelyezett platina drótvégekhez vezettem. Rövid ideig működött csak, mert az akkori kisdinamók nem bizonyultak üzembiztosnak. Amíg sima úton gördültünk, kifogástalanul gyújtott, de ha az út rázni kezdett, a dinamó keféi ugrándoztak, az áram meg-megszakadt, s akkor gyújtott, amikor nem kellett volna, vagy pedig egyáltalán nem gyújtott. Krómsavas elemekből álló battériám sem adott elég nagy feszültséget, azért kellett indukciós tekerccsel az áramot nagyfeszültségre feltranszformálni.”

A korai mágnesgyújtók problémáját két dolog jelentette, a nem biztos üzem, elsősorban a kefék miatt és az, hogy csak kis fordulatszámra voltak alkalmasak. A kis forgórészfordulat miatt az indukált feszültség nem érte el a szükséges értéket, ezért – stabil motoroknál – az induktor tengelye nem forgó, hanem lengő mozgást végzett. Az induktor tengelyét elfordították, majd az rugóerő hatására, lepattanva a kitérítő szegről (ékről), gyorsan visszamozdult. Így megvolt a kellő mágneses tér változási sebesség.

Robert Bosch a gyújtódinamó (mágneselektromos fejlesztő) „autóipari” felhasználásra alkalmas konstrukcióival, a mágnesgyújtás alacsonyfeszültségű és nagyfeszültségű rendszereinek kifejlesztésével megoldotta a „problémák problémáját”. A Bosch cég sikeres indulását elsősorban a mágnesgyújtó sikerének köszönheti. (A mágnesgyújtást még a II. világháború egyes tankjaiban is használták.)

Bosch először az álló állandómágnes patkók és az ugyancsak álló középrész (horgony) között árnyékoló hüvelyt alkalmazott, ezt késztette lengőmozgásra, ezzel tudta – a nehézkes horgonylengetés helyett – az indukció gyakoriságát és az indukált feszültséget növelni.

1. ábra

2. ábra

Automobilokban azonban a horgony főtengelyről vett forgatása vált általánossá, mint azt a Simplexen is látjuk. Egy korai, alacsonyfeszültségű gyújtódinamót mutatnak a 1. a és 1. b, motorra szerelve pedig a 2. a és 2. b képek.

Idézzünk Mihály Dénes, 1911-es első kiadású „Az automobil” című könyvéből. Az előszóban írja a szerző: „… az első magyar nyelvű könyv, mely a modern automobilt tárgyalja.”

Az alacsonyfeszültségű megszakító gyújtóberendezésekről

„Az „A” alacsonyfeszültségű áramot fejlesztő mágneselektromos fejlesztő egyik pólusa (lásd a 3. ábrát) „a” kábellel a hengerben szigetelten álló „c” csapszeghez vezet. A másik pólus a motortesthez köttetik, s így belejut a „b” billenőkalapácsba is, melyet a hengeren kívül álló „k” karjával mozgathatunk. Ha a fejlesztő áramköre zárva van, az áram „c” csapszegen és „b” kalapácson át folytonos keringésben van, míg a motor működik. A gyújtás pillanata előtt egy vezérlőszerkezet (olyan, mint a szelepeké) „k” kart felemeli, mire „b” kalapács záródik, majd rögtön elbillen, s így „c”-t elhagyva az áramkör megszakíttatik, ami fényes, gyújtóhatású szikrát okoz (4.a és 4. b ábra). Mert a megszakított áramkörnek, mint már tudjuk, megvan az a törekvése, hogy tovább akar keringeni.

3. ábra: leszakító-gyújtóberendezés
4. a és 4. b ábra: szaggató kalapács (S = szigetelt rúd, „a” és „b”= szigetelődugaszok, K = szakítókalapács, e = emeltyűkar)

Ha tehát a vezérlő szerkezet a megszakítást a második ütem – a sűrítés – után végzi, e szikra a keveréket felrobbantja. Az előgyújtás szabályozása az emeltyűkar mozgatható alsó szárának a forgásirányával ellentételesen eszközölhető elmozgatásával történik, amennyiben az emelőbütyök ilyenkor hamarább éri el.”

Többhengerű motornál a hengerekhez vezetett fejlesztő árama lehet elosztó nélküli és lehet elosztós. Bütykös emeléssel mindig azon a leszakítókalapácson át keringjen az áram, melynek legközelebb kell gyújtania.

„Az ilyen gyújtóberendezéshez használatos mágneselektromos fejlesztő a magasfeszültségű gyújtóberendezésnél alkalmazott fejlesztővel alakra és nagyságra teljesen megegyezik, csak – mivel ennél alacsonyabb feszültségű áram fejlesztését kívánjuk – a magasfeszültség termeléséhez szükséges berendezések: secundär-tekercs, szakgató, elektromos sűrítő stb. elmaradnak.”

