סעפות פליטה מופלאות

[barzelay]

סעפות הפליטה והיניקה ותרומתם הרבה להגדלת הנצילות הנפחית של המנוע.docx

כתבה שכדאי לקרוא.....

 

              ***סעפת הפלאים***

סעפות הפליטה בצורת ספגטי וסעפות היניקה בעלות האורך המשתנה בהתאם לסיבובי המנוע תורמים רבות להגדלת הנצילות הנפחים של המנועים האטמוספריים ולהעלאת הספק שלהם.

המנועים האטמוספרים  (משמע , מנועים ללא מגדש טורבו או סופר צ'רג'ר) סובלים מקצרת  או מ-"אסטמה" (נשימה כבדה )  במיוחד בסיבובי מנוע גבוהים ,עם הזמן יחד עם הדרישות המחמירות לצימצום הפליטות הרעילות יצרני המנועים פיתחו מערכות מתקדמות לשינוי תזמון השסתומים VVT בהתאם לסיבובי ולעומס המנוע והצליחו  להגדיל את הנצילות הנפחית של המנוע ובכך העלו את עקומות המומנט וההספק ללא צורך במגדש טורבו.

אחת השאלות הנפוצות שהתלמידים שואלים היא : מדוע עקומות של ההספק ושל המומנט מגיעים לשיא וצונחים מטה ?. (ראה גרפים של המומנט והספק בתמונה מס' 6)

התשובה הנצחית לשאלה זו היא : הקושי הרב בהדחת הצילינדרים בסיבובי מנוע הגבוהים.                        

ייצרני המנועים החליטו לרתום את הסעפות של האוויר של גזי הפליטה  למשימה הקשה של הדחת הצילינדרים מגזי הפליטה והם די הצליחו בכל לא ב-100% אלא בכ-88% וזה די מכובד.

סעפת הפליטה מסוג  "ספגטי" (יש המכנים אותה "סעפת הנחשים") היא חלק חשוב ועיקרי להדחת הצילינדרים מגזי פליטה. סעפת המנצלת את חוקי ברנולי , הסעפת עובדת על עיקרון   Ejector effect.

***חפיפת שסתומים הוא הרגע היחיד והקריטי שבוא ניתן להדיח ולשטוף את הצילינדר מגזי הפליטה ולמילוי טוב של הצילינדר באוויר. לשם כך בנו סעפת יעודית לבצע את הדחת הצילידרים בדיוק בתזמון הנדרש.***

למבנה של סעפת הפליטה תפקיד חשוב ביותר להדחה וניקוי הצילנדרים , סעפת הפליטה מיוצרת בהתאמה מלאה לסדר ההצתה של המנוע . במנוע בעל 4 צילנדרים ובעל סדר הצתה 1.3.4.2 צינורות הפליטה יהיו כפי שרואים בתמונה מס' 1.

תמונה מס' 1. שני צינורות הפליטה של צילינדר מס'1 ושל מס' 4 מתחברים יחד לצינור מרכזי אחד משניהם והופכים לענף 1-4 . צינורות הפליטה של צילינדר מס' 2 ומס' 3 מתחברים יחד לצינור מרכזי אחד נפרד בעל קוטר קטן יותר משניהם והופכים לענף 2-3. שני הענפים שאילהם התחברו כל הצינורות מתחברים בסוף לצינור מרכזי ראשי אחד והופכים לסעפת פליטה. במצב זה בכל פעם שיש פליטה וזרימת גזים באחד הענפים באותו הרגע  נוצר ואקום (תת-לחץ) בענף השני המסועף אליו. כאשר המנוע פועל תמיד בענף אחד יש פליטת גזי פליטה שיוצר ואקום חזק בענף השני המסועף אליו, הואקום ישאב שאריות גזי פליטה באותו הצילינדר שבו יש חפיפת שסתומים כלומר באותו הצילינד שבו יש סוף פליטה והתחלת יניקה (חפיפת שסתומים) מתבצעת בו שטיפת והדחת הצילינדר.

 

תמונה מספר 2. סעפת ספגטי של מנוע בעל 6 צילינדרים עם סדר הצתה של : 1.5.3.6.2.4. שלושת הצינורות המתחברים ליציאות של גזי הפליטה של צילינדרים מס' 1 , 2 , 3 מתחברים לצינור מרכזי אחד נפרד והופכים לענף אחד. הצינורות המתחברים ליציאות הגזים של צילינדרים מס' 4, 5 , 6 מתחברים לצינור מרכזי אחד והופכים לעוד ענף נפרד , שני הענפים שאליהם מחוברים כל הצינורות מתחברים יחדיו לצינור מרכזי ראשי והופכים לסעפת פליטה.

