עקרונות הפעולה של מנועי דיזל : הנושא
Transcription
עקרונות הפעולה של מנועי דיזל : הנושא
כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית פתרון מבחני הבגרות במכונאות מנוע )(1985-2009 הנושא :עקרונות הפעולה של מנועי דיזל שרטט דיאגרמה מעגלית למחזור פעולה במנוע דיזל 4פעימות )מחזור שלם( ,ציין במקורב את זוויות פתיחת וסגירת השסתומים במחזור הפעולה .הסבר את המושג "חפיפת שסתומים" במנוע מסוג זה] .קיץ [2007 תחילת הזרקה נמ"ע 0 40 סוף פליטה 100 תחילת יניקה 600 תחילת דחיסה תחילת פליטה 500 400 נמ"ת דיאגרמת תזמון של מנוע ארבע פעימי בינוני טיפוסי עם טעינת טורבו חפיפת שסתומים היא פרק הזמן במחזור ארבע-פעימות ,שבו שסתום הפליטה ושסתום היניקה פתוחים בו זמנית; שסתום הפליטה הולך ונסגר ואילו שסתום היניקה הולך ונפתח. שסתומי היניקה והפליטה אינם מסוגלים להיפתח ולהיסגר בבת-אחת ,וחולף זמן ,אומנם קצר מאוד, בין תחילת הפתיחה של השסתום לבין הגעתו למצב פתוח לגמרי ולהפך .מהירות הפתיחה והסגירה תלויה בצורת הפיקה -בעלת שיפוע מתון או תלול. על מנת לנצל את מלוא מהלך הבוכנה לפליטת גזי השריפה מן הצילינדר אחרי העבודה ,חייב שסתום הפליטה להיות פתוח לגמרי הן בנמ"ת הן בנמ"ע .לכן מתחילים לפתוח אותו לפני נמ"ת וסוגרים אותו אחרי נמ"ע .אם שסתום הפליטה היה נסגר לגמרי בנמ"ע ,היה צריך להתחיל לסגור אותו לפני כן, כשהבוכנה עדיין עולה ,והמשמעות היא שגזי שריפה היו נשארים בצילינדר ,תופסים את מקום האוויר הנקי והספק המנוע היה קטן. מצב דומה קורה עם שסתום היניקה .כדי לנצל את מלוא מהלך הבוכנה להכנסת אוויר ,השסתום צריך להיות פתוח לגמרי בנמ"ע ובנמ"ת .השסתום מתחיל להיפתח לפני נמ"ע והוא נסגר אחרי נמ"ת. אלמלא כן ,הבוכנה הייתה מספיקה להכניס לצילינדר כמות קטנה יותר של אוויר נקי ,והספק המנוע היה קטן. משך החפיפה במנועים ללא טעינת טורבו הוא כ 200-ובמנועי עם טעינת טורבו עד .1100במנועי טורבו לא מתבצעת למעשה יניקה )ואקום( ,ומטען היתר מספק את האוויר בלחץ נמוך לצילינדרים. זווית החפיפה במנועים עם טעינת טורבו גדולה במיוחד משתי סיבות) :א( כדי להספיק להכניס משקל גדול של אוויר לצילינדרים ולפלוט משקל גדול של גזי שריפה מן הצילינדרים) .ב( מאחר שמנועים אלה שורפים יותר דלק )בגלל משקל האוויר הנוסף( ,טמפרטורת העבודה שלהם יותר גבוהה; חלק לא מבוטל מאוויר הטעינה נפלט אומנם עם גזי השריפה ,אך הוא מקרר את הצילינדרים ואת שסתומי הפליטה ומוריד את הטמפרטורה הממוצעת של גזי הפליטה. פתרון מבחני הבגרות במכונאות מנוע /עקרונות הפעולה של מנועי דיזל )(1985-2009 עמוד 1מתוך 10 כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית באיור לשאלה נתון תרשים עקרוני של מנוע ראשי באנייה) .א( האם התרשים מתאר מנוע מסוג trunkאו מנוע מסוג ?crossheadנמק את תשובתך) .