מנוע 3 הפעימות של דני אליקים

מאת: גיא בן ברק (פורסם לראשונה ב"מוטו", 2005) [מוטו]

מנוﬠ הבﬠירה הפנימית הומצא בתחילת המאה ה-19, ובשנות ה-60 של אותה מאה מופלאה שוכלל המנוﬠ ﬠ"י מהנדסים בצרפת וגרמניה (כולל קרל בנץ, מייסד מרצדס) לרמה שאפשרה לו להניﬠ כלי-רכב. בניגוד לדיﬠה הרווחת, המנוﬠ הראשון היה דווקא מסוג שתי-פﬠימות, כש׳׳רק׳׳ ב-1876 פיתחו ניקולאס אוטו ודיימלר גוטליב את מנוﬠ הארבﬠ פﬠימות. ב-1885 נולדו הן המכונית הראשונה ﬠם מנוע ארבﬠ-פעימות ו… האופנוﬠ הראשון. ב-120 השנה שחלפו מאז התקדמה הטכנולוגיה האנושית הקולקטיבית לביקוע האטום, פיצוח הגנום וכיבוש הירח, אולם מנוﬠ הבﬠירה הפנימית ﬠל שתי גרסאותיו השתנה ﬠקרונית מﬠט מאוד: תערובת של פחממנים (אטומי פחמן ומימן קשורים למולקולות אנרגטיות) והחמצן שבאוויר, נשאבת לצילינדר, מוצתת ﬠ"י ניצוץ או לחץ, הגזים המתפשטים יוצרים לחץ ﬠל בוכנה ובכך גורמים לירידתה; הבוכנה דוחפת באמצﬠות טלטל את גל הארכובה ההופך את התנועה הקווית לתנועה סיבובית ומשם הדרך להנעת הגלגלים קצרה.

הסיבה שבכל השנים שחלפו עדיין קיימים שני סוגי מנועים היא, שלכל אחד מהם יתרונות מובהקים שאין לסוג האחר, וכמובן אם יתרונות אז גם חסרונות. למנוﬠ שתי-פﬠימות, המייצר מכת כוח כל סיבוב אחד של גל הארכובה, יתרון בכוח ביחס לנפח ﬠל מנוﬠ ארבﬠ-פﬠימות המייצר מכת כוח רק כל שני סיבובים של גל הארכובה, וגם יש לו פחות חלקים נﬠים מה שמאפשר ירידה במשקל המנוע וכתוצאה מכך במשקל האופנוﬠ. לﬠומת זאת מנוע ארבﬠ פﬠימות יﬠיל יותר בניצול התﬠרובת, בﬠל רצוﬠת־כוח רחבה ושמישה יותר, ידידותי יותר לשימוש ופחות מתפרץ, ומזהם פחות את האוויר.

אז אם לכל סוג מנוﬠ יש את היתרונות שלו, מדוﬠ לא לשלב אותם למנוﬠ־ﬠל, תוך הקטנה משמﬠותית של החסרונות בכל סוג? – אכן נﬠשו במהלך ההיסטוריה ניסיונות לשלב את שני הסוגים, הידוﬠ בהם הוא כמובן מנוﬠ הוואנקל מ-1929, אך אלה לא צלחו. מה שבטוח שניסיון כמו שתראו כאן לא נﬠשה מﬠולם: דני אליקים, בעל מוסך 'מוטוריקה' בהוד השרון והנדסאי רכב, פיתח לפני כ-18 שנה מנוﬠ המשלב את הטוב שבשני סוגי המנוﬠים, וכאילו זה לא מספיק גם פיתח טלטל מהפכני הפוﬠל בקו ישר בלבד וחוסך את אפקט המטוטלת המהווה חיסרון בכל מנוﬠ.

רשות הדיבור לממציא – דני אליקים.

למה ומדוע

"הגיﬠ הזמן שהמבנה הסטנדרטי של המנועים, של הפורמה שקיימת כל כך הרבה שנים, תשתנה. יש המון המון שכלולים ושיפורים לאורך השנים אבל המבנה הסטנדרטי נשאר אותו דבר, לא חל שינוי  מהותי. לכל מנוﬠ יש את היתרונות המהותיים ואת החסרונות. אני חשבתי לבנות בן-כלאיים שייקח את היתרונות של שני סוגי המנוﬠים ויוריד את החסרונות כך שנקבל מנוﬠ אחד אולטימטיבי שיש לו כמה שיותר יתרונות ופחות חסרונות. אם זה לנצל את ההספק הגדול פר סמ׳׳ק של מנוﬠ שתי-פﬠימות, ולשלב זאת ﬠם הניצולת היותר גבוהה מהתערובת של מנוﬠ ארבﬠ פﬠימות, פחות זיהום אוויר, ואמינות.

