תפריט

האם מאזדה פיצחה את סוד מנוע ה'בנדיז'?

העיתון היפני 'ניקיי' מדווח שהדור הבא של מנועי מאזדה יהיו מסוג HCCI עם תצרוכת דלק של 30 קילומטרים לליטר. האם מאזדה ניצחה את תעשיית הרכב במירוץ אל "מנוע הבנדיז"?
שיתוף ב facebook
שיתוף ב google
שיתוף ב twitter
שיתוף ב linkedin

הדור הבא של מאזדה 3, אשר יוצג בשלהי השנה הבאה, יונע באמצעות מנוע 'בנדיז' בשיטת 'הצתת דחיסה הומוגנית' (HCCI).

 

 

מנוע זה יהיה יעיל בכ-30% ביחס לדור הראשון של מנועי 'סקאי אקטיב' הנוכחיים של החברה – אשר הושקו לפני שש שנים ונחשבים בין היעילים ביותר בעולם כיום. תצרוכת הדלק של מנוע כזה תהיה פנטסטית: 30 קילומטרים לליטר, וגם רמות הפליטה של מזהמי אוויר ממנו צפויות להיות נמוכות מאד.

כך, בדיווח בלעדי, נכתב ב'ניקיי' (Nikkei) – אחד העיתונים החשובים ביותר ביפן – ואם יש בסיס לדיווח הזה הרי שמדובר בלא פחות מאשר מהפיכה.

מעבר לעניין הטכנולוגי עצמו, אשר לא אמור ליפול עלינו כרעם ביום בהיר, הרי שאם אכן נזכה לנהוג בשנה הבאה במכונית כזאת המשמעות תהיה שמאזדה הקטנה שוב ניצחה את ענקיות התעשייה תוך שהיא מקדימה את מרצדס, פולקסווגן, ג'נרל מוטורס, הונדה ויונדאי. כל אחת מאלה הכריזה בשלב זה או אחר בשנים האחרונות שהיא עובדת על פיתוח דומה.

הרעיון התיאורטי מאחורי "מנוע הבנדיז" – טכנולוגיית "הצתת דחיסה הומוגנית" (Homogeneous charge compression ignition) – נחשב לאחד מן "הגביעים הקדושים" של הנדסת מנועים, על אף שבמידה כזאת או אחרת נעשה בו שימוש עוד לפני המצאת המצתים שנמצאים כיום בכל מנוע בנזין.

התיאוריה מבוססת על הרעיון שחומר בעירה מוצת באופן ספונטני לא רק כאשר נוכחת בסביבתו אש גלויה (כמו זו שנוצרת במצת למשל) אלא גם כאשר מתקיימים תנאים מתאימים של חום ולחץ.

אחד הענפים של התיאוריה הזאת שוכלל על-ידי רודולף דיזל והפך למנוע שנושא את שמו ומבעיר סולר: במנוע דיזל מוזרם בעת פעולת היניקה אוויר אל תוך חלל הצילינדר, והוא מתחמם במהירות כתוצאה מתהליך הדחיסה. בעת פעולת הדחיסה, רגע לפני שהבוכנה מגיעה לשיא מהלכה ("נקודה מתה עליונה"), מוזרק סולר אשר מובער היות שהוא פוגש את החום והלחץ שבתוך הצילינדר.

במנוע בנזין, לעומת זאת, מוזרמת כבר בעת פעולת היניקה תערובת "מוכנה מראש" של דלק (בנזין) ואוויר. לאחר מכן, בעת פעולת הדחיסה ורגע לפני שהבוכנה מגיעה לקצה מהלכה – מוצתת התערובת באמצעות מצת חשמלי.

מנוע מסוג HCCI – "הצתת דחיסה הומגנית" – משלב בין טכנולוגיות הדחיסה וההצתה של מנועי הבנזין והדיזל שמלווים את האנושות מזה כ-125 שנים: אל חלל הצילינדר מוזרמת כבר בעת פעולת היניקה תערוכת "הומוגנית" של דלק ואוויר, אבל במקום להשתמש במצת – מה שמבעיר את התערובת הם הלחץ והחום אשר נוצרים בעת פעולת הדחיסה.

היות שבעברית אנחנו מבדילים בין שתי טכנולוגיות המנועים השכיחות ומכנים את המנועים עצמם מנועי "בנזין" או "דיזל" – הרי שהשם העברי הראוי לטכנולוגיה החדשה הוא מנוע "בנדיז". יתרון נוסף של הטכנולוגיה, אשר מחזק את הטענה לשם, הוא שמנוע בנדיז – כשמו כן הוא – יכול לפעול על בנזין, סולר, ורוב הדלקים החלופיים, כלומר שזה גם מנוע בנזין וגם מנוע דיזל.
מרצדס, אגב, הציגה כבר בשנת 2007 קונספט של רעיון כזה שאותו היא כינתה "DiesOtto" – וזאת מפני שמנוע בנזין נקרא גם "מנועי מחזור אוטו".

