‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬ ‫פתרון שאלות הבגרות במכונאות מנוע מן השנים ‪1985-2009‬‬ ‫הנושא‪ :‬בעירת הדלק בצילינדר של מנוע דיזל‬ ‫קיימים מספר גורמים לפליטת עשן שחור ממנוע דיזל‪) .‬א( ציין שלושה גורמים לפליטת עשן‬ ‫שחור הנובעים מתקלות בציוד הזרקת הדלק‪ .‬בר אחד מן הגורמים שציינת והסבר כיצד נוצרת‬ ‫בגללו פליטת העשן השחור‪) .‬ב( ציין שני גורמים לפליטת עשן שחור הנובעים מתקלות באספקת‬ ‫אוויר למנוע‪ .‬בחר אחד הגורמים והסבר כיצד נוצרת בגללו פליטת העשן השחור‪] .‬קיץ ‪[2003‬‬ ‫עשן שחור נגרם כתוצאה משריפה לא מושלמת‪ .‬שריפה בלתי מושלמת פירושה‪ ,‬שלא כל אטומי‬ ‫הפחמן שבדלק מצאו אטומי חמצן להתחבר אליהם‪ ,‬והם נפלטים בלתי שרופים ומעניקים לגזי‬ ‫הפליטה צבע שחור‪.‬‬ ‫א‪.‬‬ ‫גורמים אפשריים לעשן שחור הקשורים במערכת הדלק‪:‬‬ ‫‪ .1‬מרסס דלק פגום )שסתום מחטי דולף(‪ .‬דליפת השסתום המחטי בסיום ההזרקה גורמת‬ ‫להתרוקנות חלקית של הדלק במרסס‪ .‬בפעימת ההזרקה הבאה תצטרך משאבת‬ ‫ההזרקה לספק כמות דלק מסוימת כדי למלא קודם את החסר‪ ,‬ועקב כך ייגרם איחור‬ ‫בהזרקה‪ ,‬יישמעו נקישות בצנרת הלחץ מן המשאבה אל המרסס‪ ,‬והשריפה תהיה‬ ‫מאוחרת וכתוצאה מכך גם בלתי מושלמת‪.‬‬ ‫‪ .2‬דלק מאיכות לא מתאימה )נקודת הצתה נמוכה מדי( או טמפרטורת דלק כבד נמוכה מדי‪.‬‬ ‫‪ .3‬משאבת הזרקה אינה תקינה )טובלן שחוק‪ ,‬כיוון שגוי של כמות הדלק המוזרקת או של‬ ‫תחילת הזרקה(‪.‬‬ ‫ב‪.‬‬ ‫גורמים אפשריים לעשן שחור הקשורים במערכת אספקת האוויר‪:‬‬ ‫‪ .1‬כמות האוויר המסופקת לשריפה אינה מספקת‪ .‬מסנן אוויר סתום‪ ,‬מצנן אוויר טעינה‬ ‫סתום‪ ,‬מדחס אוויר במטען הטורבו מלוכלך או פגום‪ ,‬טורבינת גזי פליטה מלוכלכת או‬ ‫פגומה‪ ,‬טבעת נחירים במטען הטורבו פגומה או מלוכלכת – כל אלה יגרמו לאספקת אוויר‬ ‫בכמות בלתי מספקת‪.‬‬ ‫‪ .2‬טמפרטורת אוויר הטעינה גבוהה מדי‪ .‬צפיפות אוויר הטעינה נמוכה מדי‪ ,‬וכתוצאה מכך‬ ‫משקל האוויר המסופק לצילינדרים קטן מדי‪.‬‬ ‫‪ .3‬סעפת פליטה מזוהמת )לחץ נגדי גבוה מדי של גזי הפליטה יקטין את נצילות השטיפה‪,‬‬ ‫ובצילינדרים יישארו גזי שריפה שיתפסו את מקום האוויר הטרי(‪.‬‬ ‫)א( ציין ארבעה תנאים הנחוצים לבעירה תקינה של המנוע‪) .‬ב( ציין שלושה גורמים שיכולים‬ ‫להביא לפליטת עשן שחור מצילינדר בודד‪ .‬הסבר כיצד יכול להיווצר כל אחד מהגורמים שציינת‪.‬‬ ‫)ג( כיצד אפשר לאתר את הצילינדר ה"מעשן"? ]קיץ ‪[2000‬‬ ‫א‪.