 

תמונה מס' 3: סעפת "ספגטי" . ניצול חוק ברנולי להדחת צילינדרים ולהעלאת הנצילות הנפחית של המנוע. כל שלושה צינורות הופכים לענף אחד . כאשר יש זרימת גזי פליטה בענף אחד נוצר ואקום חזק בענף השני המסועף אליו.

 

תמונה מס' 4: סעפת "ספגטי" מעלה את הספק המנוע ב-12%

 

 

 

 

בואו ונסביר מה מתרחש במנוע  4 צילינדרים ועם סדר ההצתה 1.3.4.2.

נניח שבוכנה מס' 2 היא בסוף מהלך פליטה ומתקרבת ל-נ.מ.ת , מתחילה חפיפת השסתומים , על פי סדר ההצתה אחרי שבוכנה מספר 2  מסיימת את מהלך הפליטה מתחיל מהלך הפליטה בצילינדר מס' 1 .

 כאמור , על פי סדר ההצתה אחרי הפליטה ב-בוכנה מס' 2 , בוכנה מס' 1 מתחילה את מהלך הפליטה שלה , גזי הפליטה של צילינדר זה זורמים "בשצף קצף" בתוך צינור הפליטה הארוך של הסעפת המיוחדת , הגזים האלה הזורמים במהירות גורמים לואקום חזק בענף ובצינור פליטה של צילינר מס' 2 שבו ברגע זה בדיוק יש חפיפת שסתומים , הואקום החזק בצינור הפליטה זה מסייע רבות להדחת צילינדר 2 בזכות שסתומי הפליטה הפתוחים עדיין והנמצאים בחפיפה עם שסתומי היניקה , הואקום  הנוצר בצינור הפליטה של של צילינדר מס' 2 שואב את כל שארית גזי הפליטה שבצינור ואת כל שארית גזי הפליטה בצילינדר זה , הואקום בצינור מצליח במרץ רב גם לשאוב לתוך צילינדר מס' 2 גם אוויר מסעפת היניקה דרך שסתומי היניקה הפתוחים (שעדיין בחפיפה עם שסתומי הפליטה) . בוכנה מס' 2 מתחילה את מהלך היניקה של אוויר צח עם צילינדר נקי מגזי פליטה וכך מילוי הצילינדר יהיה מרבי וזה מאוד מועיל ומסייע להגדלת הפסק המנוע.

שרטטתי מנוע 4 צילנדרים עם סדר הצתה של 1.3.4.2 בו רואים בכל תרשים צילינדר אחד מתחיל בפליטה ובצילינדר אחר מתרחשת הדחה ושטיפה בדיוק בצילנדר שהיה קודם לכן בפליטה על פי סדר ההצתה תמונה מס' 5                                                             בתרשים זה רואים בכל פעם שבוכנה אחת  נמצאת במהלך פליטה מתרחשת הדחה ושטיפת צילינדר של הצילינדר שהיה לפני כן בפליטה  (ראה סדר ההצתה).

 מבנה הסעפת של בפליטה הוא כדלקמן:  צינורות הפליטה של צילינדרים מספר 1 ו-4 מתחברים לענף אחד וצינורות הפליטה של צילינדרים מס' 2 ו-3 מתחברים לענף אחד נפרד ושני הענפים מסתעפים לענף אחד מרכזי .

כאשר בוכנה מספר 1 בפליטה בגלל מבנה "הענפים" נוצר ואקום בצינור פליטה של צילינדר מספר 2 שנמצא בחפיפת שסתומים (על פי סדר ההצתה) לכן הואקום עושה את עבודת ההדחה והשטיפה בצילינדר הודות לחפיפת השסתומים בו נמצא הצילינדר.

כאשר בוכנה מספר 3 נמצאת במהלך הפליטה נוצרת הדחה ושטיפת צילינדר מספר 1 שהיה קודם לכן בפליטה ועכשו הוא בסוף פליטה והתחלת היניקה עם חפיפת שסתומים. כך על פי סדר ההצתה כל אחד בתורו יקבל שטיפה והדחה בעזרת אותו הצילינדר שפולט אחריו על פי סדר ההצתה....מכאן אני למדים כי בכל מנוע כל הצילינדרים ערבים זה לזה להדחה הדדית .