 

 

למען היעילות

מנוע דיזל יעיל יותר מבחינה תרמו-דינמית ממנוע בנזין מפני שהוא מבעיר את הדלק בתנאי לחץ וחום גבוהים יותר ומאפשר יחס דחיסה גבוה יותר. הנצילות של דיזל גבוהה בכ-30% מזו של מנוע בנזין.

תיאוריית "ההצתה ההומוגנית" גורסת שהבערה של תערובת הומוגנית של דלק ואוויר משיגה יעילות בעירה גבוהה יותר מאשר במנועי דיזל, שבהם הסולר והאוויר לא מספיקים להתערבב באופן "הומוגני" לפני ההצתה. בהצתה הומגנית אפשר להשתמש בתערובת עניה יותר (יחס בנזין/אוויר נמוך) בשילוב יחס דחיסה גבוה כמו במנועי דיזל (1:15 או יותר), וכך, כמו בדיזל, להשיג יעילות תרמו-דינמית גבוהה בכ-30% מאשר במנועי בנזין.

בזכות טמפרטורות מרביות נמוכות מאשר במנועי בנזין אמור מנוע 'בנדיז' לייצר רמות נמוכות של תחמוצות חנקן, ובתהליך הבעירה כמעט לא נוצר פיח, אולם רמות הפליטה של פחממנים (HC) ופחמן חד חמצני (CO) עדיין גבוהות למדי.

אלא שאת מה שעובד כל כך יפה בתיאוריה ממש לא קל ליישם במציאות. בין הבעיות שאיתן צריכים מפתחי טכנולוגיית ה'בנדיז' להתמודד בולטת ראשית לכל האפשרות להתניע מנוע קר (כמו במנועי דיזל), וכן בלאי מוגבר של המנוע אשר עלול להיגרם בגלל לחץ הדחיסה והחום הגבוה שנדרשים להצתת התערובת. בנוסף, בעוד שבמנועי בנזין נשלט מועד הבערת הדלק באמצעות מערכת ההצתה, ובמנועי דיזל באמצעות מערכת ההזרקה – במנוע בנדיז קשה יותר לשלוט ולתזמן את רגע הפיצוץ – מה שמגביל את גמישות התכנון של עקומת הכח.

כדי להשיג את הטוב משני העולמות מתאמצים המהנדסים לשלוט במספר רב של פרמטרים, בהם שינוי יחס הדחיסה, טמפרטורת התערובת, תזמון השסתומים, יחס התערובת (דלק/אוויר), לחץ דחיסת התערובת ועוד, מפני שכל אחד מאלה משנה את הנקודה המדויקת שבה תתרחש הצתת הדלק.

דוד נגד גוליית

מאזדה, יצרנית רכב קטנה ביחס לענקיות התעשייה, נחשבת לאחת החברות המעניינות מבחינת המורשת הטכנולוגית שלה – והיחידה שהתעקשה לשמר במשך עשרות שנים את הגחלת של המנוע הרוטורי ('ואנקל') – עוד "גביע קדוש" של "מנוע אידאלי".

העובדה שמאזדה עובדת על פיתוח טכנולוגיית הצתת דחיסה הומוגנית פורסמה כבר בשנת 2014, כמו גם העובדה שמנוע כזה יפעל עם לחץ דחיסה גבוה מאד של 1:18.
עם זאת, היות שלא הוצב תאריך יעד להשקת מנוע כזה לא היה בידיעה הזאת הרבה "בשר" – בעיקר לנוכח העובדה שגם ספקיות החלקים הענקיות 'בוש' ו'דלפיי', וגם יצרניות הרכב מרצדס, פולקסווגן, ג'נרל מוטורס, הונדה ויונדאי, הכריזו הכרזות דומות בין השנים 2005 ל-2011.

בעוד כשנה נוכל אולי לגלות את הפטנטים של מאזדה, וכיצד הצליחו המהנדסים שלה לנצח על התזמורת המאד מורכבת של כל המשתנים הדרושים לפעולה סדירה של מנוע 'בנדיז'.

אם אכן יושק מנוע כזה בדור הבא של מאזדה 3 היא צפויה להיות המכונית הקומפקטית החסכונית ביותר בדלק – בהפרש ניכר – מכל מתחרותיה, ובהן גם מכוניות היברידיות.