מהו וואקום ?

מה זה VACUUM ? איך משאבת דלק סונקת דלק ואיך מגבר בלם פועל ?

המשפטים השגורים בפיהם של המכונאים כאשר הם מסבירים את תפקיד משאבת הדלק או את אופן פעולתו של מגבר-הבלם ברכב הם כדלקמן :

***משאבת הדלק "שואבת/יונקת" את הדלק מהמיכל וסונקת אותו לכיוון המזרקים***

***כאשר הנהג לוחץ על דוושת הבלמים הואקום המגיע מסעפת היניקה או הנוצר במשאבת וואקום אל תא הבוסטר (תא מגבר-הבלם) "שואב" את הבוכנה של מגבר הבלם לכיוון במשאבה המרכזית ומגביר את לחץ הבלימה***

משך שנים אנוכי מלמד בקורסים שונים את תורת המנוע והרכב ובכל כיתה יש תמיד מספר גדול של תלמידים שלא יודעים להסביר באופן מדעי הכי בסיסי איך פועלת משאבת הדלק וכיצד מתרחשת סניקת הדלק מהמיכל על ידי משאבת הדלק , תמיד קבלתי הסברים ציוריים שהמשאבה "יונקת" בעזרת הוואקום את הדלק מהמיכל , הם כלל לא מזכירים את הלחץ האטמוספרי בכל התהליך הזה. אותם תלמידים לא יודעים להסביר את הפעולה הפיזיקאלית הבסיסית של אופן פעולתה של משאבה דלק או משאבת שמן של המנוע שבגינה יש לנו ספיקת דלק או שמן , הם לא יודעים איך מגבר בלם פועל.

ידוע לנו כי לחץ הוואקום המרבי שמשאבה יכולה ליצור משאיבה מוגבל ל-מינוס 1 בר במילים אחרות משאבה מסוגלת לשאוב מים עד גובה של 10 מטר,רום או עמוד מים 10 מטר שווה בדיוק ללחץ אטמוספרי של כ-1 בר , כלומר עומד של 10 מטר מים שווה ל-1 בר(ליתר דיוק ללחץ האטמוספרי) בגובה פני הים בטמפרטורה של 15 מעלות צלסיוס, במילים אחרות כושר "השאיבה" של משאבת תלוי תמיד בלחץ האטמוספרי שהוא למעשה דוחף את הנוזל "ומגיב" לכל לחץ הנמוך ממנו שהוא לחץ הוואקום שהמשאבה יוצרת על ידי הגדלת נפח , לחץ האטמוספרי תמיד שואף להביא את המערכת שיש לה הפרש פוטנציאלי בלחצים למצב של איזון . זה בדיוק דומה לתכונות המתח החשמלי שהוא הפרש פוטנציאלי .

כאשר אנוכי מלמד את נושא מגבר הבלם אני נתקל בחוסר הידע הבסיסי והמשמעות של "הפרש הלחצים". כאשר אנוכי אומר להם "שהוואקום" הוא גם "לחץ" המתנגד לתנועת בוכנת המגבר ואילו הלחץ האטמוספרי הוא זה שדוחף את הבוכנה כנגד הלחץ שהוואקום מפעיל על בוכנת כנגד הלחץ האטמוספרי , בוכנת המגבר בלם נעה בהפרש הלחצים הנוצר על פני הבוכנה משני צידיה , בלחץ הדיפרנציאלי הבוכנה נעה לכיוון שבו פועל התת-לחץ ואז נוצרת הגברת כוח הבלימה (למעשה הושגה הגברת הכוח שהנהג הפעיל ברגלו על דוושת הבלמים (כאמור כוח הדריכה של הנהג הוגבר ב- יחס מנגנון זרועות הדוושה) ,הווה אומר כוח ההגברה בבוסטר שווה לסכום הלחצים קרי הלחץ האטמוספרי פחות הלחץ של הוואקום כפול שטח הבוכנה של המגבר, לאחר ההסבר שלי בכיתה תלמיד אחד או יותר צועק/ים "סליחה הוואקום לא מתנגד לתנועת הבוכנה של הבוסטר אלא עוזר למשוך את הבוכנה בכיוון שלחץ האטמוספרי דוחף אותה כלומר שני הלחצים פועלים באותו הכיוון ולא מתנגדים זה לזה" .