ב( ציין את שמותיהם של ארבעה מבין החלקים המסומנים במספרים ) .1-8ג(ציין את שמם ואת תפקידם של המוטות המסומנים במספר ] .9קיץ [2005 המנוע המתואר בתרשים הוא מנוע ראש-צלב מתוצרת .Sulzerהדבר מובחן על פי היחס בין גובה המנוע לרוחבו ועל פי מובילי ראש הצלב )חלק מס' .(4 מנועי ראש-צלב מפתחים הספק עצום ,עד 5000כוחות סוס ויותר לכל צילינדר .הדבר מתאפשר בשל אורך המהלך וקוטר הצילינדר הגדולים מאוד שלהם .ברם ,ככל שקוטר הבוכנה ושטחה גדולים יותר ,הכוח שמפעילים גזי השריפה על הבוכנה גדול יותר. במנוע בוכנאי פשוט מועבר העומס מן הבוכנה אל פין הבוכנה ,וממנו אל הטלטל וגל הארכובה .כדי שיוכל לעמוד בעומסים כבדים במיוחד ,פין הבוכנה צריך להיות בעל קוטר גדול מאוד .אלא שממדיו מוגבלים על ידי ממדי הבוכנה, בעוד שמגבלה זו אינה קיימת במנועי ראש-צלב .המקום לאכלוס פין ראש-צלב רחב הרבה יותר ,ולכן ניתן להגדיל את קוטר פין ראש הצלב ולהתאימו לעומסים הכבדים יותר. זאת ועוד ,מאחר שהקצה העליון של הטלטל לא מבצע תנועה סיבובית שלמה סביב הפין ,אלא נע בתנועת קשת, לא ניתן לקיים בו סיכה הידרודינמית .מגבלות הסיכה משפיעות על העומס המקסימלי שיכול המסב לשאת. במנועי ראש-צלב ,לעומת זאת ,אספקת השמן למסב הטלטל ופין ראש-הצלב פשוטה יותר ,ולכן הוא מסוגל לשאת עומס רב יותר. שמות החלקים: – 1ראש הצילינדר )(cylinder head – 2בלוק הצילינדר )(cylinder block – 3מאסף אוויר שטיפה )(scavenge air box – 4מובילי ראש הצלב )(crosshead guides – 5מסגרת (A frame) A – 6מכסה מסב ראשי )(main bearing cup – 7יצוע )(bedplate – 8גל ארכובה )(crankshaft מוטות מס' 9הם בורגי מתיחה ) ,(tie rodsהמחברים יחד את בלוק הצילינדר,מסגרת A והיצוע. פתרון מבחני הבגרות במכונאות מנוע /עקרונות הפעולה של מנועי דיזל )(1985-2009 עמוד 2מתוך 10 כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית שרטט דיאגרמת תזמון של מנוע דיזל שתי פעימות .כלול בדיאגרמה את הזוויות שעל פניהן מתרחשים התהליכים על פי הרצף הנכון ,ורשום את שמות התהליכים) .ב( באיור לשאלה 1נתון סדר ההזרקה במנוע דיזל שתי פעימות בעל שישה צילינדרים ,כפי שנקבע על ידי היצרן .סדר ההזרקה נקבע כדי שהמנוע יעבוד באופן תקין ושקט .זה יתקיים אם ההזרקה בכל צילינדר ,על פני מעגל התזמון ,תתבצע תוך שמירת מרווח זמן מרבי מן הצילינדר הסמוך ותוך חלוקת מעגל התזמון לרווחים שווים .סדר ההזרקה ,1-4-5-2-3-6הזווית בין הארכובות .600הצע סדר הזרקה שונה מזה המוצג באיור ,תוך שמירת הכלל שהוסבר ,כאשר צילינדר מספר 3מחליף את צילינדר מס' ] .1קיץ [2004 א. דיאגרמות תזמון אופייניות של מנוע ראש-צלב בעל שסתום פליטה מרכזי. למעלה :זוויות הפתיחה והסגירה של שסתום הפליטה זהות .למטה :זוויות הפתיחה והסגירה של שסתום הפליטה אינן זהות .