האם מנוע ללא גלי זיזים יציל את הבעירה הפנימית?

מספר חברות טכנולוגיה מתמודדות על "הגביע הקדוש": מערכת תזמון שסתומים נשלטת מחשב שלא זקוקה לגלי זיזים

0

שנת 2018 הייתה השנה הקשה ביותר עבור מנוע הבעירה הפנימית מאז המצאתו, לפני כ-200 שנים. האיחוד האירופאי החמיר מאד את תקנות זיהום האוויר ומדינות רבות בעולם קבעו לעצמן יעדים ברורים למעבר להנעה אלטרנטיבית, וכל הסימנים מצביעים על-כך ששריפת בנזין וסולר כדי להזיז אותנו ממקום למקום הופכת פחות ופחות פופולרית.

 

 

הרבה מאד חברות וארגונים מנהלים קרבות מאסף ומתאמצים לפתח טכנולוגיות שיאריכו את חיי המנוע המוכר לנו, ומבין אלה פרסמנו כאן לא מעט מידע אודות שלושה כיוונים מרכזיים בתחום זה. מאזדה, אשר מעולם לא התייאשה מן המנוע הרוטורי שלה, התקדמה הלאה כאשר השיקה השנה את מנוע ה'בנדיז' שמשלב בין התכונות של מנועי בנזין ודיזל. הוגו טור, ממציא ישראלי, ממשיך לפתח מנוע בעירה חיצונית שמנסה לעקוף מגבלות תרמודינמיות של מנועי בעירה פנימית, וחברת קנינגזג (Koenigsegg) השבדית עובדת עם יצרנית הרכב הסינית 'קורוס' על מנוע ללא גלי זיזים.

רעיון ההפעלה של שסתומים במנוע באמצעות מנועים חשמליים קטנים, נשלטי מחשב, במקום באמצעות גלי זיזים מכאניים אינו חדש – ב.מ.וו. ניסתה להשיג את "הגביע הקדוש" הזה ללא הצלחה כבר לפני יותר מ-15 שנים, ומאז שנת 2014 הצטרפה למרוץ הזה חברת הנדסה ביריטית מן העיר קיימברידג', ששמה קאמקון אוטומטיב (Camcon Automotive).
חברה זאת הודיעה לאחרונה על פריצת דרך טכנולוגית, וזאת לאחר שכבר לפני יותר משנה היא הציגה מנוע אב-טיפוס שמבוסס על מנוע הטורבו-בנזין של יגואר – לנד-רובר מסדרת Ingenium עם שסתומי יניקה שמופעלים חשמלית. נכון להיום, כך טוענים הבריטים, יש להם אב-טיפוס של מנוע שעבר כבר אלפי שעות עבודה במעבדה, ובו פועלים גם שסתומי יניקה וגם שסתומי פליטה ללא גלי זיזים. במקום זאת, כל שסתום מופעל עצמאית באמצעות מנוע חשמלי שנשלט על-ידי מערכת ממוחשבת. החברה קוראת לטכנולוגיה שלה Intelligent Valve Actuation, או בראשי תבות – IVA, ומדגישה את השליטה המדויקת של המחשב בפעולת כל אחד מן השסתומים.

היתרונות החשובים, כמובן, הם יעילות אנרגנטית משופרת מאד לפעולת המנוע, גם בזכות התנעות קלות יותר ובעיקר בזכות שליטה טובה יותר בפעולת המנוע במצבי הנהיגה המשתנים – החל מפעולה אופטימלית בעומס מלא, דרך יכולת לעבור במהירות עצומה בין המצבים המשתנים, וכלה בנצילות מרבית במצבי עומס מינימלי על המנוע – וכל זה מתורגם כמובן לתצרוכת דלק ופליטות מזהמים נמוכות יותר.
מערכת IVA "יודעת" בכל רגע נתון מה מצבו של כל שסתום ומה דרישות העומס מן המנוע, ובאמצעות שליטה מהירה ומאד מדויקת בפעולת כל שסתום היא יכולה לא רק לתזמן את הפתיחה והסגירה שלו מהר יותר, ובאופן מדויק יותר, מכל מערכת גלי זיזים (כולל מערכת עם תזמון משתנה) אלא גם לשלוט במהירות הפתיחה, משך הפתיחה, אורך מהלך השסתום, ואפילו – תחזיקו חזק – לתזמן יותר ממהלך פתיחה וסגירה אחד בכל מחזור של הצילינדר.
תזמון מדויק וחכם כזה מאפשר למערכת לתזמן את השסתומים בשיטת "מחזור מילר" ('אטקינסון') החסכונית בדלק, ולעבור בתוך שבריר שניה ממצב של עומס מלא לסרק, ולהיפך, לדומם חלק מן הצילינדרים בעת מצב סרק או להפעיל אותם במהירות, הכל לפי הצורך.

 

לטענת אנשי קאמקון אוטומוטיב הם כבר הוכיחו את יציבות המערכת שלהם ואת היכולות שלה בניסויי המעבדה, והם ממתינים כעת ליצרנית הרכב הראשונה שתאמץ את הטכנולוגיה שלהם למנוע בנזין קונבנציונלי או למערכת היברידית.
לדבריהם, אחד היתרונות של מפעילי השסתומים שלהם הוא שהם לא צורכים הרבה אנרגיה ויכולים להסתמך על מערכות החשמל הקונבנצינליות בכלי רכב כיום, במתח של 12 וולט, ולא זקוקים לכמות חשמל גדולה שתצריך שימוש במערכות 36 או 48 וולט. שימוש בשסתומי יניקה בלבד על המנוע של יגואר – לנד-רובר צמצם את תצרוכת הדלק שלו ב-7.5%, וזה עוד בדור הקודם של הטכנולוגיה שלהם שפעל היטב עד למהירויות מנוע של 6,000 סל"ד עם מהירות תגובה של 7 מילישניות. כעת, כך הם מבטיחים, הם כבר שולטים היטב בפתיחת וסגירת שסתומי פליטה ויניקה במהירויות מנוע של 6,750 סל"ד, ומשך הפתיחה והסגירה של שסתום אורך כעת 5.5 מילישניות בלבד.

בנוסף, על הדינמומטר שלהם ממוקם כבר מנוע עם 16 שסתומים שעובר ניסויים מתקדמים, והם הצליחו להקטין עוד יותר את הגודל הפיזי ואת המשקל של כל אחד מן השסתומים שלהם. לדבריהם, הגמישות הרבה של תזמון שסתומים תאפשר ליצרניות הרכב להתקין על המנועים מתנעים ('סטרטר') קטנים וקלים יותר, והפעולה השקטה של השסתומים מפחיתה את כמות הרעש שמייצר המנוע.

 

יהיה מעניין לגלות מי תהיה יצרנית הרכב הראשונה, אחרי קורוס הסינית, שתציג מנוע בעירה פנימית עם תזמון שסתומים ללא גלי זיזים, אבל הרבה יותר מעניין יהיה לגלות אם הרעיון עבר משלב הקונספט לייצור מסחרי – ומי תהיינה הנפשות הפועלות בזירה זאת.