 

 

בכל צילינדר במנוע נתון ,בסוף כל מהלך פליטה כאשר הבוכנה עדיין עולה , בערך כ- 25 מעלות (על פי סוג המנוע) לפני נ.מ.ע נפתחים שסתומי היניקה כאשר שסתומי הפליטה פתוחים כלומר "חפיפת שסתומים" , כאמור הבוכנה עולה וכבר היא נמצאת בסוף פליטה בזמן זה יש חפיפת שסתומים גם כאשר הבוכנה משנה כיוון ומתחילה לרדת ועדיין מתרחש מהלך פליטה והתחלת מהלך היניקה , בפרק זמן זה שסתומי הפליטה והיניקה עדיין פתוחים וזה הרגע היחידי שהוא גם רגע קריטי וגם ההזדמנות היחידה בו ניתן ויכולה להתבצע הדחה ושטיפת הצילינדר מיטבית של הצילינדר משארית גזי הפליטה והזמן לשם כך קצר ביותר ולכן תפקיד סעפת הפליטה "הספגטי" בעלת המבנה היעודי ולעשות זאת בעזרת חוקי הפיזיקה ולנצל את Ejector effect  , על פי  חוק ברנולי ניתן לנצל את האנרגיה הקינטית של הגזים הנפלטים בצינור לבצע עבודה מועילה של הדחה ושטיפת הצילנדרים במנוע ובכך לתרום להעלאת הספק המנוע לחסוך בדלק ולצמצם את זיהום האוויר. בזמן ההדחה של הצילינד חודר גם אוויר פנימה לצילינדר משסתומי הפליטה הפתוחים.

תמונה מס' 6 : רואים את הנפילה החדה של עקומות ההספק והמומנט בגין קשיים בהדחת הצילינדרים. סעפת פליטה מסוג "ספגטי" משפר מאוד את המצב הזה והעקומות "מזדקפות" וההספק כולל המומנט גדלים.

 

 

 

 

 

 

תמונה 7: חוק ברנולי , כאשר זורם נוזל או גז בצינור נוצר תת-לחץ בצינור המחובר אליו אנכית אליו (עקרון וונטורי).

 

תמונה מס'  7: עקרון וונטורי. נוזל או גז בזרימתם נופל בהם הלחץ ויוצרים ואקום בצינור המחובר אנכית אל הצינור.

 

 

 

 

תמונה 8: נוסחת ברנולי (עקרון ונטורי).

 

תמונה מס' 9: רואים  פליטה בצילינדר מס' 2  לכן בענף 1-4 נוצר ואקום , על פי סדר ההצתה 1.3.4.2 , ברגע זה בדיוק רק בצילינדר מס' 1 יש חפיפת שסתומים והבוכנה נמצאת בסוף מהלך פליטה והתחלת מהלך יניקה וברגע זה מתבצעת הדחת הצילינדר בתזמון מדוייק ומועיל. שימו לב למנומטרים (מדי הלחץ) בענף שיש בו פליטת גזים נוצר לחץ ובענף המסועף אליו נוצר תת-לחץ (ואקום). הואקום מנוצל להדחת גזים בצילידר שהיה בפליטה לפניו.

 

תמונה מס' 10 : צילינדר מס' 1 פולט , נוצר תת לחץ בצינור מס' 2 שהיה בפליטה לפניו (על פי סדר ההצתה 1.3.4.2) . מספר 2 נמצא בחפיפת שסתומים בסוף פליטה והתחלת היניקה לכן הוא "מקבל" הדחה ושטיפה . מבנה הסעפת הוא כזה שכל זוג צילינדרים 1-4  ו-2-3 מתחברים לצינור אחד ולענף אחד  לכל זוג כך הם הופכים לשני ענפים נפרדים המסתעפים יחדיו לצינור אחד מרכזי . על פי חוק ברנולי אם בענף או בצינור אחד יש זרימת גזים "ייפול" הלחץ בצינור השני או בענף המסועף אליו. ערבות הדדית .

תמונה מס' 11 : צילינדר מס' 4 בפליטה , ראו את מד-הלחץ , הלחץ עלה בענף 1-4 זרימת הגזים בשיאה והודות לכך נפל הלחץ בענף השני 2-3 המסועף אליו , על פי סדר ההצתה הצילינדר שלפניו היה במהלך פליטה הוא צילינדר מס' 3 השייך לענף השני שבו נפל הלחץ , בוכנה מס' 3 נמצאת בדיוק עכשו בחפיפת שסתומים וזקוקה נואשות להדחת שארית גזי הפליטה ולשטיפת הצילינדר שלה, בדיוק עכשו בצינור מספר 3 יש ואקום חזק שעושה את העבודה.  יצוין כי כאשר בענף אחד יש פליטת גזים בענף השני נוצר ואקום כלומר בשני הצינורות של אותו הענף יש ואקום , בל נשכח כי רק צילינדר אחד יקבל הדחה ושטיפה והוא אותו הצילינדר שבו יש חפיפת שסתומים.

ברצוני להודות למר חנוך גרינברג על האישור שנתן לי להשתמש בתמונות של תוכנת הלמידה המצוינת של ELECTUDE.

 

ברצוני להודות למר חנוך גרינברג על האישור שנתן לי להשתמש בתמונות של תוכנת הלמידה המצוינת של ELECTUDE