מנוע בנזין

מנוע בנזין הוא מנוע בעירה פנימית בוכנאי. אל הצילינדר של המנוע נשאבת תערובת של אוויר ובנזין (פעימת יניקה), היא נדחסת על ידי הבוכנה (פעימת דחיסה), הלחץ והטמפרטורה שלה עולה. ניצוץ חשמלי מצית את התערובת. הדלק נשרף במהירות ומעלה את הטמפרטורה והלחץ במידה גדולה. הגזים הנוצרים בשריפה דוחפים את הבוכנה, ומבצעים על ידי כך עבודה מכנית. מנגנון ארכובה מתרגם את התנועה הקווית של הבוכנה לתנועה סיבובית של הצרכן (פעימת הספק). בשל צורת הצתת הדלק המיוחדת לו, הוא נקרא גם "מנוע הצתה בניצוץ חשמלי". לבסוף, שאריות השריפה יוצאות דרך פתחי הפליטה (פעימת פליטה).

היסטוריה

ז'אן ז'וזף אטיין לנואר היה הראשון שבנה ב-1859, מנוע שריפה פנימית בוכנאי, שדמה במבנהו למנוע קיטור, אלא שלתוך הצילינדר נשאבה תערובת של גז ואוויר. התערובת הוצתה על ידי ניצוץ חשמלי כשהבוכנה הייתה באמצע מהלכה. נצילותו של המנוע עמדה על אחוזים בודדים ולכן לא ניתן היה לרתום אותו לצרכים מעשיים, אך הוא סלל את הדרך לפיתוחו של מנוע הבנזין ולשימוש בו להנעת כלי רכב.

המנוע שבנה לנואר

ב-1878 בנה הגרמני ניקולאוס אוטו את המנוע הארבע-פעימי הראשון, ושנה לאחר מכן נבנה המנוע הדו-פעימי הראשון. מנוע הבנזין הראשון, שפעל עם קרבורטור, נבנה על ידי גוטליב דיימלר ב-1885, ובו נשאבה לתוך הצילינדר תערובת של דלק נוזלי ואוויר במקום גז ואוויר. ב-1898 בנתה חברת דויץ הגרמנית את המנוע הראשון בעל הזרקת בנזין, אך הוא הותאם להנעת כלי רכב רק כחמישים שנה מאוחר יותר.

מנועי בנזין הותקנו תחילה בכלי רכב וזמן קצר לאחר מכן בכלי טיס ובספינות קטנות ואפילו בצוללות. בשל בטיחות אחסנת הדלק של מנועי בנזין, תפוצתם מוגבלת לכלי רכב בעיקר, והם אינם משמשים להנעת כלי שיט מסחריים ומלחמתיים גדולים, אלא כמנועים חיצוניים בסירות וכמנועים פנימיים בסירות מרוץ קטנות ואופנועי ים.

סוגי מנועי בנזין

קיימים מספר קריטריונים לסיווג מנועי בנזין:

• על פי מחזור הפעולה (מנועים דו-פעימיים וארבע-פעימיים)
• על פי סוג מערכת ההצתה (מערכת הצתה אלקטרו-מכנית ומערכת הצתה אלקטרונית)
• על פי האופן בו מיוצרת תערובת הדלק (קרבורטור או הזרקת דלק).

עקרון הפעולה של מנוע בנזין דו-פעימי

ערך מורחב – מחזור שתי פעימות

מנוע בנזין דו-פעימי

מחזור בנזין דו-פעימי נמשך שני מהלכים של הבוכנה, שהם סיבוב אחד של גל הארכובה. הצילינדר בסוג מנוע זה מצויד בשתי שורות פתחים, הנחשפים ומתכסים על ידי הבוכנה. הפתחים העליונים הם פתחי הפליטה, דרכם נפלטים גזי השריפה החוצה. הפתחים התחתיים הם פתחי השטיפה, דרכם נכנסת לצילינדר תערובת של בנזין ואוויר. בראש הצילינדר מותקן מצת חשמלי, באמצעותו מוצתת תערובת הדלק הנשאבת לצילינדר.

הצד התחתון של הבוכנה וחלל בית גל הארכובה משמשים כמפוח (משאבת שטיפה). כאשר הבוכנה עולה במהלך הדחיסה, גדל נפח בית גל הארכובה מתחתיה, והיא שואבת לתוכו תערובת של בנזין ואוויר. כאשר הבוכנה יורדת, במהלך העבודה, קטן הנפח מתחתיה והיא דוחסת את התערובת אל פתחי השטיפה בצילינדר. בפתח כניסת התערובת לבית גל הארכובה מותקן שסתום עלים חד-כיווני, הנפתח ונסגר כתוצאה מהפרש הלחצים השוררים משני צדדיו.

