מערכת ההצתה

למה מגנטו

מנועי בוכנה במטוסים משתמשים במגנטו (Magneto) – מחולל חשמל עצמאי שמייצר את המתח הגבוה להצתה. המגנטו לא תלוי במצבר או במערכת החשמל של המטוס: אם כל מערכת החשמל נכשלת, המנוע ממשיך לעבוד.

בכל מנוע מאושר יש מערכת הצתה כפולה: שני מגנטים, ושני מצתים בכל צילינדר. היתרונות:

• בטיחות: אם מגנט או מצת נכשלים, המנוע ממשיך לעבוד.
• בעירה טובה יותר: שתי חזיתות להבה שורפות את התערובת מהר ובצורה מלאה יותר, ולכן ההספק גבוה יותר.

איך מגנטו בלחץ גבוה עובד

המעגל המגנטי

מגנט קבוע מסתובב (Rotating magnet) בין נעלי קוטב (Pole shoes) של ליבת ברזל רך. הסיבוב גורם לשטף המגנטי בליבה לשנות כיוון פעמיים בכל סיבוב (במגנט דו-קוטבי).

המעגל הראשוני (Primary)

סליל ראשוני של כמה עשרות כריכות של חוט עבה מלופף על הליבה. בכל פעם שהשטף משתנה, נוצר בו זרם. הסליל מחובר למפסק (Breaker points), ובמקביל למפסק מחובר קבל (Condenser).

• כשהמפסק סגור, זורם זרם בסליל הראשוני. הזרם יוצר שדה מגנטי משלו שמתנגד לשינוי השטף, ו״מחזיק״ את השטף בליבה.
• ברגע המדויק שבו השינוי בשטף הוא הגדול ביותר – E-gap, כמה מעלות אחרי הנקודה הנייטרלית של המגנט – המפסק נפתח.
• הזרם בראשוני נעצר בבת אחת, והשטף בליבה משתנה במהירות עצומה.

המעגל השניוני (Secondary)

סליל שניוני עם אלפי כריכות של חוט דק מלופף מעל הסליל הראשוני. השינוי המהיר בשטף מייצר בו מתח גבוה מאוד – אלפי וולטים, עד כ-20,000 V. המתח עובר דרך המחלק (Distributor) לכבל ההצתה של הצילינדר המתאים, וקופץ במרווח המצת.

תפקיד הקבל

הקבל מחובר במקביל למפסק. הוא:

• מונע קשת חשמלית במגעי המפסק כשהם נפתחים (וכך מונע שריפה שלהם).
• מאיץ את קריסת השדה בראשוני, ולכן משפר את המתח בשניוני.

כיבוי המגנטו – כבל P (P-lead)

המגנטו כבה כשמקצרים את המעגל הראשוני לאדמה. כבל ה-P מחבר את הראשוני למתג ההצתה. במצב OFF המתג מקרקע את הכבל.

מהירות המגנטו

במנוע ארבע פעימות, כל צילינדר צריך ניצוץ פעם בשני סיבובים. לכן:

מהירות המגנטו = מספר צילינדרים / (2 × מספר קטבים) × מהירות גל הארכובה

מגנט דו-קוטבי מייצר שני ניצוצות בכל סיבוב שלו. מנוע של 4 צילינדרים צריך 2 ניצוצות בכל סיבוב של הארכובה, ולכן מגנט כזה מסתובב באותה מהירות כמו הארכובה.

תזמון המגנטו למנוע (Timing)

תזמון פנימי

התזמון הפנימי של המגנטו מכוונן כך שהמפסק נפתח בדיוק ב-E-gap. בדרך כלל זה נעשה בסדנה עם סימונים פנימיים.

תזמון למנוע (Magneto-to-engine timing)

1. מסובבים את המנוע עד שצילינדר מספר 1 בפעימת הדחיסה, ובזווית ההצתה שהיצרן קבע לפני TDC (למשל 25° BTDC). משתמשים בסימני תזמון על גלגל התנופה או על הציר, או במד תזמון (Timing disc / Protractor) שמוצמד למדחף.
2. מכניסים את המגנטו כשהוא במצב ״ניצוץ לצילינדר 1״ – לפי סימן או פין נעילה.
3. מחברים אור תזמון (Timing light) או זמזם למגעי המפסק.
4. מסובבים את גוף המגנטו בחריצי ההרכבה עד שהמגעים נפתחים בדיוק בזווית הנכונה, ומהדקים.

תזמון מוקדם מדי: נקישות, התחממות, ירידת הספק. תזמון מאוחר מדי: ירידת הספק, טמפרטורת פליטה גבוהה, התחממות.

