מערכות סיכה במנועי בוכנה

 

 

פעולה תקינה לאורך זמן של מנועי מטוסים מושתת על תקינות ודיוק מערכת הסיכה שלהם. בכל האמצעים שנוסו בעולם התעופה עד כה, נמצא שהשמן הינו חומר הסיכה היעיל ביותר למנועי בוכנה.

לשמן הסיכה ארבעה תפקידים בפעולת המנוע:
•    הקטנת החיכוך בין חלקים נעים
•    קירור חלקים שונים
•    איטום תאי השריפה בצילינדרים
•    ניקוי המנוע מבפנים

התכונות העיקריות הרצויות לשמני המנועים הינן:

•    צמיגות מספקת – הצמיגות מציינת את החיכוך הפנימי הנוזלי של השמן, או במילים אחרות – התנגדותו לזרימה. צמיגות מספקת צריכה להבטיח חלוקה טובה של שמן לחלקים הזקוקים לשימון ואשר עליהם לעמוד בפני הלחצים בשטחים שונים, שביניהם שכבת שמן, בכל תחום הטמפרטורות של עבודת המנוע.

•    סימון הצמיגות – ספרת הצמיגות של נוזל היא מספר המבטא את מידת שינוי הצמיגות עם שינוי הטמפרטורה, ככל שספרת הצמיגות גבוהה יותר, מופחתת הצמיגות עם עליית הטמפרטורה. כדי להבטיח שמירה על טיב פעולת המנוע בשינויי טמפרטורות אטמוספיריות בתחום רחב, יש צורך בשמן שצמיגותו משתנה במידה מינימלית עם שינויים בטמפרטורה.

•    נקודת התקלחות גבוהה – נקודת ההתלקחות קובעת את הטמפרטורה, אשר בה שמן סיכה חם יייצור מספיק אדים, כדי שתתהווה תערובת מתלקחת בשטח פני השמן. נקודת התלקחות גבוהה מבטיחה הגנה יותר טובה לדפנות הצילינדר והבוכנה, הפועלים בטמפרטורות גבוהות, ומקטינות את תצרוכת השמן בעבודה ממושכת של המנוע.

•    יציבות כימית – שמן טוב צריך להיות בעל דרגה גבוהה של יציבות כימית, כדי שיוכל לעמוד בפני ההשפעה של טמפרטורות גבוהות, רטיבות וחומציות, העלולות לעתים קרובות להימצא בבית הארכובה: אחרת יווצר משקע בלתי רצוי על חלקי המנוע.

•    נקודת נזילות נמוכה – נקודת הנזילות היא הטמפרטורה הנמוכה ביותר אשר בה השמן יהיה נוזלי. לשמן סיכה של מנוע דרושה נקודת נזילות נמוכה כדי להבטיח זרימה וחלוקה מיידית של שמן במנוע בשעת ההתנעה בטמפרטורות נמוכות.

אחת הסיבות שבעטיין משתמשים בחומרי סיכה נוזליים הינה יעילותם בהעברת החום מהמנוע, משום שאפשר להזרימם בנקל דרך המעברים הצרים במנוע באמצעות משאבה או ע"י התזה. כתוצאה מפעולת המנוע, חום השריפה מועבר לגוף הצילינדרים ולבוכנות. לפיכך מערכות הסיכה של המנועים מתוכננות כדי הששמן ייזרק כלפי המשטחים הפנימיים של דפנות הצילינדרים, לחלקם התחתון של ראשי הבוכנות וכן למשטחי שרוולי הבוכנות. בפעולת שימון פנימית זו נספגת כ-10% מכמות החום שנוצרת בשריפה. כמות שמן בלתי מספקת או טמפרטורה גבוהה של השמן, יכולות לגרום לדטונציה המביאה בעקבותיה נזק לחלקי המנוע.

