גידול שיניים וצרות אחרות – א'

 כמה יפה זה נראה בסרטים. תוך 45 דקות הופכים "מצילי המכוניות" גרוטאה חלודה ומתפוררת לנזר הבריאה, וחמש דקות לאחר שהכריזו (ודווקא בתום לילה ללא שינה) כי השיפוץ הסתיים והכל מושלם – כבר יוצאים הבעלים המאושר וזוגתו לנסיעה חלקה לקראת הזריחה.

כך זה גם אצל "השיפוצניקים" וכך ב"מהירות ורועשות" ואצל כל קרוביהם וידידיהם. הכל דופק כמו שעון. כן, כך זה אצל כולם – ורק אצלי לא. אצל כולם כן ואצלי לא. אצלי תמיד מתגלות מחלות ילדות במכונית שזה עתה הסתיים שיפוצה.

המנוע נבדק בשלבים מוקדמים של השיפוץ באמצעות מערכת חשמל זמניתוהוכרז כתקין, אם כי לא מושלם: תקין ושחוק. כמו מורה וותיק.

לפני שהסתיימה הצביעה אי־אפשר היה להתקין את מערכת החשמל הקבועה במלואה. כשהתקרבה זו לסיומה, וכשרק אפשר היה, מיהרתי להתקין אותה.

אחד הראשונים שהותקנו היה סליל ההצתה:

Cheap purchase at an auto jumble turned to be a 1 ohm coil – not suitable for points ignition

ΩΩ

 

סליל נאה, חדש, קניתי אותו כ"מציאה" בביולי, ללא שום מידע עליו.

The car had started in a touch; but for how long?

המכונית התניעה ללא בעיות, בנגיעה.

אבל לאחר מעשה התעורר ספק בליבי: איזה מין סליל זה בכלל? האם הוא מתאים למנתק המגעים (contact breaker) הקשיש שלי, זה הקרוי בפי העם "הפלטינות"?

כי זאת לדעת: מערכות הצתה ברכב מודרני הן אלקטרוניות, ושונות ממערכות ההצתה הפרה־היסטוריות, האלקטרו־מכניות, שיוצרו ע"י חברת לוקס, ע"ה, והיו בשימוש בטורר ובאחיותיו הזקנות. כתוצאה מכך סליל הצתה גלילי חדיש מטיפוס "קופסת שימורים" יכול להיות שונה מאד "בפנימיותו" מאחיו הישן, הדומה לו חיצונית.

מדידה מהירה במד התנגדות אישרה את חשדי: התנגדות הסליל הראשוני היתה 1 אוהם בלבד. בסליל ההצתה שהגיע עם המכונית היתה ההתנגדות 4.5 אוהם, ואלו הבדלים גדולים מדי משאפשר היה להתעלם מהם.

*

הבה ניזכר במבנה ובעקרונות הפעולה של סליל זה.

הסליל (coil באנגלית [מבטאים ‘קויל’], ומשובש לעיתים ל"כוהל" ואוי לאזניים שכך שומעות) עשוי בעצם מזוג סלילים בעלי ליבת ברזל משותפת, המלופפים זה על גבי זה. צורת ליפוף זו, והמצאות ליבת הברזל בקרבם גורמת לכך שהם חולקים את השדה המגנטי שיוצר זרם הזורם באחד מהם. הסליל הנקרא ראשוני, מלופף מחוט נחושת עבה ומספר ליפופיו נמוך. השני, הנקרא משני, מלופף מחוט נחושת דק ומספר ליפופיו רב. היחס בין המספרים הללו נקרא "יחס הליפופים". הקשר בין מתח וזרם בסליל הוא:

V=-L∆I/∆t

V הוא המתח, ΔI הוא השינוי בזרם, ו ΔT הוא פרק הזמן בו התחולל השינוי בזרם. שימו לב שכשהזרם ישר, כלומר אין בו שינויים (ΔI/ΔT=0) גם המתח המתפתח על הסליל הוא אפס, ולהפך: אם יש מתח קבוע על סליל, הזרם ילך ויגדל בו בהתמדה:

Current-time relationship in an ideal coil

את ההשראות מודדים בהנרי, את הזרם באמפר ואת המתח בוולט – לזכר חלוצי חקר החשמל.

הזרמת זרם בסליל מעניקה אנרגיה לשדה המגנטי שלו והיא גדלה מתכונתית להשראות וריבועית לזרם:

E=½LI²

מערכת ההצתה של הטורר כוללת מצבר וזוג מגעים – וביניהם מחובר הסליל הראשוני של סליל ההצתה. המגעים מופעלים על ידי גל הזיזים כאשר רוב הזמן הם במגע, והם נפתחים לזמן קצר בדיוק ברגע בו זקוקים לניצוץ (תערובת הדלקאוויר מתקרבת לדחיסה מירבית). פתיחת המגעים מפסיקה את הזרם דרך הסליל, דהינו גורמת לשינוי חד בו, ומהקשר שלמעלה נובע כי על הסליל יתפתח מתח גבוה. על הסליל המשני יוכפל מתח זה לפי יחס הליפופים. הדוגמה הבאה תמחיש את מהלך הדברים:

נניח סליל ראשוני בעל השראות 5 מיליהנרי, מצבר בן 12 וולט, מנוע ארבעה טקטים, בן ארבעה צילינדרים המסתובב במהירות 600 סל"ד.