אני מסביר כי הוואקום הוא גם "לחץ" הנמוך מהלחץ האטמוספרי לכן מכנים את הוואקום "תת-לחץ" ביחס ללחץ האטמוספרי והכוונה היא שהוא לחץ הנמוך בערכו מלחץ האטמוספרי , לכן גם את הוואקום מודדים ביחידות לחץ (bar , KPa ,mmHg) ואם הוואקום הוא לחץ מן הדין שיפעל נגד תנועת הבוכנה ולא "ישאב אותה" .

ההסברים "הציוריים" של הוואקום (אני מכנה אותם "דעות קדומות") מושרשים עמוק בתודעה של התלמידים ובתחילה מאוד קשה "לנקות" את אי הדיוקים ממוחם של אלה שעבורם הוואקום הוא כוח משיכה ולא כוח המתנגד לתנועה !. כאשר אנו פותרים תרגיל חישוב של כוח ההגברה של מגבר-בלם נתון הם מבינים זאת היטב ומחדירים את "ההסבר המדעי" של התנהגות הוואקום שהוא בעצם "לחץ" , ההסבר המדעי דוחק את אותם הסברים ציוריים, כך גם לגבי מושגים רבים אחרים כגון התכונה הפיזיקלית של מיעור ורתיחת נוזל שהיא תכונה הקשורה בלחץ פנים של הנוזל ובלחץ הפועל על הנוזל וגם קשורה לטמפרטורה של הנוזל , הם משתוממים לראות איך בעזרת משאבת וואקום אני גורם למים בתוך בקבוק לרתוח בטמפרטורת החדר.

זו הסיבה שנציגי איגוד המוסכים מסתובבים במוסכים לדרבן את המכונאים ללמוד ולהתפתח מקצועית, האיגוד מפיץ ושולח בפקס לכל המוסכים דפי מידע על פתיחת קורסים למען העובדים בענף הרכב.

תמונה 1: בלחיצה על הדוושה נכנס אוויר אטמוספרי (נניח שערכו 1 בר) הלחץ האטמוספרי פועל (בצד הקרוב לדוושה) על שטח הבוכנה של המגבר (נניח 100 סמ"ר) ואילו מצידה השני של הבוכנה שורר וואקום שהוא לחץ נמוך יותר (נניח שערכו 0.6 בר) הפרש הלחצים יהיה 0.4 בר . הכוח שבו הבוכנה תנוע יהיה : bar0.4X cm^2 100= Kg 40

מכאן אנו למדים כי הואקום שהוא לחץ הנמוך מלחץ האטמוספרי ובכל זאת הוא מתנגד לתזוזת הבוכנה של מגבר-הבלם ורק הודות ללחץ האטמוספרי שהוא לחץ גדול יותר מלחץ הוואקום הבוכנה נעה להגברת לחץ הבלימה במשאבת הבלם המרכזית.

תמונה 2 : גם במנגנון הדוושה של הבלמים יש לנו הגברה של כוח המופעל על ידי רגלו של הנהג בזמן בלימה , ההגברה היא ביחס בין הזרוע הארוכה של הדוושה לבין אורך הזרוע הקצרה של הדוושה , האורך של הזרוע הארוכה חלקי אורך של הזרוע הקצרה . נניח שאורך הזרוע הארוכה הוא 40 ס"מ ואחלו אורך הזרוע הקצרה הוא 10 ס"מ אזי יחס ההגברה של כוח הוא 40:10 או 4:1 כלומר הדריכה על הדוושה מוגברת פי 4 , הווה אומר, אם הנהג דורך על הדוושה בכוח של 20 ק"ג הכוח הזה הופך ל-80 ק"ג ,הכוח המוגבר הזה נכנס למגבר הבלם (בוסטר) ושוב נקבל הגברה נוספת בבוסטר הפועל על תת-לחץ או הווקום המגיע מסעפת היניקה במנועי דיזל מותקנת משאבת וואקום לשם כך.