בשני המקרים פתחי השטיפה נפתחים ונסגרים באותה זווית. תחילת הזרקה 100-200לפני נמ"ע תחילת דחיסה )סוף פליטה( 950לפני נמ"ע תחילת פליטה 550לפני נמ"ת תחילת שטיפה )המשך פליטה( 400לפני נמ"ת סוף שטיפה )המשך פליטה( 400אחרי נמ"ת תחילת הזרקה 100-200לפני נמ"ע תחילת פליטה 700לפני נמ"ת תחילת שטיפה )המשך פליטה( 400לפני נמ"ת תחילת דחיסה )סוף פליטה( 700לפני נמ"ע סוף שטיפה )המשך פליטה( 400אחרי נמ"ת פתרון מבחני הבגרות במכונאות מנוע /עקרונות הפעולה של מנועי דיזל )(1985-2009 עמוד 3מתוך 10 כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית ב. מהלכי העבודה בצילינדרים מתבצעים בהפרשים שווים זה מזה ,אך לא בסדר המספור הרגיל ) 1,2,3,4וכו'( ,אלא על פי סדר מיוחד – סדר הזרקה ) .(firing orderמטרת סדר ההזרקה לחלק את המאמצים בצורה שווה לאורך גל הארכובה והמסבים הראשיים על ידי מיקום ההזרקות העוקבות רחוק ככל האפשר אחת מהשניה ועל ידי כך לתרום גם לפעולה שקטה ומאוזנת של המנוע .לכל מנוע סדר הזרקה אחד בלבד ,שנקבע על ידי היצרן ולפיו נבנה גל הארכובה. גל הארכובה המוצג באיור לשאלה הוא של מנוע דו-פעימי ,משום שהזווית בין הארכובות שווה ל .600-הזווית בין הארכובות מחושבת עפ"י הנוסחה: מספר המעלות במחזור מספר הארכובות = הזווית בין הארכובות באופן תיאורטי קיימות אפשרויות סידור הארכובות הבאות: 1-4-2-6-3-5 ,1-5-3-6-2-4 ,1-3-5-6-4-2 באיור לשאלה מתואר מנוע דיזל ימי בעל צילינדר בודד ונתון מעגל התזמון שלו) .א( מהו סוג המנוע ומהו מספר המהלכים )הפעימות( בו? נמק את תשובתך) .ב( מה מסמלת כל אחת מן האותיות A, B, C, D, Eבאיור? )ג( תאר את המתרחש במנוע בכל אחד מארבעת השלבים של מעגל התזמון הנתון באיור] .קיץ [2002 א. המנוע המוצג בתרשים הוא מנוע דו-פעימי בעל פתחי שטיפה ושסתום פליטה מרכזי .ניתן לראות זאת גם לפי מעגל התזמון ,משום שהפליטה אינה מתחילה ומסתיימת באותה זווית ביחס לנמ"ת. פתרון מבחני הבגרות במכונאות מנוע /עקרונות הפעולה של מנועי דיזל )(1985-2009 עמוד 4מתוך 10 כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית ב. שמות החלקים (A) :מרסס דלק; ) (Bפתח פליטה; ) (Cשסתום פליטה מרכזי; ) (Dפתחי שטיפה; ) (Eמשאבת הזרקה. ג. ההזרקה מתחילה ב 200-לפני נמ"ע ומסתיימת כ 100-אחרי נמ"ע ,תלוי בכמות הדלק המוזרקת. גזי השריפה דוחפים את הבוכנה ומבצעים עבודה ,ותוך כדי כך קטנים הלחץ והטמפרטורה שלהם .ב 850-לפני נמ"ת שסתום הפליטה מתחיל להיפתח ומסתיימת העבודה .גזי הפליטה מתחילים להיפלט לאטמוספרה ,ותוך כדי ירידת הבוכנה לחצם נופל עד קצת מעל .1 bar שסתום הפליטה נפתח מוקדם כל כך ,כדי שלחץ גזי השריפה הגבוה יספיק ליפול מתחת ללחץ אוויר השטיפה. ב 450-לפני נמ"ת מתחילה הבוכנה לחשוף את פתחי השטיפה ,ואוויר בלחץ נמוך – המסופק על ידי מפוח מכני – שוטף את הצילינדר מגזי השריפה וממלא אותו מחדש .