אתר בהרצה. אם מצאתם טעות, אנא ספרו לנו ונתקן בהקדם.

קיוואי בנלי
שוברט עליון מתחת לשורת MENU
קרוזים מטרו עליון מתחת ל- MENU
KTM טופ מתחת ללוגו
אבניר באנר קוביה שמאל
אוגוסטה קוביה הכי עליון
אפריליה
מטרו באנר שמאל הכי עליון
הווסקוורנה באנר שמאל
אישימוטו באנר קוביה שמאל
לארט
אופנוסנטר קוביה שמאל
תמוז
פרפקט קוביה שמאל
KTM עליון קוביה
סטפן
Ad motorsport
לרט
ברקום קוביה שמאל
כרמיאל קוביה שמאל
HJC
מטרו מבצעי אוגוסט – קוביה שמאל
שוברט
HRP קוביה שמאל

הטכנולוג: רביב כהן | ניצוצות של הבנה

הטכנולוג: רביב כהן | ניצוצות של הבנה

לחיצה על כפתור המתנע והמנוע מתעורר לחיים, צליל ייחודי בוקע ממערכת הפליטה בריתמיקה אופיינית, קצב אחיד בסל"ד סרק, המנוע מגרגר כמו ענק שניעור מתרדמת, מתחמם לו להנאתו בשמש חורפית.

פתיחה מהירה של המצערת והמנוע נובח, המחוג האדום מטפס למעלה כאחוז דיבוק, ממאן לעצור, רעם מתגלגל מצינורות הפליטה. שילוב קליל להילוך ראשון ושחרור המצמד, פתיחה של המצערת והאופנוע מאיץ קדימה כמו קליע בקנה, המנוע מסתובב מהר יותר ומחוג הסל"ד מדגדג את התחום האדום, שילוב להילוך הבא, פתיחת מצערת והאופנוע ממשיך להאיץ כאחוז טירוף, מאלץ את הרוכב לאחוז באופנוע בכל גופו כנגד הכוחות הפועלים עליו.

 

נשמע מוכר?

אז הפעם לא נדבר על הניצוצות הבוקעים מרגליות האופנוע כשאנו מטים אותו בחריפות באחת הפניות במסלול השכונתי, וגם לא על הניצוצות מהמשחזת כשאנו בונים את כנף האופנוע הבא, אלא על הניצוצות החשמליים הבוקעים מהמצת, או בלעז – הפלאג, שתפקידו להצית את התערובת הדחוסה בתוך חלל הצילינדר, להגביר את הלחץ הפנימי שלוחץ על הבוכנה כלפי מטה, שמסובבת את גל הארכובה במנוע ומייצרת את המומנט הדרוש כדי להאיץ את הרוכב ואופנועו בכל פתיחת מצערת.

בכתבה הזו ננסה להבין איך נוצר הניצוץ, איך הוא מתוזמן וקצת על האבולוציה של מערכות ההצתה במנועי בערה פנימית בשנים האחרונות מתוך הבנה ששני הדברים החשובים ביותר בניצוץ המצית את התערובת הם עוצמתו ותזמונו.

אז מה הוא הניצוץ הזה ואיך הוא בכלל נוצר? הניצוץ החשמלי הוא פריקה רגעית של שדה חשמלי היוצרת מסלול מיונן ומוליך חשמלית בתוך חומר שאינו מוליך מטבעו. נשמע מסובך? החוקר פאראדיי תאר את התופעה כ"הבזק האור היפה הנלווה לפריקה חשמלית", נשמע קצת יותר מעניין, לא? אז איך אפשר ליצור פריקה חשמלית מספיק חזקה כדי ליצור ניצוץ? כדי להבין את זה, עלינו להבין את מבנה סלילי ההצתה באופנוע.

 

סלילים רבותיי, סלילים.

כבסיס, מתח המערכת החשמלית באופנוע נע סביב ה-12 וולט אך כדי ליצור ניצוץ חשמלי נדרשת פריקה רגעית של עשרות אלפי וולטים, איך ממירים את אותם 12 וולטים לעשרות אלפי וולטים? בעזרתם של סלילי ההצתה. הסלילים האלו, או ה"קוילים" כמו שנהוג לכנותם, מורכבים משני סלילים המלופפים סביב ליבה מחומר המסוגל להוליך שדה מגנטי. הסליל הראשי, לרוב בנוי ממוליכים עבים יותר, יקבל את מתח האופנוע הנומינלי (12 וולט) והסליל המשני יוציא מתח של עשרות אלפי וולטים. איך המתח מומר מעשרות וולטים בודדים לעשרות אלפי וולטים?  הקסם מבוסס על חוק פיזיקלי של הפיזיקאי מייקל פאראדיי בו נקבע ששינוי על ציר הזמן של השטף המגנטי דרך תיל מוליך גורם להשראת מתח חשמלי.