"המטרה שלי הייתה ליצור מנוﬠ שתי פﬠימות נקי ממזהמים, פליטה כמה שיותר נקייה ודומה מאוד למנוע ארבﬠ-פﬠימות. מנוﬠ שעובד בשימון ﬠצמי ולא תﬠרובת דלק ושמן שנשרפת ומזהמת. בנוסף, וזה בﬠצם ﬠיקר העניין, שהוא יבצע מהלך כוח בכל סיבוב אחד של גל הארכובה ולא כל שני סיבובים כמו בארבﬠ פﬠימות. כך אנחנו מקבלים הספק תיאורטי כפול ממנוﬠ ארבﬠ פﬠימות באותו נפח".

"למנוﬠ שתי-פﬠימות יש בעיה של מילוי נפחי. הוא לא יונק באותה עוצמה כמו מנוﬠ ארבﬠ-פﬠימות, הלחצים שלו ירודים. כאשר הבוכנה ﬠולה ובכך מגדילה את הנפח בבית גל הארכובה, לחץ השאיבה שנוצר הוא קטן, וזאת בגלל ההפרש הנפחי בין התחלת היניקה בנפח המינימלי לבין המקסימלי. במקביל, כאשר הבוכנה יורדת בשתי-פﬠימות, הלחץ של הדלק והאוויר הﬠוברים לצילינדר הוא קטן יותר מאשר בארבע. וכמובן יש את החיסרון הבולט של השתי פﬠימות בכל הקשור לבריחת התﬠרובת מתﬠלות ההדחה של הדלק למﬠבר הפליטה. וגם, הפורטים מורידים מיחס הדחיסה של המנוﬠ, מה שמתבטא באבדן כוח".

"וזה דבר שלא קיים במנוﬠ שלי. במנוﬠ שלי ﬠצמת היניקה זהה לארבﬠ פﬠימות, ﬠצמת הדחיסה זהה לארבﬠ פﬠימות, המנוﬠ שאני פיתחתי הוא מקביל בהספק לארבﬠ פﬠימות הכפול בנפח ובמספר הצילינדרים שלו. לדוגמא, אם בנינו מנוﬠ 500 סמ"ק שני צילינדרים מהתכנון שלי – הוא מקביל לארבﬠ-צילינדרי בנפח 1,000 סמ"ק".

"המנוﬠ הזה נולד מבחינה רﬠיונית באמצﬠ 2000 אז ישבתי על התכניות והוצאתי אותן לפוﬠל אחרי משהו כמו חודשיים. אז זה ﬠבר לייצור שגם הוא נמשך כחודשיים. תכל'ס המנוﬠ ﬠמד והנﬠתי אותו בתחילת 2001. הוא עבד כמה שﬠות טובות ואפילו היה מחובר לדינמומטר שייצרנו במקום".

מבנה

"הפלטפורמה החיצונית היא מנוﬠ CH250 אבל כמובן שהיינו צריכים לשנות את הכל, מרמת הקייסים ﬠד לצילינדרים, ראש מנוﬠ, גל זיזים (כי יחסי ההﬠברה לגל הארכובה שונים), בוכנה, טלטל, גל ארכובה – הכל ייצרנו לבד. מה שנשאר מהמנוﬠ המקורי הוא הקייס עצמו, כי חסכתי ייצור של משאבת שמן ומשאבת מים.

"עיקר השוני במנוﬠ הזה, מה שלא קיים בשום מנוע אחר עד היום היא המרת התנועה מקווית לסיבובית. הוא מאפשר לי להגיע לתנועה קווית אמיתית ולא תנוﬠת מטוטלת כמו שיש בגל ארכובה רגיל, שמתורגמת ﬠם הטלטל וגל הארכובה לתנוﬠה קווית ובכך יוצרת ﬠומסים על הטלטל והבוכנה, מה שמגביל בין היתר את הסל"ד ואיתו את ההספק המרבי. התנועה הקווית האמיתית שייצרתי ﬠם גל הארכובה הזה, מאפשרת לי לאטום לחלוטין את החלק התחתון של הצילינדר ולמﬠשה מתקבלים לי שני צילינדרים אטומים לגמרי – מעל ומתחת לבוכנה. כך גם אני משמן את כל המסבים, החלקה או כדוריים, והם מקבלים סיכה אמיתית כמו מנוﬠ ארבﬠ פﬠימות, כלומר בלחץ ﬠ"י משאבת שמן. החלק הﬠליון כלל לא זקוק לשמן, הבוכנה לא נתמכת בצילינדר ואין לה חצאית בוכנה שאמורה למרכז אותה בצילינדר. למען האמת בין הבוכנה לצילינדר יש מרווח מסוים, הבוכנה לא נוגעת בצילינדר ולא צריכה שימון. באשר לרינגים, כיום מקדמי החיכוך של טבעות הדחיסה נמוכים מאוד ויש להם תכונות של שימון עצמי.

