מנוע דיזל

מנוע דיזל הוא מנוע בעירה פנימית שפועל עם בוכנות וגל ארכובה שבו הדלק נשרף כתוצאה ממגעו באוויר הדחוס והחם הנמצא בצילינדר ולא על ידי החום שמפיק ניצוץ חשמלי כמו במנוע בנזין. מנוע הדיזל הומצא בשנת 1892 והופעל לראשונה ב-1897 על ידי המהנדס הגרמני רוּדוֹלף דיזל (1858‏-1913) שנתן לו את שמו.

עקרון פעולה

במנוע דיזל הבוכנה שואבת לתוך הצילינדר אוויר נקי, ואחר כך דוחסת אותו ללחץ גבוה. כתוצאה מהדחיסה עולה טמפרטורת האוויר. בסוף הדחיסה מוזרקות לתוך האוויר הדחוס והחם טיפות זעירות של סולר. הדלק מתלקח כתוצאה מן המגע באוויר הלוהט, והגזים הנוצרים בשריפה מתפשטים ודוחפים את הבוכנה. הטלטל מתרגם את התנועה הקווית של הבוכנה לתנועה סיבובית של הצרכן המחובר לקצה גל הארכובה (גלגלי מכונית, גנרטור חשמלי, משאבה, מדחף של אונייה וכו'). משום שהדלק מוצת על ידי חום האוויר הדחוס, המנוע נקרא גם "מנוע הצתה בדחיסה". מנועי דיזל קטנים ומהירים שורפים סולר, בעוד שמנועי דיזל גדולים ואיטיים יותר שורפים דלקים כבדים ודלקים שאריתיים.

במנוע בנזין, לעומת זאת, הבוכנה שואבת לתוך הצילינדר תערובת של אוויר וטיפות זעירות של בנזין. התערובת נדחסת ואחר כך מוצתת ומתלקחת כתוצאה מהחום שמפיק ניצוץ חשמלי שמיוצר על ידי מצת חשמלי. מנוע דיזל נחשב לחסכוני והוא בעל ניצולת תאורטית של 75 אחוז.

היסטוריה

ב-1892 רשם רודולף דיזל פטנט בגרמניה, שווייץ ובממלכה המאוחדת בנושא "שיטה ומכונה להמרה מחום לעבודה". שנה אחר כך הוא תיאר תהליך המסביר כיצד טמפרטורת האוויר הדחוס עולה ומציתה את הדלק וכיצד יש לנתק את אספקת הדלק ולמנוע את המשך הבעירה. ב-1894 הוא רשם פטנטים במדינות נוספות על תכנון המנוע, וב-1897 הוא הצליח לבנות את דגם המנוע הראשון שפעל באופן מלא. מנוע זה היה הראשון להוכיח כי ניתן להצית דלק ללא ניצוץ. דיזל בנה את המנוע מברזל עם צילינדר באורך שלושה מטרים. בעשור הראשון של המאה ה-20 מכר דיזל רישיונות רבים לייצור המנוע שלו והפך מיליונר. מנועו שימש במפעלי חשמל ומים, כלי שיט ובמכרות. ב-1903 נחנכו מכליות מדגם ונדל שהיו שתי האוניות הראשונות בעלות מנוע דיזל, ושנה אחר כך נבנתה צוללת עם מנוע דיזל.

בנובמבר 1905 רשם השווייצרי אלפרד בוצ'י פטנט על מדחס אוויר צירי למנועים עם טורבינה המסתובבת מכוח גזי הפליטה. הוא בנה אבטיפוס למנוע דיזל עם מגדש טורבו, אך רק לאחר יותר מעשור שנים החל השימוש במנועי טורבו דיזל, בתחילה באוניות. ב-1908 הומצאה משאבת הזרקת דלק שאיפשרה הזרמת דלק בכמות מדויקת. ב-1912 הוצג לראשונה קטר עם מנוע דיזל. כלי הרכב הראשון שהונע במנוע דיזל היה טרקטור של בנץ ב-1922. שנה אחר כך הוצגה משאית עם מנוע דיזל. מכונית הנוסעים הראשונה עם מנוע דיזל הוצגה בארצות הברית ב-1930. ארבע שנים אחר כך הוצג טנק פולני, לראשונה עם מנוע דיזל.