אם נהפוך את החוק הזה נבין ששינוי בזמן של המתח החשמלי על מוליך יגרום להיווצרות שטף מגנטי, בחזרה לסלילי ההצתה, אם נשנה את המתח על הסליל הראשי ייווצר שטף מגנטי בתוך הליבה. השטף המגנטי הזה יושרה על הסליל המשני שבתמורה יצור מתח חשמלי (לפי חוק פאראדיי). יחס הליפופים בין הסליל הראשי לסליל המשני יקבע את מתח המוצא מהסליל המשני וכתוצאה מכך – את עוצמת הניצוץ החשמלי. נניח שהסליל הראשי בנוי מ-100 ליפופים סביב הליבה, והסליל המשני בנוי מ-10000 ליפופים סביב הליבה, השטף המגנטי שנוצר על ידי הסליל הראשי יושרה על הסליל המשני וזה יצור מתח גבוה פי 100 (יחס הליפופים) על פני הדקי הסליל. המתח הגבוה מועבר אל הפלאג שמוברג אל ראש המנוע, כאשר המתח על הדקי הפלאג (ההפרש בין האלקטרודה הראשית לגוף הפלאג) מספיק גבוה, נוצרת פריצה חשמלית וכתוצאה מכך – ניצוץ.

תזמון זה עניין של טיימינג

עכשיו, כשהבנו איך הניצוץ נוצר ועוצמתו נקבעת, ננסה להבין את הפרמטר השני והחשוב ביותר במנועי בערה פנימית – תזמון הניצוץ. ראשית, ננסה להבין למה הניצוץ צריך להיות מתוזמן בצורה נכונה ומה המשתנים שיקבעו את תזמון הניצוץ בכל רגע נתון. ניקח כדוגמא את צורת העבודה הבסיסית של מנוע ארבע פעימות סטנדרטי, עם צילינדר יחיד ושני שסתומים – יניקה ופליטה.

המנוע יעבור את ארבעת השלבים הבסיסיים –
יניקה – שסתום היניקה נפתח, הבוכנה יורדת (נמשכת כלפי מטה על ידי גל הארכובה), ויונקת תערובת דלק טרי ואויר דרך שסתום היניקה.

דחיסה – שסתום היניקה והפליטה נסגרים, הבוכנה נדחפת כלפי מעלה ודוחסת את תערובת הדלק לעבר ראש המנוע.

עבודה – כשהבוכנה נמצאת קרוב לנקודה העליונה ביותר במהלך התנועה, מתרחש ניצוץ שמצית את התערובת, שריפת התערובת מעלה את הלחץ בחלל הראש\צילינדר שמפעיל כוח אנכי על הבוכנה, הכוח עובר לגל הארכובה והופך לכוח סיבובי (מומנט), הבוכנה דוחפת כנגד גל הארכובה לאורך כל התנועה עד הנקודה התחתונה ביותר במהלך התנועה

פליטה – שסתום הפליטה נפתח והבוכנה נדחפת כלפי מעלה, דוחפת את התערובת השרופה ושאריות הגזים החוצה דרך שסתום הפליטה.

 

בפעימת העבודה, תזמון הניצוץ חשוב ותלוי בכמה פרמטרים – העומס על המנוע, מהירות המנוע (סל"ד), טמפרטורת המנוע ויחס אויר\דלק.

ה-"תזמון" המדובר יימדד בהפרש הזווית בין שיא מהלך הבוכנה בפעימת העבודה (נמ"ע– נקודה מתה עליונה) לבין זמן הניצוץ שתמיד יתרחש לפני הגעת הבוכנה לנמ"ע, כלומר שבקידום של 10 מעלות, הניצוץ יתרחש 10 מעלות (נמדד בזווית גל הארכובה) לפני שיא מהלך הבוכנה.

אז למה בעצם צריך "לקדם" את ההצתה ולדאוג לניצוץ לפני שהבוכנה מגיעה לנמ"ע? מכיוון שללהבה המתקדמת מנקודת הניצוץ ועד כיסוי מלא של התערובת יש מהירות נתונה ולוקח לתערובת זמן לבעור בשלמותה.

הניצוץ מתוזמן כך שברגע שבערת התערובת הסתיימה והלחץ בחלל הצילינדר מגיע לשיא, הבוכנה נמצאת בזווית האופטימלית כדי ליצור את המומנט המרבי לפרק הזמן הארוך ביותר, הזווית הזו נמצאת כמה מעלות אחרי שהבוכנה עברה את הנמ"ע. מכאן נובע שאם מהירות הלהבה נתונה, ושיא הלחץ צריך להגיע בזווית גל ארכובה מסוימת, קידום הניצוץ המצית את התערובת יגדל ככל שהמנוע מהיר יותר, קרי מסתובב בסל"ד גבוה יותר.

תזמון הצתה לא נכון עלול לגרום לכמה תופעות – תזמון הצתה מוקדם מדי יגרום לעליית הלחץ בחלל הצילינדר לפני שהבוכנה הגיעה לזווית הנכונה, דבר שיגרום להפעלת כוחות גדולים מאוד על מערכת ההינע (בוכנה\טלטל\גל ארכובה) ויגרום לבלאי מואץ, התחממות יתר של המנוע, נקישות ואף נזק בלתי הפיך.

לעומת זאת, תזמון הצתה מאוחר מדי יביא את שיא הלחץ בחלל הצילינדר כאשר הבוכנה עברה את הזווית הנכונה, דבר שיגרום לירידה משמעותית בכוח שהבוכנה תפעיל על גל הארכובה וכתוצאה מכך ירידה משמעותית במומנט המנוע. כמו כן, הצתה מאוחרת מדי עלולה לגרום לתערובת שלא לבעור במלואה, דבר שיגרום לירידה ביכולת המנוע לנצל את כמות התערובת ששאב.

 

מערכות ההצתה באופנועים עברו אבולוציה משמעותית, ממערכות מכאניות הפועלות עם מפסקים מכאניים הנפתחים ונסגרים על ידי גל הארכובה (ה"פלטינות" הידועות לשמצה), דרך מערכות אלקטרוניות בסיסיות וכלה במערכות הצתה ממוחשבות הניזונות מכמות חיישנים שלא היתה מביישת את הקיוריוסיטי שמטיילת לה על פני מאדים תוך כדי כתיבת שורות אלו.

כל יצרן שמפתח מנוע חדש מעביר אותו בדיקות עומס וכיוונים, כאשר חלק מהכיוונים האלו הם לקבוע את תזמון ההצתה בכל מצב נתון של המנוע. קצת על מספרים, ההצתה במנועי ארבע פעימות תקודם בכ-8-10 מעלות בסרק, כ-15-20 מעלות בסל"ד ביניים ובכ-30-40 מעלות בסל"ד גבוה. מהירות התקדמות הלהבה תלוי בגורמים נוספים, כגון הלחץ הרגעי באיזור הבערה, יחס אויר\דלק של התערובת וטמפרטורת הסביבה.

 

במערכות ההצתה המכאניות הישנות, תזמון ההצתה מתבצע על ידי אונה הדוחפת זרוע שמקובעת על קפיץ, בקצה הזרוע יש מגע חשמלי שנפתח ונסגר על ידי האונה, המקובעת לגל הארכובה (או גל הזיזים). קידום ההצתה היה מתבצע על ידי משקולות המורכבות על מערכת ההצתה המסתובבת, ככל שמהירות המנוע עלתה, המשקולות נדחקו החוצה על ידי הכוח הצנטרפוגלי והזיזו את האונה המפעילה את הפלטינה כמה מעלות לאחור כדי ליצור קידום הצתה נוסף.

במערכות חדישות, הניזונות מחיישנים רבים המודדים את כל המשתנים האלו, קידום ההצתה ישתנה לא רק כתלות במהירות המנוע, אלא גם בתלות במצב המצערת, טמפרטורת המנוע, יחס אויר\דלק הנמדד על ידי חיישן הלמדא באגזוז והלחץ הברומטרי. ניתן לתאר את מערכות ההצתה המכאניות בגרף דו צירי, כלומר שקידום ההצתה היה משתנה אך ורק כתלות של מהירות המנוע, לעומת זאת, ניתן לתאר את מערכות ההצתה החדישות בגרף המורכב מארבעה צירים ויותר, המבוססים בעיקר על מהירות המנוע, עומס על המנוע, ויחס האויר\דלק הנכנס לחלל הצילינדר.

אם כך, ועל קצה המזלג, ניתן להבין שמערכות ההצתה החדישות גמישות מאוד וניתנות לשינוי מהיר, כיום היצרנים מוסיפים את האפשרות לבחור בין מפות הצתה שונות, כאלו שיתנו אופי שונה ותגובת מנוע שונה למצבי מצערת שונים ומהירויות שונות, בקרות אחיזה המנתקות את ההצתה במקרה של החלקת הגלגל האחורי ועמידה בתקני פליטה מחמירים.

חוקרים ממשיכים לפתח מערכות הצתה חדישות יותר וחכמות יותר, כאלו שיפיקו את מירב הביצועים מהמנוע, את צריכת הדלק האידאלית וצמצום גזי הפליטה הרעילים הנפלטים ממנועי בערה פנימית.

כבר היום ניתן לראות את טכנולוגיית מחשוב מערכות ההצתה ברכבי ואופנועי המירוץ, המשנים את מפות ההצתה לפי אופי הרוכב, מיקומו על המסלול כדי להניב את התאוצה החזקה ביותר ביציאה מהפניה לפי סל"ד נתון, מצב האספלט והעומס על המתלים, כל אלו מסתכמים לנקודה סינגולרית אחת שמטרתה אחת ויחידה – להצית את התערובת בזמן המדויק כדי להשיג את היתרון הקטנטן הזה, בעזרתו מנצחים מירוצים.

Stay Tuned.

 

 

הגב

avatar
מיין לפי:   חדש | ישן
הברז הראשי
אורח
מדליק!

יופי, ברור, רק עדיין הקטע של החשמל הקוילים גדול עלי, אני מבין רק בברזי מים גדולים

כותרת
מדליק!
יניב
אורח

פלאג להצית את הדמיון. יפה מאוד

wpDiscuz

תגובות

מגדל אבניר
הונדה מגדל