‬‬ ‫התנאים הדרושים לבעירה תקינה‪:‬‬ ‫‪ .1‬יחס מתאים בין משקל הדלק המוזרק למשקל האוויר בצילינדר;‬ ‫‪ .2‬פירוק הדלק לטיפות בגודל המתאים;‬ ‫‪ .3‬פיזור הדלק בצורה אחידה וסימטרית בכל חלל השריפה;‬ ‫‪ .4‬התלקחות הדלק בעיתוי הנכון וטמפרטורת אוויר דחוס מתאימה‪.‬‬ ‫ב‪.‬‬ ‫גורמים לפליטת עשן שחור מצילינדר בודד‪:‬‬ ‫‪ .1‬כמות דלק מוזרקת גדולה מדי ביחס למשקל האוויר בצילינדר; גורמים אפשריים הם‪:‬‬ ‫עומס יתר‪ ,‬מסנן אוויר סתום‪ ,‬מטען טורבו אינו תקין‪ ,‬כיוון שגוי של משאבת ההזרקה‪.‬‬ ‫פתרון שאלות הבגרות במכונאות מנוע ‪ /‬בעירת הדלק )‪(1985-2009‬‬ ‫עמוד ‪ 1‬מתוך ‪3‬‬ ‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬ ‫‪ .2‬שריפה מאוחרת; גורמים אפשריים הם תזמון שגוי של משאבת הזרקה‪ ,‬שסתום מחטי‬ ‫במרסס דולף )גורם להתרוקנות חלקית של מרסס הדלק בסוף ההזרקה(‪ ,‬לחץ הזרקה‬ ‫גבוה מדי‪.‬‬ ‫‪ .3‬הדלק אינו מתפזר בצורה אחידה וסימטרית בכל חלל הצילנדר עקב מרסס פגום )לחץ‬ ‫הזרקה נמוך מדי או נחירי ריסוס סתומים(‪.‬‬ ‫ג‪.‬‬ ‫ניתן לאתר את הצילינדר המעשן על פי טמפרטורת גזי פליטה גבוהה מזו של יתר הצילינדרים או‬ ‫על ידי ניטרול כל אחת ממשאבות ההזרקה ובדיקת צבע העשן היוצא מהארובה‪.‬‬ ‫הסבר בקצרה חמישה מהנושאים הבאים )בהתייחס למנוע דיזל(‪) :‬א( עומס יתר )ב( טעינת יתר‬ ‫)ג( חפיפת שסתומים )ד( חפיפת שסתומי התנעה )ה( הזרקה מאוחרת )ו( הצתה מאוחרת‪] .‬קיץ‬ ‫‪[1999‬‬ ‫ו‪.‬‬ ‫הזרקה מאוחרת מתבצעת אחרי העיתוי שנקבע לכך‪ ,‬לדוגמה ב‪ 150-‬לפני נמ"ע במקום ב‪250-‬‬ ‫לפני נמ"ע‪ .‬זוהי תקלה‪ ,‬הנגרמת על ידי כיוון שגוי של תחילת ההזרקה במשאבת ההזרקה או‬ ‫עקב תקלה במשאבת ההזרקה‪ .‬הזרקה מאוחרת גוררת אחריה שריפה מאוחרת‪ ,‬וניתן לאבחן‬ ‫אותה על פי ירידת ההספק‪ ,‬טמפרטורת גזי פליטה גבוהה מדי ועשן שחור‪.‬‬ ‫ז‪.‬‬ ‫הדלק המוזרק לתוך הצילינדר מתלקח ‪ 3-5‬אלפיות השניה לאחר המגע הראשון שלו עם האוויר‬ ‫הדחוס והחם בצילינדר‪ .‬בפרק זמן זה טיפות הדלק קולטות חום מן האוויר החם‪ ,‬מתאדות‬ ‫ומתלקחות‪ .‬הצתה מאוחרת פירושה‪ ,‬שההתלקחות הראשונית מתבצעת אחרי פרק זמן גדול‬ ‫מכפי שנקבע‪ ,‬כך ששיא הלחץ נבנה הרבה אחרי נמ"ע‪ ,‬תוך כדי מהלך העבודה‪ .‬פיגור ההצתה‬ ‫מושפע על ידי סוג הדלק )נקודת ההצתה שלו( ועל ידי טמפרטורת האוויר הדחוס בצילינדר‪.