הצתה, שריפה ועבודה

נניח כי הצילינדר מלא בתערובת של בנזין ואוויר. הצתת התערובת מתחילה קצת לפני נקודה מתה עליונה (נמ"ע, קצה המהלך העליון) והשריפה מסתיימת קצת אחרי שהבוכנה עוברת את נמ"ע). גזי השריפה מתפשטים, דוחפים את הבוכנה מטה ומבצעים עבודה. חלל בית גל הארכובה מלא באותו זמן תערובת חדשה, וכאשר הבוכנה יורדת תוך כדי מהלך העבודה, צדה התחתון דוחס את התערובת.

פליטה

הבוכנה ממשיכה לרדת, וחושפת את פתחי הפליטה. גזי השריפה, שלחצם גבוה מלחץ הסביבה, נפלטים בכוחות עצמם מן הצילינדר עד שלחצם משתווה ללחץ האטמוספירי. בסיום פעולה זו נותרים בצילינדר גזים שרופים בלחץ אטמוספירי. בו זמנית נמשכת דחיסת התערובת בחלל בית גל הארכובה.

מחזור בנזין דו-פעימי

שטיפה

הבוכנה חושפת תוך כדי ירידתה את פתחי השטיפה, ומאפשרת לתערובת של בנזין ואוויר בלחץ קצת מעל 1 אטמוספירה להידחק לתוך הצילינדר, לשטוף אותו משאריות גזי השריפה ולמלאו מחדש. תהליך זה נמשך גם לאחר שהבוכנה עוברת את נמ"ת. תוך כדי עלייתה סוגרת הבוכנה את פתחי השטיפה, אך כמות מסוימת של תערובת בנזין ואוויר ממשיכה לברוח מן הצילינדר, משום שפתחי הפליטה עדיין פתוחים. עם עליית הבוכנה מתחילה להישאב לתוך בית גל הארכובה תערובת חדשה.

דחיסה

כאשר מכסה הבוכנה את פתחי הפליטה תוך כדי עלייתה, מסתיימת הפליטה ומתחילה הדחיסה. התערובת נדחסת ללחץ נמוך יחסית, ובהגיע הבוכנה קצת לפני נמ"ע, מייצר המצת ניצוץ חשמלי ומתחיל מחזור חדש. בזמן עליית הבוכנה ממשיכה להישאב לתוך חלל בית גל הארכובה תערובת חדשה.

מחזור בנזין דו-פעימי

יתרונות וחסרונות של מנוע בנזין דו-פעימי

החיסרון העיקרי של מנוע זה הוא תצרוכת הדלק הגבוהה, פי אחד וחצי כמעט בהשוואה למנוע בנזין ארבע-פעימי. הסיבה לכך, כי הצילינדר נשטף משאריות גזי השריפה על ידי תערובת של אוויר ובנזין, הנפלטת לאטמוספירה מבלי שנעשה בה שימוש. זאת ועוד, בסוף השטיפה, לאחר שהבוכנה סגרה את פתחי השטיפה, פתחי הפליטה עדיין גלויים, ותערובת ממשיכה להידחק החוצה על ידי הבוכנה. המשמעות היא בזבוז דלק ואובדן הספק פוטנציאלי, שכן כמות התערובת בתחילת הדחיסה קטנה יותר.

מנוע בנזין דו-פעימי פולט לאטמוספירה במהלך השטיפה בנזין נקי, ולכן הוא מזהם את הסביבה יותר ממנוע בנזין ארבע-פעימי.

חיסרון נוסף נוגע למערכת הסיכה של המנוע. היות שבית גל הארכובה מכיל תערובת של בנזין ואוויר, לא ניתן לאחסן בו שמן סיכה לשימון החלקים הנעים. מנועי בנזין דו-פעימיים אינם מצוידים אפוא באגן שמן ובמערכת סיכה בלחץ כמו במנועים ארבע-פעימיים. שימון החלקים הנעים בתוך בית גל הארכובה נעשה על ידי תערובת הבנזין והאוויר עצמה, המכילה גם כמות קטנה של שמן. את השמן (בשיעור 1-2% מנפח הדלק) מוסיפים לתוך מכל הדלק בשעת התדלוק, והוא נשרף כולו יחד עם הדלק.

היתרונות העיקריים של מנוע בנזין דו-פעימי בהשוואה למנוע בנזין ארבע-פעימי הם פשטות המבנה ומיעוט החלקים הנעים, משקל, תחזוקה קטנה יותר ומחיר. הוא מפתח פי 1.75 יותר הספק לערך ממנוע ארבע-פעימי בעל אותם ממדים ומהירות סיבוב.