פעולת השטיפה נמשכת עד 450אחרי נמ"ת ,אז מתכסים פתחי השטיפה. על פי התרשים ,שסתום הפליטה נסגר ב 450-אחרי נמ"ת יחד עם פתחי השטיפה .בנקודה זו מתחילה דחיסת האוויר ,הנמשכת עד 200לפני נמ"ע ,ובמהלכה גובר הלחץ ועולה הטמפרטורה של האוויר בצילינדר. ב 200-לפני נמ"ע מתחיל מחזור חדש. הערה :בדרך כלל שסתום הפליטה נסגר כ 50-אחרי כיסוי פתחי השטיפה; אמנם חלק מן האוויר הטרי נפסד ,אך היתרון הוא שטיפה יותר יעילה של הצילינדר וקירור של שסתום הפליטה. קיימים מנועים ,בהם שסתום הפליטה נסגר לפני כיסוי פתחי השטיפה ,ולכן אין בהם הפסד של אוויר טרי. 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 א. עומס יתר ) (over loadפירושו ,שהמנוע מפתח הספק גדול מההספק המקסימלי הרצוף שלו ) .(MCRלכל מנוע מהירות מקסימלית נקובה ,שבה הוא מפתח הספק מקסימלי מסוים ויכול לעבוד בתנאים אלה ללא הגבלת זמן .כאשר המנוע בעומס יתר ,טמפרטורות ולחצי העבודה שלו גבוהים יותר ,תנאי עבודתו קשים ואורך חייו מתקצר .במקרים חריגים מותר להפעיל את המנוע בעומס יתר עד 120%מההספק המקסימלי הרצוף שלו לפרק זמן מוגבל כפי שקובע היצרן. ב. טעינת יתר היא שיטה להגדלת משקל האוויר המסופק לצילינדר .כך ניתן להגדיל את כמות הדלק המוזרקת ולקבל מן הצילינדר הספק גדול יותר מבלי לשנות את ממדיו .כאשר מגדילים את משקל האוויר ,ניתן להגדיל גם את משקל הדלק המוזרק ועל ידי כך להעלות את ההספק )יחס 14.5ל .(1-הגדלת משקל האוויר נעשית על ידי דחיסתו לתוך הצילינדר .ניתן להשתמש במדחס המונע על ידי המנוע ,אך הדבר גורע מן ההספק שהוא ימסור למדחף .במקום זאת מנצלים את האנרגיה של גזי הפליטה ,אשר בלאו הכי הולכים לאיבוד ,ועל ידי משפרים את הנצילות התרמית של המנוע )מקטינים את הפסדי החום שלו( ואת תצרוכת הדלק הסגולית .גזי הפליטה הנפלטים מן הצילינדרים מסובבים טורבינת גזי פליטה ,אשר מניעה על ציר משותף מדחס צנטריפוגלי .המדחס יונק אוויר מחדר המכונות דרך מסנן אוויר ,וסונק אותו לסעפת היניקה דרך מצנן אוויר טעינה .קירור האוויר במצנן מגדילה עוד את צפיפותו. ג. חפיפת שסתומים היא פרק הזמן במחזור ארבע-פעימות ,שבו שסתום הפליטה ושסתום היניקה פתוחים בו זמנית; שסתום הפליטה הולך ונסגר ואילו שסתום היניקה הולך ונפתח .כדי לנצל את מלוא מהלך הבוכנה לפליטת גזים מן הצילינדר ,שסתום הפליטה חייב להיות פתוח לגמרי בנמ"ת ובנמ"ע .מאחר שלא ניתן לפתוח את השסתום בבת-אחת ,יש להתחיל לפתוח אותו לפני נמ"ת ולהתחיל לסגור אותו אחרי נמ"ע .מצב דומה קורה עם שסתום היניקה .על מנת שהבוכנה תשאב מקסימום אוויר ,צריך להתחיל לפתוח את שסתום היניקה לפני נמ"ע ולהתחיל לסגור פתרון מבחני הבגרות במכונאות מנוע /עקרונות הפעולה של מנועי דיזל )(1985-2009 עמוד 5מתוך 10 כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית אותו אחרי נמ"ת .