מנוע בעירה פנימית

הדלק הראשון ששימש להפעלתם של מנועי בעירה פנימית לא היה הבנזין, אלא גז הבישול. כבר ב-1860 נבנה מנוע כזה, אולם שימושיו היו מוגבלים בגלל חוסר הנוחות הכרוך בשימוש בגז בכלי רכב. מנוע הבעירה הפנימית הפועל בבנזין הוצג לראשונה ב-1870, בווינה, ע"י הממציא היהודי-גרמני זיגפריד מרכוס. אולם ה"מכונית" שבנה מרכוס לא היתה מעשית, ונזנחה. ב-1885 בנה הממציא הגרמני גוטליב דיימלר מנוע בנזין משוכלל יותר, שאותו התקין אותו על אופניים. הנה כי כן, האופנוע קדם למכונית, שאותה בנה דיימלר רק כעבור שנה. ב-1889 בנה מרכוס מכונית בעלת מנוע בנזין הרבה יותר משוכלל. היא נשתמרה עד היום במוזיאון של האוניברסיטה הטכנית של וינה (אחרי שהוחבאה במרתף בימי שלטון הנאצים), שופצה בשנות ה-50 ואף הוסעה למרחק מה במהירות 8 קמ"ש; זוהי המכונית העתיקה ביותר הקיימת כיום.

במרוצת השנים שוכללו מנועי הבנזין, אבל לא במידה רבה. מלבד מנוע ונקל, המתואר להלן, כמעט לא חלו שינויים בעקרונות הפעולה, אם כי מערכות עזר אחדות השתכללו במידה ניכרת (כגון בקרת הצתה אלקטרונית במקום מכנית, או הזרקת דלק מבוקרת במקום שימוש במאייד).

מנוע בנזין מצויד בגלילים (מאחד עד 12 או יותר) שבהם מתבצעת פעולת המנוע, דהיינו הפיכת האנרגיה הכימית של הדלק לתנועה מכנית. שני הסוגים העיקריים של גלילים הם בעלי שתי הפעימות ובעלי ארבע הפעימות, הנפוצים יותר.

מבנה המנוע

גליל בעל ארבע פעימות מצוי בסוג המנוע המשרת את רוב כלי הרכב, וכן במנועים נייחים רבים. הוא עשוי מתכת, ובתוכו קבועה בוכנה המסוגלת לעלות ולרדת. מלבד זאת יש בראשו שני סוגי שסתומים ומצת. אופן פעולתו הוא כדלקמן:

1. פעימת יניקה. הבוכנה יורדת בגליל ונפתח שסתום היניקה; ירידת הלחץ בבוכנה מביאה להזרמת תערובת של אוויר ובנזין לחלל הגליל שמעל הבוכנה. השסתום נסגר בתום ירידת הבוכנה. בראש המנוע קבוע גל זיזים, שתפקידו לפתוח ולסגור את השסתומים בתזמון הדרוש.

2. פעימת דחיסה. הבוכנה שבה ועולה, בעוד כל השסתומים סגורים. התערובת נדחסת, לרוב עד שביעית מנפח הגליל.

3. פעימת עבודה. בשיא הדחיסה עובר ניצוץ חשמלי בין האלקטרודות של המצת הקבוע בראש הגליל. התערובת בוערת במהירות רבה (למעשה זהו פיצוץ מבוקר), ונוצר גז חם המתפשט והודף את הבוכנה כלפי מטה.

4. פעימת פליטה. לקראת סוף פעימת העבודה נפתח שסתום מהסוג השני - שסתום פליטה. הבוכנה שבה ועולה, ומסלקת מהגליל את תערובת הגזים השרופה. בעקבות זאת מתחיל המחזור מחדש.

ירידת הבוכנה בפעימת העבודה היא המבצעת את פעולת המנוע. הבוכנה מחוברת, בקצה התחתון שלה, לטלטל שקצהו האחר מחובר לגל ארכובה. הטלטל ממיר את תנועת הבוכנה מעלה ומטה לתנועה סיבובית של הגל, וזו מוסרת את כוח המנוע לגלגלי הרכב, או להתקנים אחרים במנועים נייחים. גלגל תנופה מייצב את קצב סיבובו של כל טלטל, וגלגל תנופה אחר מייצב את קצב הסיבוב של גל הארכובה.

הואיל ויש במנוע מספר גלילים (לפחות ארבעה, במנוע ארבע פעימות), הם מתואמים ביניהם כך שכל אחד מהם מצוי בשלב שונה של המחזור בכל עת. למשל, בפעימת היניקה מושך הטלטל את הבוכנה למטה, בחלק מהכוח שהתקבל מפעימת העבודה של גליל אחר.

המנוע זקוק לשם פעולתו למספר מערכות עזר: משאבת דלק, המזרימה את הבנזין ממכל הדלק למאייד. המאייד מערבב את הדלק באוויר ביחס הרצוי לפעילותו היעילה של המנוע, ומזרים את התערובת דרך המשנק לשסתומי היניקה. המפלג אחראי להיווצרות הניצוצות החשמליים של ההצתה בתזמון הנכון בדיוק. סעפת היניקה אוספת את הגזים הנפלטים ומוציאה אותם מן המנוע לחלל האוויר דרך המפלט. המצבר מספק את הכוח החשמלי הדרוש ליצירת הניצוצות, וכן להתנעה - הואיל וכל אחד משלבי המחזור תלוי בשלב אחר, יש צורך במנוע חשמלי שיספק את הדחיפה הראשונה - ולשאר המערכות החשמליות של הרכב. מערכת הקירור, המבוססת על מים או על נוזל קירור אחר ברוב המנועים (באחרים היא מבוססת על אוויר), שומרת על המנוע מפני חימום יתר. מערכת הסיכה מזרימה שמן אל חלקיו הנעים של המנוע המתחככים זה בזה, כדי להקטין את החיכוך עד כמה שאפשר.

מערכות העזר הללו מקבלות את כוחן מגלגל התנופה שמפעיל גל הארכובה. יש בו צורך על מנת שפעולת המנוע תהיה רציפה ולא מקוטעת, וכן כדי להניע את משאבות הדלק, המים, השמן והבלמים ואת מטען המצבר. במנועים החדישים, פעולת כל המערכות הללו כפופה לפיקוחו של מחשב המבטיח את התיאום בין המערכות השונות, ומדווח למפעיל על תקלות. בניגוד לעקרונות הפעולה הבסיסיים של המנוע, שכמעט לא השתנו מאז המצאתו, במערכות העזר חלים בהתמדה שכלולים חשובים, שמטרתם כפולה: לשפר את נצילות המנוע, כלומר לחסוך בדלק, ולהקל על נוחות השימוש בו.

כל המערכות הללו קיימות, בשינויים המתאימים, בסוג החשוב האחר של מנועי בעירה פנימית, דהיינו מנוע דיזל.