בשנות ה-40 של המאה ה-20 פיתחה חברת קמינס האמריקנית מנוע דיזל עם הזרקת דלק במסילה משותפת ששימש במכונות מייצורה. בשנות ה-50 הוצגו מנועי דיזל מקוררי אוויר ובסוף שנות ה-60 החלו להופיע באירופה מכוניות נוסעים עם מנועי דיזל. ב-1998 זכתה לראשונה מכונית דיזל, של ב.מ.וו, במירוץ 24 השעות של נרבורגרינג. היא עשתה שימוש במנוע דיזל מוגדש טורבו בנפח שני ליטר. בדומה, החל משנות ה-90 רוב מנועי הדיזל המיוצרים עבור כלי רכב הם מטיפוס טורבו דיזל.

סוגי מנועי דיזל

מנועי דיזל, בדומה למנועי בנזין, נחלקים לשני סוגים בהתאם למחזור הפעולה: מנוע דיזל דו-פעימתי ומנוע דיזל ארבע-פעימתי. במנוע ארבע פעימתי נשלם מחזור פעולה אחד בארבע פעימות (מהלכים) של הבוכנה, והבוכנה עצמה היא ששואבת אוויר טרי לתוך הצילינדר ומרחיקה את גזי השריפה בסוף העבודה. במנוע דיזל דו-פעימתי, לעומת זאת, המחזור מסתיים אחרי שני מהלכים בלבד, האוויר מסופק לצילינדר על ידי מפוח וגזי הפליטה מורחקים מן הצילינדר על ידי אוויר השטיפה.

עקרון הפעולה של מנוע דיזל ארבע פעימות (משמאל לימין)

שימושים

בניגוד למנועי הבנזין הקטנים והקלים בדרך-כלל, רוב מנועי הדיזל גדולים וכבדים משום שעליהם לעמוד בלחץ הדחיסה הגבוה, ולפיכך אין משתמשים בהם להפעלת מכונות קטנות. השימושים הנפוצים ביותר למנועי דיזל הם בתחנות הכוח, שבהן הם מפעילים גנרטורים ליצירת זרם חשמלי, ברכבות, באוניות, בצוללות, באוטובוסים, בטרקטורים, בכלי צמ"ה, ברכב קרבי משוריין ובכלי רכב כבדים אחרים.

בשנים האחרונות עולה הפופולריות של מכוניות פרטיות המונעות במנועי דיזל, בעיקר באירופה, שם חלקם של כלי רכב בעלי מנוע דיזל הוא מעל ל-40%. הסיבות לכך הן האמינות והביצועים של המנועים המודרניים, והחיסכון הניכר בדלק לעומת מנועי הבנזין.

השיפור הניכר בשימושיות ובביצועים של מנועי הדיזל בהתאמתם למכוניות נוסעים מושג באמצעות השימוש במגדש טורבו. מנועי דיזל הכוללים מגדש מכונים מנועי טורבו דיזל. במכוניות דיזל מודרניות הטורבו דיזל הפך לסטנדרט ומנועי דיזל ללא טורבו נותרו רק בשימושים חקלאיים או תעשייתיים. התאמת הטורבו למנועי דיזל של מכוניות נוסעים מוצלחת במיוחד בגלל האופי העצל של מנוע הדיזל הרגיל המרכז את מרבית הכוח בסל"ד נמוך. כיוון שמכוניות נוסעים זקוקות בדרך כלל לטווח סל"ד רחב יותר, הטורבו מתאים כיוון שהוא מספק כוח בסל"ד גבוה יותר. בנוסף לכך, עקב הסל"ד הנמוך של דיזל, לטורבו דיזל יש יתרון בכך שאינו סובל בדרך כלל מתופעת "השהיית הטורבו" האופיינית למנועי בנזין.