משך החפיפה במנועים ללא טעינת טורבו הוא כ 200-ובמנועי עם טעינת טורבו עד .1100 ד. חפיפת שסתומי התנעה פירושה ששני שסתומי התנעה עוקבים )על פי סדר הזרקה( פתוחים בו זמנית ,אחד לקראת סגירה והשני לאחר פתיחה .כדי שניתן יהיה להתניע מנוע מכל מצב בו נעצר גל הארכובה ,חייבת להתקיים חפיפה מינימלית של 150בין שני שסתומי התנעה עוקבים. אם החפיפה קטנה מ 150-מעלות ,יהיה צורך לסובב את המנוע בצורה ידנית ולהביא את הבוכנה של הצילינדר התורן לתחילת התנעה. ה. 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. ו. 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. )א( שרטט דיאגרמת תזמון )עיתוי( של מנוע ארבעה מהלכים וציין )בקירוב( את הזוויות בין הנקודות הרלוונטיות) .ב( שרטט צורת זיז של שסתום פליטה ,ועל פי נתונים מן הדיאגרמה ציין בו את הזווית בין הפתיחה והסגירה של השסתום] .קיץ [1998 תחילת הזרקה 1350 סוף פליטה 400 תחילת יניקה 600 סוף פליטה תחילת פליטה תחילת דחיסה 400 פיקת פליטה של מנוע ארבע פעימי עם טעינת טורבו תחילת פליטה 500 דיאגרמת תזמון של מנוע ארבע פעימי בינוני עם טעינת טורבו פתרון מבחני הבגרות במכונאות מנוע /עקרונות הפעולה של מנועי דיזל )(1985-2009 עמוד 6מתוך 10 כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית שרטט דיאגרמות תזמון ) (timing diagramsשל מנוע דיזל ארבעה מהלכים ושל מנוע דיזל שני מהלכים לפי בחירתך .התאם לכל מנוע את הדיאגרמות האינדיקטוריות המתאימות .חשב, בהתאם לנתונים שנתת בדיאגרמת התזמון ,את זמן ההזרקה )בשניות( של מנוע ימי בעל 90 סל"ד] .קיץ [1995 נמ"ע 1 1 2 2 מנוע דו-פעימי עם פתחי שטיפה ופתחי פליטה -1תחילת הזרקה )(200 – 2סוף הזרקה )(80 0 – 3תחילת פליטה ) (60 – 4תחילת שטיפה )(500 – 5סוף שטיפה )(500 – 6תחילת דחיסה )(600 3 4 6 3 6 5 4 5 נמ"ת תחילת ההזרקה על פי הדיאגרמה של המנוע הדו-פעימי היא ב 200-לפני נמ"ע ומסתיימת ב 80-אחרי נמ"ע ,סה"כ 280מעלות. מחשבים את מהירות המנוע בסיבובים לשניה: 90 = 1.5 60 = RPS מחשבים בכמה שניות מבצע גל הארכובה סיבוב אחד ):(3600 1 = 0.666 sec 1.5 מחשבים בכמה שניות מסתובב גל הארכובה :280 28 × 0.666 = 0.051 sec 360 נוסחת חישוב אחת תיראה כך: 28 60 × = 0.051 sec 360 90 =T משך ההזרקה הוא 51אלפיות השניה. 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. 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 פתרון מבחני הבגרות במכונאות מנוע /עקרונות הפעולה של מנועי דיזל )(1985-2009 עמוד 7מתוך 10 כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית 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. 