מנוע בנזין

מנוע בנזין הוא מנוע בעירה פנימית בוכנאי. מוכר גם בכינוי 'מנוע ארבע פעימות', זאת בשל רצף הפעולות שמאפשר את פעולת המנוע: אל הצילינדר של המנוע נשאבת תערובת של אוויר ובנזין (פעימת יניקה), התערובת נדחסת על ידי הבוכנה (פעימת דחיסה) וכך הלחץ והטמפרטורה שלה עולים. ניצוץ חשמלי מצית את התערובת. הדלק נשרף במהירות ומגדיל את הטמפרטורה והלחץ. לחץ הגזים הנוצרים בשרפה דוחף את הבוכנה, שבאמצעות מנגנון ארכובה אליה היא מחוברת, והתנועה הקווית של הבוכנה הופכת לתנועה סיבובית (פעימת הספק). לבסוף, יוצאות שאריות השרפה דרך פתחי הפליטה (פעימת פליטה).

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

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 השרפה 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, שרפה ועבודה

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

פליטה

הבוכנה ממשיכה לרדת, וחושפת את פתחי הפליטה. גזי השרפה, 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 השרפה 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 השרפה 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.

היסטוריה

המנוע שבנה לנואר

ב-1859 היה ז'אן ז'וזף אטיין לנואר הראשון לבנות מנוע שרפה 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.

ב-1878 בנה הגרמני ניקולאוס אוטו את מנוע הארבע-פעימות הראשון, ושנה לאחר מכן נבנה מנוע השתי-פעימות 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 ובצוללות. בשל שיקולי בטיחות אחסנת הדלק של מנועי בנזין, תפוצתם מוגבלת בעיקר לכלי רכב יבשתיים, והם אינם משמשים להנעת כלי שיט מסחריים ומלחמתיים גדולים, אלא כמנועים חיצוניים בסירות וכמנועים פנימיים בסירות מרוץ קטנות ואופנועי ים.

קישורים חיצוניים

• מנוע בנזין, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)