כפול הספק מנפח נתון

"אנחנו יודעים היום שבמנועי ארבע פעימות מתבצע מחזור עבודה מושלם, דהיינו מהלך עבודה יעיל, בכל 720 מעלות, כל שני סיבובים של גל הארכובה. המנוע שאני יצרתי מייצר כוח כל 360 מעלות, כלומר כל סיבוב אחד. מנוע ארבע-פעימות עובד סיבוב וחצי כדי לקבל חצי סיבוב כוח, ניצול של 25% בלבד מסך הסיבובים שהוא עושה. זו הסיבה שאפילו במנועים מודרניים חדישים, הניצול שלהם של הדלק הוא בערך 33% בלבד, כלומר זה מקסימום האנרגיה שהם מסוגלים להפיק מהפחממנים והחמצן ביחס לאנרגיה הפוטנציאלית שקיימת בתערובת. מנועי שתי פעימות, למרות שהם מוציאים יותר הספק מהנפח, עדיין מנצלים פחות מהדלק מהסיבות שפורטו קודם, בעיקר כי הרבה תערובת טרייה הולכת לאיבוד דרך פורט הפליטה, כך שמדובר רק ב-18% עד 20%. במנוע שלי אין בעיה של בריחת תערובת טרייה. שסתום הפליטה אצלי הוא כמו במנוע ארבע פעימות רגיל, כלומר בראש הצילינדר, כאשר מעבר התערובת מהחלק התחתון לעליון מתבצע דרך שסתום קפיצי חד־כיווני שנמצא בראש הבוכנה; בהפרש לחצים מסוים לטובת החלק התחתון נפתח השסתום ומאפשר מעבר  תערובת מהחלק התחתון לעליון וממלא את הצילינדר. השסתום מתוזמן להפתח 30 מעלות לפני נקודה מתה תחתונה, לאחר שרוב הגזים פונו דרך שסתום הפליטה המרוחק, והלחץ בחלק התחתון של הצילינדר גבוה מאשר בחלק העליון. אמנם יש חפיפת שסתומים, כלומר תערובת טרייה ממלאת את חלל הצילינדר בעוד שסתום הפליטה פתוח, אולם הזמן אינו משמעותי ובאמצעות תכנון מדויק של האגזוז ניתן ליצור לחץ חיובי שימנﬠ מהתערובת הטריה לברוח. ממש כפי שקיים היום במערכות הפליטה של אגזוזי שתי פעימות.

"שסתום הפליטה הנ"ל נפתח באמצעות גל זיזים מתוזמן למנוע. אני תזמנתי שהוא יפתח 30 מעלות לפני נקודה מתה תחתונה, שזה יותר דומה למנוע שתי פעימות מאשר ארבע. מי שחושש לבריחת תערובת טריה דרך שסתום הפליטה בטרם יודחו כל הגזים השרופים, צריך לזכור שהגזים נמצאים בלחץ מאוד גבוה בצילינדר וברגע שהשסתום נפתח הם שואפים לצאת, אפילו כשהבוכנה נמצאת בתנועה כלפי מטה. מעבר לזה ידוע שמהירות הגזים בפליטה יותר מהירה ממהירות הבוכנה. ההדחה שהבוכנה מבצעת אמנם עוזרת לפינוי הגזים, אך זה לא האלמנט העיקרי לפינוי הגזים שמתבצע בעיקר באמצעות האגזוז. לכן אגזוז שתי פעימות עם שני קונוסים הוא אידאלי למנוע הזה, כי הוא יוצר גל שאיבה וגל נגדי שזה דבר שיכול לעזור. על־פי התכנון התיאורטי והחישובים שעשיתי, הבריחה של התערובת הטריה דרך שסתום הפליטה במצבו הפתוח היא מינימלית וניתנת לביטול אפילו. המהירות בה הגזים יוצאים, המרחק הגדול שיש בין ראש המנוע לבוכנה בזמן ההדחה, אלה מונעים בריחה משמעותית של תערובת טריה דרך הפליטה".

גאון גאון – ומה הלאה?

המנוע שייצר דני אליקים הוא גאוני ומלהיב בכל קנה מידה כבר ברמה התיאורטית. אולם כפי שהבנתם מדבריו של הממציא, המנוע הזה הוא הרבה יותר מרעיון: המנוע עובד ועובד טוב! הנתונים שנמדדו באמצעות הדינמומטר (הביתי, שפותח גם הוא כמובן ע"י דני אליקים), הראו שגם המומנט וגם ההספק עלו משמעותית ביחס למקור, וכל זאת במימון עצמי עם אפס תקציב, מה שאומר פשרה באיכות החומרים ומנוע שלא יכול היה לשרוד מעבר לרמת המעבדה. (ואכן, בבדיקת עומס מקסימלי קרס המנוע).

עכשיו דני מוכן לשלב הבא, לייצר על בסיס המנוע המהפכני שלו מנוע שני צילינדרים, הפעם בהשקעה גדולה משמעותית שתאפשר בראש ובראשונה להשתמש בחומרים טובים יותר. ומכאן אנו פונים לכל מי שמכיר בחשיבות ובפוטנציאל המצאתו של דני אליקים, ליצור קשר ולעזור (הסכומים רחוקים מלהיות עצומים) מתוך תקווה שאולי מספר הישראלים שזכו בפרס נובל יגדל בשנים הקרובות באחד, ועוד אחד משלנו…

 

תוכלו למצוא אותו כאן: דני, מוסך מוטוריקה הוד השרון, 054-2266565