התנעה: מתקני עזר

במהירות סיבוב נמוכה של התנעה, המגנטו לא מסתובב מספיק מהר כדי לייצר ניצוץ חזק, והניצוץ ״מוקדם״ מדי. פתרונות:

• מצמד דחף (Impulse coupling): קפיץ בין המנוע למגנטו. בהתנעה הוא עוצר את המגנט, נמתח, ואז משחרר אותו בבת אחת – מסובב את המגנט מהר ומייצר ניצוץ חזק. הניצוץ גם מתעכב ונוצר קרוב ל-TDC, ולכן אין ״בעיטה״ לאחור. כשהמנוע מתניע, משקולות צנטריפוגליות מנתקות את המנגנון. שומעים אותו כ״קליק״ כשמסובבים את המדחף ביד.
• רטט התנעה (Shower of sparks / Starting vibrator): מערכת חשמלית שמספקת סדרת ניצוצות במהלך ההתנעה, דרך מגעים נפרדים במגנטו (Retard breaker) שמבטיחים ניצוץ מאוחר.

מצתים (Spark plugs)

מבנה

אלקטרודה מרכזית, מבודד קרמי, גוף מתכתי מוברג לצילינדר, ואלקטרודות אדמה.

״טווח חום״ (Heat range)

• מצת חם (Hot plug): מבודד ארוך, החום עובר דרך מסלול ארוך – הקצה נשאר חם. מתאים למנועים קרים יחסית, שורף משקעים.
• מצת קר (Cold plug): מבודד קצר, מעביר חום מהר. מתאים למנועים חמים ובהספק גבוה.

מצת חם מדי – הצתה מוקדמת ונקישות. מצת קר מדי – הצטברות משקעים (Fouling).

״הישג״ (Reach)

אורך החלק המוברג. מצת קצר מדי – משקעים בהברגות הצילינדר; ארוך מדי – בולט לתא הבעירה, מתחמם ועלול לפגוע בבוכנה.

זיהום מצתים

אחזקת מצתים

1. מסירים עם כלי מתאים, ושומרים על סדר המצתים לפי הצילינדר – המראה של המצת מספר מה קורה בצילינדר.
2. מנקים בניקוי חול עדין או בכלי ייעודי, מכוונים מרווח במד מרווחים לפי היצרן.
3. מחליפים מקומות (Rotation): מצתים מצילינדרים עליונים עוברים לתחתונים, והפוך, וגם בין מגנט שמאלי לימני – כדי לאזן שחיקה ומשקעים.
4. מתקינים עם אטם חדש, מורחים חומר נגד-הידבקות לפי היצרן, ומהדקים במומנט הנכון.

כבלי הצתה (Ignition harness)

כבלים מסוככים (Shielded) כדי למנוע הפרעות רדיו. בודקים חזותית, ובודקים בידוד במד הספק בידוד במתח גבוה (Harness tester / High tension lead tester). כבל פגום גורם לניצוץ חלש, תקלות הצתה וירידת סל״ד בבדיקת מגנט.

מערכות הצתה אלקטרוניות

במנועים חדשים יש מערכות הצתה אלקטרוניות (למשל FADEC במנועי בוכנה). הן מתזמנות את הניצוץ לפי מצב המנוע ומשפרות יעילות, אבל תלויות במתח המטוס – ולכן מותקנות לרוב עם גיבוי.

הצתה במנועי טורבינה – בקצרה

במנוע טורבינה ההצתה נדרשת רק בהתנעה ובמצבים מיוחדים (גשם כבד, קרח). משתמשים במצתים מסוג פריקה בקבל (Capacitor discharge) באנרגיה גבוהה. ראו את פרק ההתנעה בטורבינה.

שלושת המעגלים של המגנטו

הצתה במצב מוצק (Solid-state ignition)

• חיישנים מגנטיים או אופטיים (Hall effect) במקום מפסקים מכניים – אין שחיקה, תזמון מדויק.
• מערכות CDI – הקבל נפרק דרך סליל.
• תזמון משתנה – אלקטרוני, לפי סל״ד ולחץ סעפת (מערכות כמו Lightspeed, Electroair, SureFly).
• תלויות בחשמל – לכן לרוב מותקנות יחד עם מגנטו אחד או עם מקור חשמל כפול.
• FADEC בבוכנה (Continental PowerLink) – שולט גם בהצתה וגם בהזרקה.

נקודות למבחן

• שני מגנטים, שני מצתים לכל צילינדר – בטיחות ובעירה טובה יותר.
• E-gap – המפסק נפתח כשהשינוי בשטף מקסימלי.
• קבל – מונע קשת במגעים ומאיץ את קריסת השדה.
• P-lead מנותק = מגנט חי.
• מצמד דחף – ניצוץ חזק ומאוחר בהתנעה.
• מצת חם – למנוע קר; מצת קר – למנוע חם.
• מחליפים מקומות מצתים: עליון-תחתון.