המצאת המכונית

מנוע שתי פעימות ומנוע ארבע פעימות

לפני שנגיע לשני הממציאים הגרמניים הטוענים לכתר אבהות על המצאת הרכב המודרני נזכיר את תרומתם של שני ממציאים אחרים נוספים. שני ממציאים אלו הם רק שניים מבין רבים נוספים אחרים שפעלו באותה תקופה ותרמו כל אחד את תרומתו הצנועה. נציין כבר עכשיו שרבים הם האנשים שפעלו ברקע, תכננו, הגו, המציאו ושיפרו את הקיים וכי וודאי שאלו אשר מיוחסת להם ההמצאה לא פעלו לבדם בחלל ריק.

בלב המצאת הרכב המודרני נמצא מנוע הבעירה הפנימית המופעל בעזרת אדי נוזל דליק. מנוע הדלק התפתח ממנוע הקיטור ולכן בתחילת דרכו הוא ירש ממנו את מבנהו ואת אופן פעולתו. למשל, המנוע של לנואיר הנו מנוע בעל פעולה כפולה, תכונה שהועתקה ישירות ממנוע הקיטור. המנוע של לנואיר הוא בעל פעולה כפולה כי משני צידי הבוכנה מוכנסת לסירוגין תערובת נפיצה אשר מוצתת לסירוגין. במחזור תנועה אחד של הבוכנה מתבצעות שתי פעולות של המרת אנרגית החומר הדליק לפעולה מכאנית.

מנוע הפעולה הכפולה של לבון/לנואיר

במנוע הפעולה הכפולה מופעל לחץ פעמיים על הבוכנה, כל פעם מצד אחר של הבוכנה. נדרש אם כן שמבנה המנוע יהיה חזק מספיק כדי שיוכל לעמוד בלחץ זה המתחלף בכיוונו לסירוגין במהירות גבוהה. חיסרון נוסף הוא הצורך במבנה ובמנגנון כפול של הכנסת תערובת הגז והוצאת לאחר השימוש בה, משני צידי הבוכנה.

חסרונות אלו גרמו לממציאים לזנוח את מנוע הפעולה הכפולה ולעבור למנוע פעולה בודדת. במנוע פעולה בודדת קיים חלל הצתה רק בצד אחד של הבוכנה. כך הלחץ שמופעל על הבוכנה ועל מנגנון התנועה הוא תמיד רק בכיוון אחד. מנוע פעולה בודדת אמנם נותן פחות כוח ממנוע פעולה כפולה, אך הוא הרבה יותר קל למימוש, בעל שרידות ויותר יעיל מבחינת המרת חומר הדלק לפעולה מכאנית.

מחזור הפעולה של מנוע פעולה בודדת כולל את ארבעת הפעולות הבאות:

  • יניקת אדי חומר דליק ואוויר לתוך חלל ההצתה
  • דחיסת התערובת הדליקה
  • הצתת התערובת הדליקה
  • פליטה של הגזים אחרי ניצולם לעבודה

את ארבעת הפעולות שלעיל ניתן לבצע תוך כדי שני חצאי מחזור תנועה אחת של הבוכנה. בתחילת המחזור הבוכנה נמצאת למעלה תוך שהיא דוחסת את התערובת הדליקה הנמצאת בתוך חלל ההצתה. חצי המחזור הראשון של פעולת המנוע נפתח בהצתה של התערובת הדחוסה. מההצתה נפלטים גזים בעוצמה רבה והם דוחפים את הבוכנה מטה. הבוכנה יורדת מטה וכך מאפשרת לגזי הפליטה להיפלט החוצה דרך נקב הפליטה שבגליל. כאשר הבוכנה הגיע לנקודה התחתונה ביותר היא עדיין ממשיכה לנוע מכוח-ההתמדה, הפעם תנועתה היא חזרה בכיוון ההפוך בזכות גלגל התנופה.

בחצי המחזור השני של פעולת המנוע נפתח שסתום המאפשר כניסה של תערובת דליקה חדשה דרך נקב אחר בדפנות הגליל אל תוך חלל ההצתה. כאשר הבוכנה עולה מעלה התערובת שבחלל ההצתה נדחסת. בשיא העלייה, כאשר הדחיסה היא מרבית, מתחיל מחזור חדש בהצתה של התערובת הדחוסה.

כל חצי מחזור קרוי פעימה, לכן מנוע בעל אופן-פעולה כמתואר לעיל נקרא מנוע שתי פעימות.

תיאור המבנה
פעימה 1: הצתת הגז הדליק
פעימה 1: הגזים דוחקים הבוכנה מטה
פעימה 2: הגזים המנוצלים נפלטים וגז דליק נכנס
פעימה 2: דחיסה של הגז הדליק
אנימציה

תיאור כללי למנוע 2 פעימות

את מנוע שתי הפעימות המוצלח הראשון בנה המהנדס הסקוטי דוגאלד קלרק (Dugald Clerk) בשנת 1878. הדגם הראשון שהוא בנה לא כלל את פעולת הדחיסה של התערובת הדליקה, פעולה המקנה יותר עוצמת דחיפה בעת הצתת התערובת. את פעולת הדחיסה יישם קלרק בדגם המשופר של מנוע שתי הפעימות שלו אותו הוא הציג כשנתיים מאוחר יותר.