המושג "המשאבה יונקת" צריך להוריד אותו מהשיח המקצועי....

דוד, מה ההבדל בין משאבת דלק לבין משאבת מים בעקרון הפעולה?

משאבה כשמה כן היא שאיבה משמע יניקה בפשטות.

יש משאבות מים למשל של מכונת כביסה שגובה המשאבה חייב להיות מתחת לגובה פני המים של התוף אחרת אם לא מגיע לה מים, היא לא תתדחף אותו ולמעשה המשאבת מים של מכונת הכביסה דומה בעקרון הפעולה שלה למשאבת מים ברכב להן יש רק כוח דחיפה ללא "יניקה".

וכך נוצרת הסירקולציה במערכת.

לעומת זאת משאבת דלק כן מסוגלת לשאוב את הדלק כאשר היא ממוקמת מעל גובה פני הדלק במיכל.

אם למשאבה יש צד כניסה שקוראים לו "יניקה" וצד של "פליטה" דחיפה.

למדחס מזגן יש יניקה ודחיסה.

למדחס אוויר יש גם יניקה ופליטה.

גם מנוע בעירה פנימית הוא סוג של "משאבה" שסתומי יניקה ופליטה.

אז הסבר בבקשה מדוע "משאבה יונקת" אינו תקף גם כאן לדבריך או תחדד יותר.

המושג "המשאבה יונקת" צריך להוריד אותו מהשיח המקצועי....

לכול משאבה קיים קו (צינור) יניקה וקו סניקה. מה אתה מציע במקום המושג "המשאבה יונקת" או "קו היניקה/סניקה" ?

לא רוצה להתנשא אבל הדיון צריך להתחיל ממשאבות צנטרפוגליות מול משאבות מדחק חיובי למיניהן (משאבות בוכנה, משאבות להבים, משאבות דיאפרגמה, משאבות בורגיות ובטח עוד כמה שפרחו מזיכרוני).

כללית משאבות צנטרפוגליות (וגם שואב אבק הוא כזה, רק לאוויר) לא מסוגלות לינוק אלא אם הן מלאות מראש בחומר הניסנק, אוויר או מים. לכן משאבת מים של מכונת כביסה חייבת להיות נמוכה ממפלס המים שבמכונה, אחרת היא לא תפעל. מקרה אחר הוא למשל משאבות כיבוי אש בספינות שיש לבצע להן 'פריימינג' כלומר למלא אותן מים לפני שהן מסוגלות להתחיל לינוק מי ים, בעוד הן מורכבות על הסיפון. אחרי שהתחילו לשאוב הן מסוגלות בהחלט לינוק.

משאבות מדחק חיובי מסוגלות לינוק מראש ואז אכן ניתן בהחלט לדבר על כושר היניקה או הכושר לבניית תת-לחץ.

בכל הקשור להגברה באמצעות יחס מנופים, בעזרת לום ונקודת תמיכה ניתן להרים בשטח מנועים (מנועי חשמל בתעשייה) ששוקלים טונות. הכוונה להרמת רגלי המנוע לצורך פילוס גבהים.

בטנקי פאטון אמריקאיים הייתה בזמנו התחכמות מכנית שאפשרה יחס תמסורת והגברה משתנים לאורך מהלך דוושת הבלם. התמסורת המכנית אפשרה תנועה גדולה ללא הגברה בתחילת מהלך הדוושה וזאת כדי לסגור מרווחים בתמסורת ולקרב את דיסקיות הבלימה של הטנק (דיסקיות רטובות בתוך הממסרת). בהמשך התנועה השתנה באופן רציף יחס ההעברה והתקבלה הגברה גדולה של הכוח, כלומר לחיצת הדוושה הוגברה להשגת לחץ גדול על דיסקיות הבלימה.

לא התעמקתי בכך אבל במבט שטחי נראה שגם לחיצה על דוושת הבלם ברכב נהנית מיחס הגברה משתנה ככל שהדוושה נלחצת, וזאת בטווח תנועה מסויים. כאן הזוית בין כף הרגל לדוושה משחקת תפקיד בהגברה כי כוון הפעלת הלחץ על הדוושה משתנה לאורך המהלך.

יוסי