מספר פתיחות המגעים הוא 1200 בדקה או 20 בשניה, ולכן משך הזמן בו מחובר הסליל למתח הוא לכל היותר 50 מילישניה. בזמן זה יגיע הזרם בסליל לערך הבא:

I=-∆t V/L

במקרה שלנו t = 0.05 ∆ V=12 L=0.005∆ ולכן הזרם יגיע לערך 120 אמפר – זרם מאד גדול.

במציאות יהיה הזרם קטן בהרבה וזאת משום שלמוליך ממנו עשוי הליפוף יש התנגדות לזרם. התנגדות זו גדולה יותר ככל שהמוליך ארוך יותר וקוטרו קטן יותר.

כידוע לכל מי שעסק אי פעם בסלילי הצתה בתצורת "פחיות שימורים" ממדיהם קבועים פחות או יותר, ומכאן שהמקום אותו יכול לתפוס הסליל הראשוני קבוע גם הוא. מכאן שאם נשתמש בחוט בקוטר גדול נקבל סליל בעל מספר ליפופים קטן והתנגדות קטנה – ואם נשתמש בחוט בקוטר קטן יותר יכיל הסליל יותר ליפופים והתנגדותו תהיה גדולה יותר. התנגדות הסליל הראשוני קובעת את הזרם המירבי שיזרום בסליל במתח נתון:

I(max)=V/R

כאשר R היא ההתנגדות. הזמן שלוקח לזרם לגדול עד כ 2/3 מערכו המירבי נתון על ידי היחס L/R. ועד 99% מערכו המירבי – 5L/R. ככל שההתנגדות גדולה יותר הזרם יגיע מהר יותר לערך זה – אבל הזרם עצמו יהיה קטן יותר.

נחזור לדוגמה שלנו, והפעם נניח שהתנגדות הסליל היא 3 אוהם – ערך מקובל ונפוץ לסלילי הצתה. עתה יהיה הזרם המירבי האפשרי 12/3=4 אמפר, והזמן הדרוש להגיע לזרם זה

5X0.005/3=8.3 מילישניות

בסל"ד שצויין למעלה – 600 – זמן זה עומד לרשותנו. מה קורה כאשר המגעים נפתחים? אם היו נפתחים בבת אחת, כלומר באפס זמן, היה מתפתח על הסליל מתח אינסופי (הזמן נמצא במכנה ואפס במכנה פירושו אין סוף). במציאות נמשכת הפתיחה זמן כלשהו, בסביבות 5 מיקרושניות. אנו מקבלים:

V=0.005X4/0.00005=400 וולט

אם יחס הליפופים בין הראשוני למשני הוא 1:100 יופיעו עתה בין הדקי הסליל המשני 40000 וולט – מתח המספיק ליצור ניצוץ בריא שיפוצץ את התערובת הדחוסה בצילינדר. האנרגיה האגורה בשדה המגנטי תהיה 0.005X16/2= 40 מיליג’אול. גם המתח הנ"ל וגם האנרגיה הזו – שתימסר לניצוץ – מספיקים כדי לפוצץ תערובת עשירה ודחוסה מאד.

מה קורה כשהסל"ד גדל? נניח, 6000 סל"ד, ערך סביר במנועים מודרניים? – עתה ירד הזמן המירבי לבניית זרם ל 5 מילישניות . הזרם ירד ל 2/3 מערכו הקודם, ואיתו מתח הניצוץ שיפול  לכ 26000 וולט. האנרגיה תרד ל 4/9 מערכה המירבי לכ 18 מיליג’אול בלבד. במנועים בני 6, 8 ויותר צילינדרים הירידה תהיה חמורה עוד יותר: במנועי 8 צילינדרים, למשל, 6000 סל"ד, הזמן בין ניצוץ לניצוץ הוא 2.5 מילישניות בלבד, המתח שיפיק סליל ההצתה שבדוגמה ירד ל13000 וולט והאנרגיה ל 9 מיליג’אול מסכנים. סיכוי רב שהמנוע יזייף.

מה עושים כדי להתגבר על בעיות אלה, ואיך כל זה קשור לטורר אפור אחד, ומחלות הילדות שלו? – על כך בפעם הבאה.

הפרק הבא NEXT

הפרק הקודם PREV