‬‬ ‫הסבר בעזרת שרטוט את מטרתם‪ ,‬מבנם ופעולתם של החלקים הבאים‪ ,‬המתייחסים בעיקר‬ ‫למנועים בעלי מהירות בינונית או גבוהה‪) :‬א( תא שריפה מוקדמת‪) ,‬ב( תא מערבולת אוויר‪) ,‬ג(‬ ‫תא חצי דחיסה‪] .‬קיץ ‪[1985‬‬ ‫א‪.‬‬ ‫תא שריפה מוקדמת )‪ (pre-combustion chamber‬מותקן במנועי דיזל מהירים‪ .‬מטרתו לשפר‬ ‫את ערבול הדלק עם האוויר לשם השגת שריפה מושלמת בזמן הקצר המוקצב לכך‪ .‬בתוך ראש‬ ‫הצילינדר מותקן תא שריפה קטן משני‪ ,‬המחובר אל חלל השריפה הראשי בצילינדר באמצעות‬ ‫נחיר אחד או כמה נחירים‪ .‬לקראת סוף הדחיסה ותחילת ההזרקה נוצרת בתא השריפה‬ ‫מערבולת אוויר ללא כיוון מוגדר‪ .‬מרסס הדלק מזריק את הדלק לתוך התא בסילון אחד‪ ,‬הדלק‬ ‫מתערבב עם האוויר ורק חלק ממנו מתלקח‪ ,‬משום שכמות האוויר בתא קטנה‪ .‬תערובת גזי‬ ‫השריפה והדלק שעדיין לא נשרף פורצים בלחץ לתוך הצילינדר‪ ,‬והשריפה נמשכת בחלל‬ ‫השריפה הראשי‪.‬‬ ‫כאשר שורפים דלק בזמן קצר ביותר‪ ,‬כפי שמתחייב במנועים מהירים‪ ,‬עליית לחץ גזי השריפה‬ ‫חדה מאוד‪ .‬כתוצאה מכך נוצרת דטונציה‪ ,‬הבאה לידי ביטוי ב"נקישות" מנוע ומאמצים גבוהים‬ ‫ופתאומיים על הבוכנה ומסבי הטלטל וגל הארכובה‪ .‬תא השריפה המוקדמת תורם לעלייה‬ ‫מתונה יותר של לחץ השריפה בהשוואה למנוע בעל הזרקה ישירה‪ ,‬משום שהיא מתרחשת‬ ‫למעשה בשני שלבים – ראשיתה בתא והמשכה בצילינדר‪.‬‬ ‫לחץ ההזרקה נמוך יחסית )‪ (80-100 bar‬והדלק מוזרק בסילון אחד‪ ,‬משום שאין צורך לפרקו‬ ‫לטיפות או להעניק לו תוספת מהירות כדי שיחדור לתוך האוויר הדחוס בצילינדר‪ .‬הדבר נעשה‬ ‫על ידי מערבולת גזי השריפה‪.‬‬ ‫ב‪.‬‬ ‫תא מערבולת אוויר )‪ (swirl chamber‬נועד אף הוא לשפר את ערבול הדלק והאוויר במנועים‬ ‫מהירים לשם השגת שריפה מושלמת בזמן קצר‪ .‬בניגוד לתא שריפה מוקדמת‪ ,‬כניסת האוויר‬ ‫לתא נעשית בכיוון משיקי‪ ,‬כך שהאוויר מסתחרר בתוך התא בצורה מעגלית מסודרת‪.‬‬ ‫פתרון שאלות הבגרות במכונאות מנוע ‪ /‬בעירת הדלק )‪(1985-2009‬‬ ‫עמוד ‪ 2‬מתוך ‪3‬‬ ‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬ ‫ג‪.‬‬ ‫תא חצי דחיסה )‪ (half-compression chamber‬הוא אמצעי נושן‪ ,‬שאינו בשימוש יותר‪ ,‬להקלת‬ ‫ההתנעה ביד של מנועי דיזל מהירים בעלי ‪ 1-3‬צילינדרים‪ .‬העיקרון הוא יצירת חלל דחיסה בעל‬ ‫נפח משתנה‪ ,‬הניתן להגדלה בשעת ההתנעה ולהקטנה לאחריה‪.‬‬ ‫תא שריפה מוקדמת‬ ‫פתרון שאלות הבגרות במכונאות מנוע ‪ /‬בעירת הדלק )‪(1985-2009‬‬ ‫תא ערבול‬ ‫עמוד ‪ 3‬מתוך ‪3‬‬