פליטת גזים מסרטנים

במחקר מקיף שנערך על 12,315 כורים בארצות הברית הנחשפים לגזי הפליטה של מנועי דיזל במסגרת עבודתם, נמצא כי הם מתים מסרטן ריאות ומסרטן הוושט בשכיחות גבוהה יותר באופן מובהק לעומת האוכלוסייה הכללית.^[1]^[2]ממצאי המחקר נותרו מובהקים גם לאחר התחשבות בגורמי סיכון אחרים האופייניים לעובדי מכרות.^[3]בעקבות זאת קבעו ארגון הבריאות העולמי והמכונים הלאומיים לבריאות כי מנועי דיזל פולטים גזים מסרטנים הגורמים לסרטן ריאות בבני אדם.^[4]^[5]

משמעויות כלכליות

רכב נוסעים המונע על ידי מנוע דיזל עשוי להיות חסכוני בכ-50% בהשוואה לרכב המונע במנוע בנזין. החיסכון מושג עקב צריכת דלק נמוכה יותר של מנוע הדיזל. לדוגמה, מכונית מסוג פולקסווגן פולו עם מנוע דיזל בנפח 1.4 ליטר צפויה לצריכה של כליטר אחד ל-20 ק"מ לעומת ליטר ל-14 ק"מ בלבד בדגם דומה עם מנוע בנזין.

בישראל

בישראל היה מחיר הסולר נמוך במשך שנים ממחיר הבנזין, עקב מדיניות מיסוי מקלה שנועדה לסייע לשימושים המסחריים של כלי רכב המונעים במנוע דיזל. עקב כך, נאסר השימוש במנועי דיזל בכלי רכב פרטיים ורק בשנות ה-90 של המאה ה-20 החלו להימכר מכוניות פרטיות מונעות דיזל בישראל. בתמורה הועלתה אגרת הרישוי למכוניות דיזל פרטיות, כך שכדאיות השימוש לצרכן הייתה תלויה בהיקף השימוש.

בחוק ההסדרים לשנת 2005 נקבעה עליה הדרגתית של הבלו על הסולר, עליה שהתפרסה על פני חמש שנים. מאידך ניתן החזר בלו בגובה 50% למסיעים ומובילים. בעקבות כך, בשנת 2008 בוטלה התוספת לאגרה לרכב דיזל פרטי. באותה שנה נעו בכבישי ישראל כ-50 אלף כלי רכב פרטיים וכ-220 אלף כלי רכב מסחריים בעלי מנוע דיזל.

רפורמת "מיסוי ירוק" שמיושמת בישראל החל מ-2010 מפלה לרעה את כלי הרכב המונעים במנועי דיזל מבחינת גובה המיסוי המוטל עליהם. נוסחת המיסוי לחישוב רמת זיהום האוויר של כלי הרכב נותנת משקל רב יחסית למזהמים הפוגעים באיכות האוויר שאותו נושמים בני האדם, בעיקר בסביבות אורבניות. מזהמים אלו נמצאו כגורמים לעלייה בתמותת בני האדם ככל שריכוזם גבוה יותר. לעומת זאת, נוסחת המיסוי נותנת משקל נמוך יחסית לכמות הפחמן הדו-חמצני שהוא אחד הגורמים המרכזיים לתופעת ההתחממות העולמית.

ברוב מדינות העולם נהוג למדוד בכלי רכב בעיקר את רמות הפליטה של הפחמן הדו-חמצני כחלק מן המאבק בתופעת ההתחממות העולמית. מנועי דיזל מצטיינים בפליטה נמוכה של פחמן דו-חמצני בהשוואה למנועי בנזין, אך סובלים מערכים גבוהים של מזהמים אחרים. לכן, רפורמת המיסוי הירוק שהונהגה בישראל הובילה להתייקרות כלי הרכב המונעים במנוע דיזל.

מן הצד השני נמתחה ביקורת אחרת על רפורמת המיסוי שטענה שמרבית נסועת הדיזל בישראל היא של כלי רכב כבדים כמשאיות ואוטובוסים, שעליהם כלל לא חלה רפורמת "מיסוי ירוק", ולכן הרפורמה אינה נותנת תמריצים להפחתת זיהום האוויר מכלי רכב אלו.