A leszakítós gyújtás

A szakításos vagy leszakítós gyújtás fontosabb elemei: áramforrás (ami leggyakrabban egy alacsonyfeszültségű mágnesinduktor, ritkábban akkumulátor vagy szárazelem); gyújtófej, amely egy öntöttvas karima, ezen volt elhelyezve a mozgó gyújtókalapács, amit rugó húzott az álló gyújtószegre, a gyújtószeg csillámpalával (Mária-üveggel) volt szigetelve; ill. a szükséges vezetékek.

Az újszerű alacsonyfeszültségű mágnesgyújtással az automobilok gyorsfordulatú belső égésű motorjainak a gyújtásproblémája egy időre megoldódott. A rendszer gyenge pontja az ún. gyújtásperem (vagy karima) és a rudazat volt, ami az égéstérben leszakítós módon állította elő a gyújtóívet. A 5. a és 5. b képek mutatják a belső leszakító szerkezetét. Ezeket az alkatrészeket minden egyes motorhoz külön kellett legyártani, ill. a motor működése közben nagy mechanikai igénybevételnek voltak kitéve. Az ügyfelek gyakran panaszkodtak a Bosch gyújtás (vélt) hibájára, sokszor akkor is, ha a gyújtóperemmel voltak problémák.

5. a és 5. b ábra

A bemutatott Mercedes Simplex motoron a gyújtásperem (6. kép) azonnal feltűnik a szemlélőnek, a konstrukció ismeretében az alkatrészek is azonosíthatóak. A kalapácsot a szigetelt üllőre rugó ülteti (zárja) és a vezérlőrúd lefelé mozdulva nyitja. A vezérlőrúd alsó görgője a főtengelyről hajtott bütyköstengely bütykén fut. A mágneses induktor forgórészén keletkező indukált feszültség egyszerre valamennyi gyújtóperem szigetelt üllőjére kijut. A 2. b képen a mágnesdinamóról történő elvezetés, a 6. képen az elosztósín is jól látható. A mágnesdinamóról két vezeték jön el, az egyik a sínre megy, a másik a leállítást szolgálja, ha letestelik.

6, 7, 8.a és 8. b ábra

Alaphelyzetben a leszakító érintkezőpár nyitva van. Mielőtt az adott hengerben gyújtásnak kell következnie, az érintkezők a bütyökprofilnak megfelelően zárnak. Ekkor áram folyik a gyújtóperem belső, zárt érintkezőjén keresztül. A gyújtás pillanatában a vezérlőrúd a kalapácsot hirtelen elemeli az üllőről. A vezérlőrúd görgője a bütyök meredek oldalára jutva, rugóerő hatására, hirtelen lerántja a rudat. Az így kialakuló „gyertya”-hézagban húzott gyújtóív alakul ki. A bütyök és a vezérlőrúd környezetét mutatja a 7. kép.

A többi hengerben ez idő alatt, a bütyökvezérlés hatására nyitottak az érintkezők. Az alacsonyfeszültség itt nem képes szikrát átugratni.

Az emelő a bütyökhöz képest segédtengellyel elfordítható, így a bütyökpályán előbb következik be a vezérlőrúd visszaugrása, azaz változtatható az előgyújtás. A segédtengelyt a sofőr a kormányon lévő karral fordítja el. A 8. a és a 8. b képeken az állítás két szélső helyzete látható.

A későbbi Simplex motoroknál (T-motor) hengerenként két gyújtógyertya volt. Az egyiket egy ma hagyományosnak mondott akkumulátoros tekercsgyújtáshoz kapcsolódik, a másik egy elosztós nagyfeszültségű mágnesgyújtáshoz. Az indok valószínűleg a nagyfokú üzembiztonságra törekvés és az indítás biztonsága volt.

9. ábra

10. ábra

Egy ilyen gyújtású késői licenc utódot mutat a 9. kép. Az 1917-ből származó „American La France (ALF) 75” motorja 6 hengerű, lökettérfogata 14,5 liter, teljesítménye 140 lóerő 1800 min-1 fordulaton, maximális nyomatéka kb. 1700 Nm. A 10. képen kivehető a mágnes és a tekercsgyújtás elosztója.

11. a - b és 12. ábra

A Mercedes Simplex a hajdani túraversenyek csillogó sztárja volt. A 11. képen Camille Jenatzyt látjuk egy Mercedes volánja mögött, amint megnyeri az írországi Gordon-Bennett versenyt. A Simplex motorjának a cikkünkben bemutatott alacsonyfeszültségű Bosch gyújtása volt. Jenatzy vörös haja, védőszemüvege szolgált a Bosch „Vörös ördög” – gyújtómágnest reklámozó plakát (12. kép) – alakjának modelljeként.