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 תא ערבול הסבר את המונחים הבאים ואת סיבתם) :א( קירור אוויר שטיפה) ,ב( טעינת יתר) ,ג( חימום מוקדם של הדלק) ,ד( חפיפת שסתומים) ,ה( חפיפת שסתומי התנעה) ,ו( חימום מוקדם של המנוע. א. קירור אוויר השטיפה נועד להגדיל את משקל האוויר בצילינדרים וכתוצאה מכך את כמות הדלק המוזרקת והספק המנוע .צפיפות האוויר פוחתת במידה מסוימת בשל התחממותו במהלך הדחיסה במטען הטורבו .ניתן למנוע הפסד זה על ידי קירורו ביציאה ממטען הטורבו .לקירור אוויר השטיפה יתרון נוסף :הקטנת טמפרטורות גזי הפליטה והמאמצים התרמיים של הבוכנה, שרוול הצילינדר והשסתומים הבאים במגע עם גזי השריפה. ב. טעינת יתר היא שיטה להגדלת משקל האוויר המסופק לצילינדר .כך ניתן להגדיל את כמות הדלק המוזרקת ולקבל מן הצילינדר הספק גדול יותר מבלי לשנות את ממדיו .כאשר מגדילים את משקל האוויר ,ניתן להגדיל גם את משקל הדלק המוזרק ועל ידי כך להעלות את ההספק )יחס 14.5ל .(1-הגדלת משקל האוויר נעשית על ידי דחיסתו לתוך הצילינדר .ניתן להשתמש במדחס המונע על ידי המנוע ,אך הדבר גורע מן ההספק שהוא ימסור למדחף .במקום זאת מנצלים את האנרגיה של גזי הפליטה ,אשר בלאו הכי הולכים לאיבוד ,ועל ידי משפרים את הנצילות התרמית של המנוע )מקטינים את הפסדי החום שלו( ואת תצרוכת הדלק הסגולית .גזי הפליטה הנפלטים מן הצילינדרים מסובבים טורבינת גזי פליטה ,אשר מניעה על ציר משותף פתרון מבחני הבגרות במכונאות מנוע /עקרונות הפעולה של מנועי דיזל )(1985-2009 עמוד 8מתוך 10 כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית מדחס צנטריפוגלי .המדחס יונק אוויר מחדר המכונות דרך מסנן אוויר ,וסונק אותו לסעפת היניקה דרך מצנן אוויר טעינה .קירור האוויר במצנן מגדיל עוד את צפיפותו. ג. חימום מוקדם של הדלק לפני כניסתו למשאבות ההזרקה נועד להקטין את צמיגותו ,אשר גדלה אחר כך בשיעור רב בזמן דחיסתו ללחץ גבוה במשאבות ההזרקה .הדלק מחומם על ידי מחמם קיטור ,אשר ספיקת הקיטור דרכו נשלטת על ידי מד הצמיגות .טמפרטורת החימום של הדלק מוגבלת ל.1400C- ד. חפיפת שסתומים היא פרק הזמן במחזור ארבע-פעימות ,שבו שסתום הפליטה ושסתום היניקה פתוחים בו זמנית; שסתום הפליטה הולך ונסגר ואילו שסתום היניקה הולך ונפתח .כדי לנצל את מלוא מהלך הבוכנה לפליטת גזים מן הצילינדר ,שסתום הפליטה חייב להיות פתוח לגמרי בנמ"ת ובנמ"ע .מאחר שלא ניתן לפתוח את השסתום בבת-אחת ,יש להתחיל לפתוח אותו לפני נמ"ת ולהתחיל לסגור אותו אחרי נמ"ע .מצב דומה קורה עם שסתום היניקה .על מנת שהבוכנה תשאב מקסימום אוויר ,צריך להתחיל לפתוח את שסתום היניקה לפני נמ"ע ולהתחיל לסגור אותו אחרי נמ"ת .משך החפיפה במנועים ללא טעינת טורבו הוא כ 200-ובמנועי עם טעינת טורבו עד .1100 ה. חפיפת שסתומי התנעה פירושה ששני שסתומי התנעה עוקבים )על פי סדר הזרקה( פתוחים בו זמנית ,אחד לקראת סגירה והשני לאחר פתיחה .