במנוע ישנם חלקים רבים הנמצאים בתנועה. לאחדים מהם תנועה הולכת וחוזרת, ולאחדים – תנועה סיבובית. בלי התחשבות בסוג התנועה, לכל חלק נע יש מוביל שלו, המחזיק אותו במצב המסוים בשעת התנועה. המגע בין השטחים הנעים זה על גבי זה יוצר חיכוך המצריך אנרגיה. האנרגיה,  המושקעת כדי להתגבר על החיכוך, נהפכת לחום בלתי רצוי ומקטינה את ההספק המועיל של המנוע. נוסף לכך, גורם החיכוך בין חלקי המתכת הנעים זה על גבי זה להשתחקות החלקים. שמן הסיכה הנמצא בשכבה דקה בין השטחים הנעים מקטין את השחיקה ואת הפסד ההספק עקב החיכוך במנוע.

לכל החלקים, שעליהם פועל לחץ גדול ושבהם שטחי המגע נעים במהירות גדולה זה על גבי זה (כגון מיסבים וגלגלי שיניים), דרושה כמות שמן גדולה לשם קירור. הלחץ על הגזים הבוערים והשרופים בתאי השריפה של מנועי מטוסים הוא גבוה ומגיע לעיתים ל- PSI 1,200. לחץ זה פועל גם על טבעות הלחץ של הבוכנות ודוף אותן כלפי חוץ, נגד דפנות הצילידר וגם כלפי מטה (ראה איור ממס' 1).

 

 

 

 

 

כפי שמוצג באיור, על טבעת הלחץ העליונה, הקרובה למוקד שריפת הגזים, פועל הלחץ הרב ביותר והוא מגיע לכדי PSI 1,000. על הטבעות שמתחתיה פועל לחץ מופחת  יותר, כפי שמוצג באיור מס' 2. הטבעת האחרונה צריכה למנוע כל מעבר של גזי השריפה, אחרת ייגרם הפסד דחיסה והבתאם לכך – הפסד בהספק המועיל.

 

 

 

חרף כל הטכניקות החדשות הקשורות למבנה טבעות הבוכנה ולחומרים החדשים הנמצאים בניסוי, אין אפשרות לבצע אטימה מוחלטת בצילינדר. מכאן חשיבותו של שמן הסיכה במילוי הרווחים הקטנטנים שנוצרים בין טבעות הבוכנה לבין דופן הצילינדר, ובכך מושגת אטימה יעילה ודחיסה מיטבית.

מעבר של גזי השריפה בין הטבעות ודופן הצילינדר גורם לעליית לחץ בבית הארכובה ולדרישת כמות גדולה יותר של שמן ואדי שמן ובכך, גדלה תצרוכת השמן. גזי השריפה, החודרים לבית הארכובה, מלכלכים את את השמן מהר מהרגיל בכך שהם מעבירים חתיכות פחם מתאי השריפה וטטרה-אטיל-עופרת – מהדלק.

אטימה לקויה יכולה להווצר בין השאר עקב הסיבות הבאות:

•    בלאי החלקים, כגון: דפנות הצילינדר, בוכנה וטבעות הבוכנה.
•    טמפרטורה גבוהה מדי של המנוע, הגורמת להקטנת צמיגות השמן (או שימוש בשמן בעל צמיגות לא נכונה).
•    מספר סיבובים גדול מדי של המנוע, הגורם לכך, שטבעות הבוכנה אינן נלחצות דיין אל דפנות הצילינדר, כפי שזה מתרחש בסל"ד נמוך.

כפי שצויין קודם לכן, לשמן תפקיד נוסף והוא, לנקות את המנוע מבפנים.

השמן, בהיותו כל הזמן במחזור זרימה במערכת הסיכה של המנוע, סופג לתוכו לכלוך, פחם, חלקיקי מתכת ושאריות כבדות של דלק. כדי להוציא את כל החלקיקים במוצגים מהשמן בזמן זרימתו במחזור, נקבעים במערכת הסיכה מסנני שמן מיוחדים.

כאן המקום לציין את חשיבות החלפת המסננים במועדים שקבע היצרן. דחייה בהחחלפת מסנן עלולה לגרום לאובדן המנוע.

הצטברות של גופים מוצקים בתוך השמן עלולה לגרום נזק לחלקי המנוע ולסתימת מעברי השמן הצרים. זו היא אחת הסיבות שבגללן מערכת הסיכה מרוקנת כולה אחרי תקופות קבועות וממולאות בשמן חדש.