את רעיון פעולת הדחיסה העתיק קלרק למנוע שלו ממנוע אחר. פעולת הדחיסה הופיעה לראשונה במנוע ארבע הפעימות שפיתח איש המכירות הגרמני ניקולאס אוטו (Nicolaus Otto). אוטו עבד כאיש מכירות נודד אשר מכר תה, קפה וסוכר. בזמנו החופשי הוא גילה עניין בהמצאות ובפיתוחים הטכנולוגיים החדשים שלמדע היה להציע. כשגילה את מנועי הגז, בייחוד את אלו שתכנן לנואיר, הוא החל ללמוד את הנושא וישב לתכנן מנוע גז משל עצמו. בשנת 1864 הוא עזב את עבודתו ויחד עם שותף עסקי פתחו השניים מפעל לייצור מנועים, שלימים ייקרא בשם דוטש (Deutz).

בשנת 1876 הוא פיתח בבית-המלאכה את מנוע הבעירה הפנימית הראשון בעל ארבע פעימות.

מנוע ארבע פעימות כשמו כן הוא כולל ארבע פעימות או שלבים במחזור פעולה אחד. במהלך הפעימה הראשונה הבוכנה יורדת מטה וכך מגדילה את חלל ההצתה והלחץ בו יורד. אל תוך חלל ההצתה נשאבים דרך שסתום היניקה אדי הדלק יחד עם אדי אוויר הכוללים חמצן. במהלך הפעימה השנייה הבוכנה נעה חזרה מעלה תוך כדי דחיסה של תערובת הדליקה שבחלל ההצתה. הפעימה השלישית נפתחת עם הצתת תערובת הדליקה. הגזים הנפלטים כתוצאה מהבעירה דוחפים את הבוכנה מטה, זהו השלב בו המנוע מפעיל את כוחו. במהלך הפעימה הרביעית הבוכנה עולה חזרה שוב מעלה תוך כדי פליטת הגזים המשומשים החוצה דרך שסתום הפליטה.

מנוע ארבע פעימות הוא מורכב יותר ממנוע שתי פעימות. הוא כולל שני שסתומים מיוחדים עבור פתח היניקה ופתח הפליטה שיש לתזמן את מועד פתיחתם וסגירתם. בנוסף, את מנגנון ההצתה יש להפעיל לסירוגין רק בכל ירידה שנייה של הבוכנה מטה.

אך, יתרונו של מנוע ארבע פעימות על פני מנוע שתי פעימות הוא בנצילות דלק גבוהה יותר, בפעולה שקטה יותר ובצריכת שמן פחותה כך שהוא ידידותי יותר לסביבה.

מנוע ארבע הפעימות של אוטו זכה להצלחה בזכות שיטה חדשה של בעירת התערובת הדליקה שהוא פיתח. עד כה חומר הבעירה היה מוצת כולו בבת-אחת ובתא ההצתה היה מתקבל אפקט של פיצוץ אלים ששחק את מבנה המנוע וגרם לו לפעול בצורה לא חלקה וסדירה. אוטו מצא שיטה בה הוא הצליח לגרום לתערובת הדליקה לדלוק בהדרגתיות תוך השגת אפקט בעירה ארוך יותר ומתון יותר בעוצמתו. כך ניתן היה להפעיל את המנוע בצורה חלקה יותר, בטוחה יותר ושאינה שוחקת את מבנה המנוע.

למרות ההצלחה הביצועית ספג אוטו מכה קשה כאשר המפעל דוטש אשר בו הוא עבד ושהיה שותף להקמתו איבד את זכות הפטנט על מנוע ארבע פעימות. הרשויות בגרמניה מצאו שהיה קיים מנוע דומה בצרפת ולכן שללו בשנת 1886 את זכויות הפטנט הבלעדיות שניתנו למפעל. למרות זאת, לא ניתן היה למחוק את תרומתו של אוטו ומחזור ארבע הפעימות של מנועו זכה גם לכינוי "מחזור אוטו".

אוטו לא ראה עתיד במנועי הבנזין כמנועים עבור כלי-תחבורה. בחזונו הוא ראה שימוש למנועים רק כמנועים נייחים המשרתים את ענף התעשייה. בכך הוא היה חלוק בדעה עם מי שהוצב כמנהלו במפעל שהיה שותף להקמתו, מי שעתיד היה תוך זמן קצר לבנות את כלי התחבורה המוצלח הראשון בהיסטוריה. על כך מייד בחלק הבא.

לפרק הקודם | לפרק הבא

לשנים: 1990-2000

■...■...■...■...■ | שלום | ■...■...■...■...■

[ חזרה לראש העמוד ]

[ עמוד הבית | אודות | זכויות יוצרים | מפת האתר ]