כדי שניתן יהיה להתניע מנוע מכל מצב בו נעצר גל הארכובה ,חייבת להתקיים חפיפה מינימלית של 150בין שני שסתומי התנעה עוקבים. אם החפיפה קטנה מ 150-מעלות ,יהיה צורך לסובב את המנוע בצורה ידנית ולהביא את הבוכנה של הצילינדר התורן לתחילת התנעה. ו. חימום מוקדם של המנוע פירושו חימום מי הקירור המתוקים שלו .כדי להקל על ההתנעה ולהקטין את המאמצים התרמיים על שרוול הצילינדר עקב הפרשי טמפרטורות קיצוניים בתחילת עבודת המנוע ,מחוממים מי הקירור בהדרגה לטמפרטורה של 600Cלפחות .על ידי חימום השרוולים ,ראשי הצילינדרים ומטען הטורבו מקרבים יותר את הטמפרטורה שלהם לטמפרטורת העבודה .זאת ועוד ,כאשר המנוע קר קשה יותר להתניעו ,משום שחום האוויר הדחוס נפסד במהירות לדופן שרוול הצילינדר בשל הפרש הטמפרטורות הגדול ביניהם. תאר בעזרת סקיצות שיטות שטיפה שונות במנועי דיזל גדולים .הסבר מדוע שטיפה הכרחית ובאילו אמצעים היא מושגת. פעולתם של מנועים דו-פעימיים תלויה באספקת אוויר טרי בלחץ הגבוה מעט מלחץ גזי השריפה בצילינדר בתחילת הפליטה .השטיפה הכרחית כדי להרחיק את גזי הפליטה מן הצילינדר בסוף העבודה וכדי למלא את הצילינדר מחדש באוויר טרי לצורך השריפה הבאה. במנועי ראש צלב מודרניים משתמשים בשטיפה ישרה ) .(uniflow scavengeבמנועי ראש-צלב ישנים יותר השתמשו בשטיפת ערב ) (cross scavengeאו בשטיפת לולאה ).(loop scavenge בשיטת השטיפה הישרה האוויר נכנס דרך פתחי שטיפה בחלקו התחתון של הצילינדר ,זורם מעלה לאורכו של הצילינדר ודוחק את גזי השריפה החוצה דרך שסתום פליטה מרכזי .שיטה זו נחשבת ליעילה ביותר בשל פשטותה .על ידי בניית פתחי השטיפה בזווית ניתן לסחרר את האוויר המוזרם לצילינדר ,וכך לתרום להרחקה יעילה יותר של גזי השריפה וליצירת תנאי שריפה טובים יותר של הדלק. במנועים בעלי שטיפת ערב ושטיפת לולאה מצויד הצילינדר בשורת פתחי פליטה ומתחתיה שורת פתחי שטיפה .על ידי כך נמנע הצורך בשסתום פליטה בראש הצילינדר ובמנגנון הדרוש להנעתו. המשמעות המעשית היא מנוע בעל מבנה פשוט ותחזוקה קטנה יותר .אולם נצילות שיטה זו קטנה יותר ,משום שנשארים בצילינדר כיסים של גזי שריפה שאינם מורחקים על ידי זרם האוויר. אספקת האוויר במנועי ראש-צלב מודרניים נעשית בהתנעה ובעומסים נמוכים על ידי הצד התחתון של הבוכנה ו/או מפוח חשמלי ,ובעומסים גבוהים יותר על ידי מטען טורבו והצד התחתון של הבוכנה. פתרון מבחני הבגרות במכונאות מנוע /עקרונות הפעולה של מנועי דיזל )(1985-2009 עמוד 9מתוך 10 כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני-ים עכו /מגמת מכונאות ימית שטיפת לולאה שטיפת ערב שטיפה ישרה פתרון מבחני הבגרות במכונאות מנוע /עקרונות הפעולה של מנועי דיזל )(1985-2009 עמוד 10מתוך 10