כתבה של: אמיר הנדל-ענבל
אספקת דלק במנוע בעירה פנימית מונע בנזין
מנועי הבנזין השונים חולקים דבר אחד: לכולם חייבת להיות אספקת בנזין.
יחס האוויר דלק הרצוי, המכונה יחס סטויכיומטרי הוא 1:14.7. כאשר הרכב מאיץ ניתן אפילו להעלות את יחס אוויר הדלק זמנית עד ליחס של 1:12.85. היחס הנפחי הוא הרבה יותר קיצוני, בערך 9000:1 והוא משתנה משמעותית מהבדלי טמפרטורה לכן יחס אוויר/דלק הוא תמיד מבחינת מסה, ולכן, על כל גרם דלק יש להכניס 14.7 גרם אוויר. על מנת לספק את היחס הזה חייבת להיות בקרה כלשהי על כמויות האוויר והדלק הנכנסות למנוע.
מאייד
בגישה המסורתית היה מותקן בסעפת היניקה מאייד, מתקן מכני המשתמש בעקרון פיסיקלי שנקרא אפקט וונטורי.
* צינור ונטורי הוא צינור בעל קוטר משתנה
* השינוי בלחץ האוויר בין 1D לבין 2D גורם למשיכת הנוזל בצינורית
הצהובה לגובה h. גובה זה הינו הפרש הלחץ.
מקובל להפריד את המאיידים לשתי קבוצות עיקריות:
1) מאייד ונטורי קבוע – תת-לחץ משתנה, ויסות כמות דלק פניאומאטית. למעשה רוב המאיידים עבדו בשיטה זו. בשיאה של השיטה הכיל כל מאייד חמישה מעגלים:
א. התנעה – תערובת עשירה (בדרך-כלל באמצעות משנק, ידני או תרמיחשמלי.
ב. סרק – תערובת רגילה, פועל במעבר עוקף מצערת.
ג. ראשי – המערכת פועלת בכל מצבי הפעולה של המנוע למעט הסרק.
ד. האצה – מעגל נוסף, משאבת תאוצה שמזריקה דלק נוסף לתא האמולסיה.
ה. מחסך – נועד לאפשר בניית מאייד שיעבוד בטווח עני בסל"ד
ביניים ותחום עשיר בסל"ד הגבוה.
2) מאייד ונטורי משתנה – תת-לחץ קבוע, ויסות כמות הדלק מכאנית. המאייד הנפוץ ביותר בשיטה זו הוא ה-SU, שהיה בשימוש אצל מספר יצרנים אנגלים ושבדים. המבנה פשוט, המשנה את כמות הדלק בעזרת שינוי מיקום מחט קונית. ככל שהבוכנה תעלה כלפי מעלה פתח הדלק גדל ולהפך. השמן משמש לרכך תגובות ולמנוע הצפות והשתנקות.
לכל השיטות הללו היה חסרון אחד, הן לא היו מדויקות לגמרי מכיוון שהן מדדו רק את מהירות זרימת האוויר ולא את כמות האוויר בפועל. בעוד שכמויות הדלק היו מדויקות באופן מוחלט על ידי קביעת לחץ מערכת וחרירי דלק, לשינויים בצפיפות האוויר כתוצאה משינויי גובה לא היה פתרון אמיתי. הדבר היה נסבל יחסית מהאספקט של ביצועי הרכב אבל לא ניתן היה לעמוד בתקנות זיהום האוויר ההולכות ומחמירות.
לקראת שיא התפתחות המאיידים, בשנות השמונים, ניתן היה למצוא רכבים המצוידים במאייד עם מנגנון כיוון חשמלי וחיישן חמצן באגזוז הבודק את מצב התערובת ומכוון את המאייד ואפילו, רכבים עם ממיר קטליטי. בשלב הזה, בעוד תקנות למניעת הזיהום הלכו והחמירו, כבר היה ברור לכולם, המאייד בדרכו האחרונה.
לקראת הזרקת דלק
שורשי מערכות ההזרקה מתחילות באמצע המאה הקודמת, כאשר המערכת הראשונה הייתה דווקא מערכת דיגיטאלית, שהוצעה בדגמי מרצדס השונים. מערכת זו לא הפכה לנחלת הכלל. לאחר מכן היו שני סוגים של מערכות הזרקה מכאניות שסבלו למעשה מאותה הבעיה של המאייד (K-Jetronic ו-SPICA) מכיוון שהן לא מדדו את נפח האוויר שנכנס בפועל למנוע.
המרכיב החשוב ביותר במערכת הזו הוא חישוב כמות האוויר הנכנסת למנוע. לביצוע חישוב זה יש שתי שיטות עיקריות הנהוגות כיום: חישוב על פי הפרשי לחצים בהתבסס על חיישן MAP או חישוב על פי זרימה/מסה המבוסס על חיישן מסה אוויר או חיישן זרימת אוויר.
מערכות הזרקה מודרניות נבדלות זו מזו בעיקר בנקודה הזו. מערכות הבוחרות להשתמש באלגוריתם השליטה על פי חישוב לחצים נקראות SPEED DENSITY, ומערכות הבוחרות לחשב זרימת אוויר או מסה נקראות ALPHA N.
ALPHA N – אלגוריתם זה מבוסס על הנתונים מחיישן מצב המצערת ומחיישן מהירות המנוע ביחד עם המידע המתקבל מחיישן מסת האוויר או מחיישן זרימת האוויר. אלגוריתם זה הוא מורכב ביותר והדיוק בו תלוי בשלושה גורמים. נתוני המידע על מדידת האוויר בצורה זו הוא ייחודיים לכל חיישן, ואין מכנה משותף.
SPEED DENSITY – אלגוריתם זה מבוסס על מידע מחיישן הלחץ המוחלט בסעפת היניקה ומהירות המנוע. הוא מחשב את נתון צפיפות האוויר קודם לכן על-ידי שימוש בקריאת לחץ ברומטרי וקריאת חום המנוע. אלגוריתם זה הוא המועדף מבחינת פשטות עבודה ודיוק.
מדידת צפיפות האוויר
צפיפות האוויר משתנה ביחס לטמפרטורה ולחץ האוויר. הנוסחא לצפיפות היא:
עכשיו בואו נבדוק, נאמר שהלחץ נשאר זהה, ויש לנו רק שינוי של עשר מעלות צלסיוס מעשרים מעלות לשלושים (שינוי רגיל מבוקר לצהריים). כמה תשתנה הצפיפות? 2.5%. לא הרבה נכון? עכשיו בואו נראה כמה זה בפועל. מנוע בנפח של 2 ליטר העובד במהירות של 5,000 סל"ד שואב 10,000 ליטר אוויר בדקה. במהירות כזו, נפח האוויר גדול/קטן יותר ב-250 ליטר.
בדיקה נוספת היא בטמפרטורה קבועה ולחץ משתנה, שוב שינוי לא גדול, כזה שיכול להיגרם כתוצאה מרמה או שקע ברומטרי, או סתם שינוי גובה דרסטי. במצב כזה השינוי יכול הגיע עד להבדל של פי 35,000 בנפח האוויר.
מכיוון שהרכב נוסע במגוון של מצבים משתנים, יש צורך לווסת כל הזמן את התערובת בהתאם לתנאים המשתנים. ניתן לכייל מאייד בצורה מושלמת למצב מסוים, אולם ברגע שהוא ייצא מתחום האקלים והגובה שם הרכב לא יהיה מאופס.
הערה:
