קטגוריה: מדריכים

הכתבה פורסמה לראשונה בשנת 2007 במגזין פול גז

מומנט, הספק, קג"מ, כ"ס, קילוואט – אנחנו שומעים את המושגים האלה כל כך הרבה ומתפעלים מכך שלדגם חדש יש 3 כ"ס יותר מאשר לדגם הקודם, אך לא באמת מבינים על מה מדובר. כאן ננסה לעשות סדר בדברים ולגרום להבין את התחושה, ולבסוף נראה כיצד נוכל להפיק מידע מנתונים טכניים ומגרפים. אך קודם כל נתחיל במושגים עצמם.

מומנט פיתול

מומנט פיתול הוא כוח סיבובי שפועל סביב ציר, ונובע מכוח המופעל בניצב לזרוע. גודל המומנט יהיה המכפלה של הכוח בזרוע, ומכאן ככל שנגדיל את הכוח בלי לשנות את הזרוע או שנגדיל את הזרוע בלי לשנות את הכוח, המומנט יגדל.

יחידות המידה המקובלות למומנט פיתול בשיטה המטרית הן ניוטון*מטר [Nm] או ק"ג*מטר [קג"מ Kgm]. היחס בין היחידות הוא 9.81, כיוון ש-1 ק"ג הוא 9.81 ניוטון. יחידות נוספות שמקובלות בשיטה האינצ'ית הן ליברה*רגל [Lb*ft] וליברה*אינץ' [Lb*in].

אם נפעיל כוח של 1 ניוטון על זרוע של 1 מטר נקבל סביב הציר מומנט של 1Nm. אם נאריך את הזרוע ל-2 מטר, נצטרך להפעיל רק חצי ניוטון כדי לקבל מומנט זהה סביב הציר, ובאותו אופן בכיוון השני – אם נקצר את הזרוע לחצי מטר, נצטרך להפעיל כוח של 2 ניוטון כדי לקבל סביב הציר את אותו המומנט.

כדי להמחיש את מומנט הפיתול נשתמש בדוגמה הקלאסית של דלת שיושבת על ציר. אם ננסה לפתוח את הדלת מהידית, שנמצאת במרחק גדול מהציר, נצטרך להשתמש יחסית במעט כוח, אך ככל שנתקרב לכיוון הציר נצטרך להשתמש ביותר ויותר כוח על מנת לקבל את אותו המומנט.

מה קורה במנוע?

בזמן מהלך העבודה המומנט על גל הארכובה משתנה בכל רגע. נתון המומנט הנמסר לנו הוא המומנט הממוצע על גל הארכובה במהירות מנוע מסוימת. למה זה קורה? הכוח על ראש הבוכנה נובע מהלחץ ששורר בתא השריפה. תאורטית, תהליך השריפה מסתיים בדיוק כאשר הבוכנה נמצאת בנקודה מתה עליונה, ובזמן זה הלחץ בתא השריפה הוא הגדול ביותר, לכן גם הכוח על ראש הבוכנה הוא הגדול ביותר כאשר הבוכנה בנמ"ע. בנקודה זאת, למרות שהכוח על הבוכנה הוא הגדול ביותר, המומנט על גל הארכובה הוא אפס. הסיבה לכך היא שזרוע הארכובה נמצאת במישור אחד עם הכוח על הבוכנה, כלומר – אין זרוע. ואם אין זרוע, אין מומנט.

גל הארכובה ממשיך להסתובב והבוכנה מתחילה לעשות את דרכה לכיוון נקודה מתה תחתונה. בזמן הזה נפח תא השריפה גדל ולכן הלחץ, וביחס ישר גם הכוח על ראש הבוכנה, קטנים. לעומת זאת, הזרוע האפקטיבית הולכת וגדלה בגלל סיבוב זרוע הארכובה. הזרוע תהיה מקסימלית כאשר הזווית בין זרוע הארכובה לבין הטלטל תהיה 90 מעלות. המומנט המקסימאלי הפועל על גל הארכובה יתקבל איפשהו בין נמ"ע לבין זווית של 90 מעלות. המיקום הספציפי משתנה בכל מנוע ותלוי ביחס שבין אורך הטלטל לזרוע הארכובה. נציין רק שהחל מזווית של 90 מעלות בין זרוע הארכובה לבין הטלטל, כשהמנוע ממשיך להסתובב, המומנט על גל הארכובה בהכרח קטן, שכן גם הכוח על הבוכנה קטן (הנפח גדל ולכן הלחץ קטן, זוכרים?) וגם הזרוע קטנה עד שהיא שוב חוזרת לערך 0 בנמ"ת.

אם כן, בסופו של דבר מתקבל מומנט ממוצע שפועל על גל הארכובה ומסובב אותו. מומנט המנוע הוא הניתן למדידה על מכשיר דינמומטר. המומנט במנוע במכפלת יחס התמסורת של הילוך מסוים, ייתן את המומנט שפועל על הגלגל המניע. כשמחלקים את המומנט שפועל על הגלגל המניע ברדיוס האפקטיבי של הגלגל, מקבלים את כוח הדחף – אותו הכוח שדוחף את האופנוע קדימה ומאפשר לו להתקדם.

המומנט המרבי מתקבל כאשר המילוי הנפחי של הצילינדר הוא הגבוה ביותר. בעולם אידיאלי, המילוי הנפחי של הצילינדר היה מקסימלי בכל מהירות מנוע, אך אנחנו כבר יודעים שהעולם אינו אידיאלי, ולכן מהנדסי המנועים צריכים לקבוע באיזה טווח סל"ד הם רוצים לקבל את המומנט המרבי, לפי אופי הכלי שעליו יורכב המנוע, ובהתאם לבצע את התכנונים והפשרות הנחוצות בראש המנוע (מעברי יניקה ופליטה, גל זיזים, שסתומים) ובמערכות הזנת הדלק והפליטה. נציין רק שבאזור שיא המומנט, תצרוכת הדלק הסגולית (ההספק שנקבל על כל יחידת דלק שנשרוף) תהיה הנמוכה ביותר.

הקשר להספק – עבודה

עבודה מכאנית מוגדרת כהפעלת כוח לאורך מרחק (כוח כפול דרך). אם נרצה להזיז לבנה למרחק מסוים, נצטרך להשקיע כוח כדי לדחוף אותה. הכוח שהושקע במכפלת הדרך שנעשתה, ייתנו את העבודה שהושקעה בהזזת הלבנה.

העבודה שמבצע המנוע הוא הכוח שפועל על הזרוע במכפלת היקף המעגל שיוצרת זרוע הארכובה. כיוון שאנחנו מתייחסים למומנט ממוצע, יוצא שהכוח הממוצע הוא במומנט הממוצע לחלק לרדיוס הארכובה.

יחס התמסורת של האופנוע אמנם מגביר את המומנט בגלגל ביחס שתלוי בהילוך, אך באותו היחס גם מקטין את מהירות הגלגל. אם נתייחס לכך בהקשר של עבודה מכאנית נבין שהכוח בגלגל מוגבר, אך כיוון שהמהירות קטנה – גם הדרך שמבצע הגלגל קטנה באותו היחס שבו מוגבר הכוח. השורה התחתונה היא שהעבודה נשארת זהה.

הספק מכאני

קצב העבודה, כלומר כמה עבודה נעשתה בזמן מסוים (עבודה לחלק לזמן) הוא ההספק המכאני. ככל שההספק יהיה גבוה יותר, כך תתבצע יותר עבודה בפרק זמן מסוים. במילים אחרות – יותר מרחק על כוח מסוים בזמן מסוים (או לחילופין, יותר כוח על דרך מסוימת בזמן מסוים).

ההספק אינו ניתן למדידה במכשיר דינמומטר, אלא מחושב לפי גרף המומנט כפונקציה של הסל"ד. הנוסחה פשוטה ואומרת שהספק הוא מכפלה של מומנט, סל"ד ומקדם המרה בין יחידות (סל"ד הוא סיבובים לחלק לדקת זמן). יחידות ההספק המקובלות הן כוח-סוס (כ"ס, CV) וקילוואט (KW), כאשר קילוואט אחד הוא 1.36 כ"ס.

בכדי להשאיר את ההסבר לא מסובך ולא להיכנס יותר מדי לפיזיקה, ננסה לפשט את מושג ההספק כפי שהוא קשור אלינו. אמרנו שהספק גבוה יותר אומר יותר עבודה לזמן מסוים, כלומר יותר דרך על זמן מסוים. מכאן ניתן להבין שהספק המנוע הוא הקובע את שינוי המהירות, או במילים אחרות – את התאוצה. כיוון שגם משקל הכלי משחק תפקיד יוצא שתאוצת הכלי תהיה קשורה ליחס שבין ההספק למשקל. לתאוצה ישנם משתנים נוספים, כמו קצב שינוי מהירות המנוע, אך לצורך הבנת מושג ההספק אין צורך להיכנס לכך.

דוגמה טובה להבנת המושג הספק תהיה ערימת לבנים (כן, כמו הלבנה בדוגמה של העבודה) אשר צריכה לעלות מקומת הקרקע לקומה העליונה, ולצורך העניין יש לנו שני פועלים. הפועל הראשון הוא גדול וחזק, ומסוגל להרים 10 לבנים בכל פעם. לעומתו, הפועל השני כחוש וצנום, ומסוגל להרים רק שתי לבנים. על פניו, נראה שהפועל החזק יצליח להעלות יותר לבנים לקומה העליונה, אבל, הפועל החלש הוא מאוד מהיר. בזמן שלוקח לפועל החזק והמגושם לעלות ולרדת פעם אחת, הפועל החלש מספיק להעלות 5 נגלות של לבנים. ההספק של שניהם יהיה זהה מפני שבזמן זהה שניהם עשו את אותה העבודה – העלו כמות זהה של לבנים אל הקומה העליונה. אם זה לא היה ברור, הפועל החזק מדמה מנוע עם מומנט גבוה אשר מסתובב לאט, והפועל החלש מדמה מנוע עם מומנט נמוך, אך שמסתובב מהר. בשני המקרים ההספק זהה. אם המשקל של שני הכלים יהיה זהה, גם התאוצה של שניהם תהיה זהה.

אם נחזור רגע ליחסי התמסורת, נראה שבהילוך הנמוך יחס התמסורת גבוה, כלומר יחס הגברת המומנט בין המנוע לגלגל המניע הוא גדול. באותו היחס קטנה המהירות בין המנוע לבין הגלגל. היות וההספק הוא מכפלה של מהירות במומנט, נקבל שההספק בגלגל נשאר זהה להספק במנוע (במידה ולא מתייחסים להפסדים עקב הנצילות המכאנית של מערכת התמסורת). הדבר פועל גם הפוך בדיוק באותו האופן – בהילוך הגבוה המומנט בגלגל נמוך יותר, אך המהירות גבוהה יותר, וכך מתקבל הספק זהה לזה שבמנוע.

ניתן להגיע להספקים גבוהים גם על ידי מומנטים נמוכים יחסית. הדרך לכך היא על ידי מהירויות מנוע גבוהות, שהרי הספק הוא מכפלה של מומנט בסל"ד. אם ניקח לדוגמה מנועים של ששמאותים ספורטיביים מודרניים מהשנים האחרונות, נראה שהמגמה היא העלאת ההספק בכל דור. למרות שהמומנט המרבי כמעט ולא משתנה, הסל"ד שבו הוא מתקבל עולה בכל דגם חדש ולכן גם ההספק עולה כיחס הגדלת הסל"ד.

גמישות המנוע

תחום הסל"ד שבין שיא המומנט לבין שיא ההספק נקרא התחום הגמיש של המנוע. בתחום סל"ד זה המנוע ירגיש במיטבו ויספק את התאוצות הטובות ביותר. ככל שתחום זה יהיה רחב יותר, כך המנוע ירגיש חזק יותר על פני טווח גדול יותר של סל"ד וימנע את הצורך בהחלפות תכופות של הילוכים. ברוב כלי הרכב השינוי ביחסי התמסורת מתוכנן כך שאם מעלים הילוך בשיא ההספק, מהירות המנוע יורדת לאזור שיא המומנט, ובכך ניתן לשמור על תאוצה טובה ורציפה.

אם כן, כשבוחנים נתונים טכניים של מנוע, חשוב להסתכל לא רק על נתוני המומנט וההספק היבשים, אלא גם על הסל"ד שבהם הם מתקבלים, וכך אפשר ללמוד רבות על אופי המנוע. לצורך העניין ניקח 2 דוגמאות קיצוניות. ה-R6R מתהדר בהספק נאה של 127 כ"ס, אך בסל"ד אסטרונומי וחסר תקדים של 14,500 סל"ד. אם בוחנים את נתון המומנט המרבי, מגלים שהוא לא גבוה במיוחד – 6.73 קג"מ, ומתקבל במהירות גבוהה מאוד – 12,000 סל"ד. אפשר להבין מכך גם בלי לרכוב על האופנוע, שבסל"ד הביניים ומטה לא צפויות לנו תאוצות שיוציאו את העיניים מחוריהן. ניתן לראות גם שהטווח היעיל של המנוע הוא לא גדול – 2,500 סל"ד בלבד, כך שהמנוע אינו גמיש יתר על המידה ומתוכנן לעבוד על הסל"ד הגבוה, שם הוא יעבוד היטב.

כדוגמה נגדית ניקח את נתוני המנוע של VN900. שיא המומנט הוא 8.4 קג"מ, ומתקבל כבר ב-3,500 סל"ד, שיא ההספק הוא 54 כ"ס בלבד שמתקבלים ב-6,000 סל"ד. הטווח היעיל במנוע הזה הוא יחסית רחב, והמומנט מתקבל כבר מסל"ד נמוך, כלומר האופנוע ימשוך קדימה חזק כבר ממהירות מנוע נמוכה, אך ההספק המרבי אינו גבוה ולכן התאוצות לא ישתוו לאלו של ה-R6R. לפחות ניתן לרכב עליו בלי לבחוש בתיבת ההילוכים בשל גמישותו.

גרפים של הספק ומומנט יתנו לנו את התמונה המלאה, ותמיד נשאף לראות אותם, אך לצערנו הם לא תמיד זמינים. הגרפים מתארים את המומנט וההספק כפונקציה של הסל"ד, ומאפשרים לנו לראות בעין מה בדיוק נרגיש בישבן בכל סל"ד. למתמטיקאים שביניכם נספר כי גרף המומנט הוא נגזרת ראשונה של גרף ההספק, ולכן שיפוע גרף המומנט יתאר את השינוי בהספק.

ניקח לדוגמה גרף מומנט וגרף הספק של BMW HP2, שבו ניתן לראות מספר דברים מעניינים. שיא המומנט מתקבל סביב 5,500 סל"ד, אך גרף המומנט נראה יחסית שטוח גבר מסל"ד נמוך ועד סל"ד גבוה. השינוי במומנט לא גדול. הדבר מעיד על הגמישות הרבה של המנוע. שיא ההספק מתקבל באזור 7,000 סל"ד, אך הוא עולה עד לשם בשיפוע כמעט אחיד, מה שמעיד על הליניאריות של המנוע.

על מומנט, הספק והקשר שלהם אלינו ניתן להרחיב עוד רבות, אך גם ניתן לסכם את הנושא בשתי שורות כפי שסיכם גולש ברשת:

מומנט זה הדבר הזה שעוקר אספלט
הספק זה הדבר הזה שמוציא יללה מקפיאת דם

טכנולוגיות רבות שקיימות כיום כמעט כסטנדרט באופנועים הגיעו דווקא מתחום הרכב, שמהווה כר פיתוח עצום לטכנולוגיות חדשות. ההודעה של ב.מ.וו על אורות הבלם המהבהבים בבלימת חירום הזכירה לנו את זה. זה נכון שאופנועים ככלל הם יותר מדויקים ובמידה מסוימת טכנולוגיים מכלי רכב, בוודאי אם מתבוננים בכלי רכב עממיים וסדרתיים, אבל זה לא נכון לכלל המערכות אלא בעיקר למערכות מכניות מדויקות, כמו למשל מתלים ובולמים, שם הדרישות באופנועים גבוהות יותר ועל כן האיכות והדיוק גבוהים משמעותית.

יחד עם זאת, כשמדובר באלקטרוניקה ומערכות מחשוב ובקרה, תחום הרכב מקדים משמעותית את זה של האופנועים, ועל כן רוב המערכות האלקטרוניות שמהן חלקנו נהנים בזמנים אלו – הגיעו ישירות ממכוניות. אם לוקחים מכונית משפחתית מודרנית ממוצעת ובוחנים אותה, מגלים לא פחות מ-20 מחשבים שונים של מערכות שונות, כשכולם מחוברים ברשת תקשורת אחת שמעבירה נתונים רלוונטיים מאחד לשני במהירות וביעילות. כשמדברים על כלי רכב יוקרתיים מגיעים כבר לכמעט 100 ואף יותר מחשבים שונים וקילומטרים של חוטי חשמל. עד כדי כך התחום מפותח.

החברה שמובילה את תחום הטמעת טכנולוגיות רכב בדו-גלגלי היא ללא ספק ב.מ.וו, שעם הטכנולוגיה הרבה שיש לה בתחום הרכב ועם הכסף הרב – יכולה לאפשר לעצמה הטמעת טכנולוגיות בדו-גלגלי. גם הונדה היא מהמובילות בתחום טכנולוגיות חדשות, אולם אצל הונדה זה פחות הטמעת טכנולוגיות רכב לדו-גלגלי ויותר פיתוחים ייעודיים. גם דוקאטי הצטרפה בשנים האחרונות לחזית הטכנולוגיה וגם היא מטמיעה פיתוחים מעולם הרכב, לא מעט בזכות העובדה שנרכשה על ידי אאודי.

בחרנו את הטכנולוגיות החשובות שזלגו ממכוניות ואופנועים וכתבנו מספר מילים על כל אחת מהן – על איך היא הגיעה לדו-גלגלי ואיך מיישמים אותה.

ABS

מערכת ABS (ר"ת Antilock Brake System) – מערכת למניעת נעילת גלגלים בבלימה. הגיעה במקור ממטוסים, זלגה למכוניות, וב-1988 הופיעה לראשונה באופנוע – ב.מ.וו K100 בשיתוף צמוד עם בוש הגרמנית. המערכת הראשונה שקלה לא פחות מ-11 ק"ג והייתה איטית ומסורבלת. מאז עברו שנות דור של פיתוחים טכנולוגיים בתחום, והיום מערכות מודרניות שוקלות כחצי ק"ג בלבד, כשהמערכת המודרנית ביותר של בוש יודעת למנוע נפילה והחלקה גם בהטיה, לאפשר החלקה מסוימת של הגלגל האחורי במצבי רכיבה שונים, וגם לשלב מערכות נוספות בתוכה. או-טו-טו המערכת הופכת לסטנדרט גם בקטנועי 125 סמ"ק באירופה, כך שבהחלט התקדמנו בתחום.

איך זה עובד? המערכת מחולקת למחשב ולמודולטור – בית שסתומים. חיישני מהירות על הגלגלים מדווחים למחשב מה מהירותו של כל גלגל, וכאשר תחת בלימה אחד הגלגלים מאט משמעותית או נעצר לגמרי, כלומר מחליק, המחשב, דרך המודולטור, משחרר לחצים מקו צינור הבלם של אותו גלגל בתדירות של עשרות פעמים בשנייה ובכך מונע את נעילת הגלגל.

הזרקת דלק

מערכות הזרקת דלק אלקטרוניות נכנסו למכוניות כבר בשנות ה-80, כשבשנות ה-90 הן הפכו לסטנדרט במכוניות פרטיות עם מנוע בנזין. לאופנועים המערכות הראשונות נכנסו רק לקראת סוף שנות ה-90 ואל תוך שנות ה-2000, וזאת בעיקר בשל מהירות התגובה האיטית של המחשבים לפני 20 שנה. אחד הכלים הראשונים שקיבל את המערכת הוא הג'יקסר של סוזוקי ולאחריו הונדה CBR, וכל מי שרכב על הכלים או קרא מגזינים בזמן ההוא זוכר את ההשהיה בתגובת המצערת – אתה פותח גז ומקבל תגובה אחרי רבע שנייה. עם השנים מהירות עיבוד הנתונים גדלה באלפי אחוזים והמחשבים קטנו בעשרות אחוזים, הטכנולוגיה נהייתה נגישה, והיום כל דו-גלגלי מרובע פעימות מגיע כסטנדרט עם הזרקת דלק (למעט כלים סיניים או קטנועים קטנים שייצורם ממשיך ללא שינויים כבר הרבה שנים).

מצערות חשמליות

מצערת חשמלית היא מצערת שבה כשהרוכב פותח את ידית המצערת הוא לא פותח פיזית את הפרפרית בגוף המצערת, אלא נותן פקודה למחשב להאיץ את המנוע. המחשב מצידו מתחשב בנתונים נוספים ופותח את המצערת לפי מה שנכתב לו במפת ניהול המנוע. גם הטכנולוגיה הזו זלגה ממטוסים (Fly By Wire), שם ההגאים לא מחוברים ישירות למוט ההיגוי פיזית, אלא דרך מחשב ומנועים חשמליים. משם זה עבר למכוניות, ואז גם לאופנועים (Ride By Wire).

היתרון הגדול של מצערת חשמלית באופנועים הוא האפשרות לתכנת מצבי ניהול מנוע שונים – כמו למשל ספורט, תיור, גשם – כשבכל אחד מהם המצערת מתוכנתת להגיב אחרת – לספק תגובות מנוע שונות או להגביל את הספק המנוע. בדגמים הראשונים של המצערות החשמליות ידית המצערת הייתה מחוברת לכבלי מצערת רגילים, וזאת על מנת לשמור על התחושה שאליה הורגלו הרוכבים. אבל אותם כבלים לא הגיעו לגוף המצערת עצמו אלא לפוטנציומטר (נגד משתנה) שמעביר את הפקודה החשמלית למחשב. אם תסתכלו על ידית המצערת של אפריליה דורסודורו למשל, תוכלו לראות את כבלי המצערת יוצאים מהידית, יורדים מאחורי לוח השעונים, ומגיעים לפוטנציומטר שמתחבא מאחורי צוואר ההיגוי. היום בדגמים מודרניים היצרנים ויתרו על הפטנט הזה, וידית המצערת היא עצמה הפוטנציומטר, כלומר אין כבלים ואין תחושה של כבלים.

תקשורת מחשבים CAN Bus

מכיוון שיש כל כך הרבה מחשבים ברכב מודרני (וגם באופנועים יוקרתיים), ומכיוון שחלק מהנתונים שמגיעים מהחיישנים רלוונטיים לא למערכת אחת אלא לכמה מערכות (דוגמה מצוינת – מהירות נסיעה, מהירות מנוע ומהירות של כל גלגל), חיישן אחד צריך להעביר את המידע לכמה מחשבים שונים. כדי למנוע את הצורך בקילומטרים על קילומטרים של חוטי חשמל נוצר הצורך ברשת תקשורת אחת שתספק את המידע לכל המחשבים.

ישנם כמה סוגים של רשתות תקשורת מחשבים בתחום הרכב, אולם הרשת המהירה והיעילה מכולן היא ה-CAN Bus (ר"ת Controller Area Network), שהיום היא סטנדרט בכל מכונית פרטית. למערכת יש מחשב אחד שמשמש כאינטרפייס (ממשק), ודרך שני חוטים מלופפים המערכת מעבירה מידע בין כל המחשבים. מהירות העברת הנתונים של ה-CAN Bus הינה בין 500 ל-1,000 נתונים בשנייה. מספיק נתונים כדי לספק תגובות מחשב מהירות לכל אחת מהמערכות. ב.מ.וו הייתה הראשונה שיישמה את מערכת העברת הנתונים הזו באופנועים, כשהיום המערכת היא כמעט סטנדרט בכל אופנוע יוקרתי שעושה שימוש בכמה מחשבים. אגב, הצרפתים מוכרחים להיות שונים, ולכן בפיג'ו ובסיטרואן המערכת נקראת 'מולטיפלקס', על אף שמדובר ב-CAN Bus לכל דבר ועניין.

בקרת החלקה

בקרת החלקה, בקרת אחיזה, בקרת משיכה, בקרת יציבות – כל אלו שמות שונים של אותה המערכת פחות או יותר. מערכת בקרת האחיזה מזהה שינויי מהירויות בין שני הגלגלים בזמן תאוצה, כלומר סיבוב יתר של הגלגל האחורי (החלקה בתאוצה), ומפחיתה את כוח המנוע על ידי הקטנת ההזרקה ואיחור ההצתה.

מערכות פשוטות, כמו למשל בכלים היפניים, עובדות רק על מחשב ניהול המנוע ומפחיתות את מומנט המנוע תוך כדי החלקה בתאוצה. מערכות מתקדמות יותר, כמו בכלים האירופאיים היוקרתיים, משלבות את מערכת ה-ABS עם מחשב ניהול המנוע (שוב, על ידי תקשורת CAN Bus), ויודעות לווסת את כוח המנוע הרבה יותר טוב ועל ידי כך לקבל הפחתת כוח חלקה יותר, בלי המכה הנלווית לניתוק המנוע. ברכבים המערכת נקראת ככלל ESP (ר"ת Electronic Stabillity Program). באופנועים השמות שונים בין היצרנים, אבל שוב – מדובר באותה המערכת שפועלת על אותם העקרונות.

סעפות יניקה משתנות

בואו נשלב את האלקטרוניקה עם קצת מכניקה. סעפות יניקה משתנות מאפשרות להעביר את האוויר מגופי המצערת לסעפות היניקה דרך שני צינורות שונים – בסל"ד נמוך דרך צינור ארוך וצר ובסל"ד גבוה דרך צינור קצר ועבה. באופן כזה מגיעים למהירות זרימת תערובת קרובה יותר לאופטימלית בכל תחום סל"ד, והתוצאה – הגדלת המילוי הנפחי וכפועל יוצא מומנט המנוע. השינוי מתבצע על ידי מדף חשמלי שנשלט על ידי מחשב ניהול המנוע כתלות בסל"ד.

מערכות של סעפות יניקה משתנות קיימות ברכבים פרטיים החל מתחילת שנות ה-2000, וימאהה היא החלוצה של הטמעת הטכנולוגיה הזו לאופנועים – ב-R1 וב-R6. יחד עם זאת, כנראה שמבחינת עלות/תועלת המערכת לא הוכיחה את עצמה, מכיוון שפרט לשני דגמים אלו המערכת לא מצאה את מקומה באופנועים.

תזמון שסתומים משתנה

בואו נישאר במכניקה, וגם נישאר במילוי נפחי. גלי הזיזים הם אחת הפשרות הגדולות במנוע בכל מה שקשור למילוי נפחי. בלי להיכנס להסברים מסובכים – גל זיזים (שתפקידו לפתוח ולסגור את שסתומי היניקה והפליטה – בתזמון המדויק כמובן) מתוכנן בצורה כזו שייתן את המילוי הנפחי המקסימלי בסל"ד מסוים – בהתאם לשיא המומנט ולאופי המנוע. אם היה אפשר לשנות את גל הזיזים כך שיפתח את השסתומים בזווית אחרת – מוקדם יותר או מאוחר יותר – היינו יכולים לשפר את המילוי הנפחי בתחומי סל"ד שונים ובכך להגיע למנוע יעיל וחזק יותר.

ובכן – אפשר. מערכות תזמון שסתומים משתנה (VVT – ר"ת Variable Valve Timing) יודעות להזיז את גל הזיזים על צירו ובכך לקדם או לאחר את תזמון השסתומים. גם מערכות כאלה הן כמעט סטנדרט במכוניות, ומספיק להסתכל על סוזוקי סוויפט שבה רשום על הצד VVT כדי להבין את זה. האופנוע הראשון שקיבל מערכת כזו הוא ה-GTR1400 של קאוואסאקי, עוד ב-2006, אולם כעת דוקאטי לקחת את זה צעד קדימה עם המולטיסטראדה DVT, כשכל המערכת נשלטת על ידי מחשב. החיסרון במערכות האלה הוא המחיר הגבוה והמקום הרב שהן תופסות, אולם בדוקאטי הצליחו להקטין את המערכת למינימום, הרבה בעזרת פיתוח של אאודי. גם הימאהה Nmax125 החדש עושה שימוש בתזמון שסתומים משתנה, אולם פרטים טכניים על המערכת טרם שוחררו ולכן אנחנו לא יודעים מה בדיוק יש שם. אגב, בתחום הרכב היוקרתי לא רק שיש תזמון שסתומים משתנה, אלא הפרופיל עצמו של הזיזים משתנה על מנת להגדיל את להקטין את זווית פתיחת השסתום.

ישנן מערכות רבות נוספות שזלגו מרכבים לאופנועים. לוחות שעונים משוכללים עם מחשבי דרך ומחשבי ניהול, בקרת שיוט, מתלים סמי-אקטיביים ועוד, אבל צריך להשאיר חומרים גם לפעמים הבאות.

גם אחרי כמעט ארבעים שנות רכיבה, מסתבר שיש עדיין מקום לכל מני 'פעם ראשונה ש…'.  איזה כיף, לא? רק שהמקרה שמביא אותי לכתוב את הטור של החודש לא היה כזה מלבב. הלוואי שזה היה משהו כמו 'פעם ראשונה שאני קופץ לים עם אופנוע ממעגן'. אז לא. מדובר בפעם הראשונה בחיים שאני חוטף את הרוע המוזר והחמקמק הזה שנקרא באנגלית ARM PUMP .

שבועיים אחורה. מרוץ ראשון לעונת הקלאסיים באיטליה, מקצה דירוג ראשון. שעה לפני המקצה אני מרכיב את מחממי הצמיגים, וככה בדרך אגב מציץ אל הבפנים של קליפרי הברמבו של הקאוואסאקי. אופס, נותרו פחות מ-2 מילימטרים של עובי חומר ברפידות. לא טוב. בכלל לא טוב. עם הלחץ שיש לי בתקופה האחרונה בעבודה בקושי בדקתי את האופנוע לפני שהעליתי אותו לנגרר, ועכשיו אני חוטף את התוצאות של החיפוף. האמת היא שהתכוונתי להתחרות עם אופנוע אחר וברגע האחרון נאלצתי לשלוף אותו. תירוצים, אני יודע. שולף את ארגז החלפים למרוצים שיש באוטו, הופך את כולו בטירוף על הרצפה, ושולף משם סט רפידות לשעת חירום. לא תרכובת למרוצים כמו הסט על האופנוע, אבל עם כל כך מעט זמן לפני המקצה, זה הפתרון היחידי בעצם. חברתי לורלה מביטה בתימהון מהול בעצבים על ערימת החלקים שהשארתי לה מתחת לחופה בזמן שאני עולה על האופנוע ויוצא למקצה. שתי הקפות כדי 'להריץ' את הרפידות מעט, מתחיל ללחוץ, ובסוף הישורת הראשונה מגיע רגע 'הו שיט!' רציני. האופנוע פשוט לא בולם, או לפחות זה לא דומה בכלל לעוצמת הבלימה עם רפידות המרוץ.

בבלימות הבאות אני לוחץ את ידית הבלם כמעט בכוח כפול, ואיכשהו מצליח לא להמשיך ישר ברוב הפניות. נכנס לפיטס, ומסתבר שהזמנים לא ממש רעים, רק שכאשר אני מוריד את החליפה משהו בשרירי האמה הימנית לא נראה ממש נורמלי. למה הם פתאום נראים פי שניים בגודל? כאשר אני יושב לאכול עם לורלה, אני קולט שאני בקושי מצליח להחזיק את המזלג ביד. במקצה הדירוג השני אני מבין שהמצב על גבול המסוכן. לא רק שעכשיו אין לי כוח ללחוץ את הידית בכוח הדרוש עם הרפידות הפחות טובות, אלא שאני אפילו מתקשה לפתוח גז עד הסוף ולהחזיק את הכידון כמו שצריך, ואני חותך החוצה הרבה לפני שהמקצה נגמר. כעת זה לא רק השריר שתפוס לגמרי כי אם גם הגידים שכואבים בכל פעם שסוגרים את היד.

אפשר להסתלבט על פדרוסה שהוציא את עצמו מה-MotoGP בגלל בעיה דומה (השדרנים האיטלקים נוהגים לכנות אותו 'קמומיל', אגב), אבל כאשר אתה חווה את התופעה מיד ראשונה, אתה מבין כמה זה נורא להיות ב- 200 קמ"ש פלוס ולהרגיש שאתה רק בחצי שליטה על הכידון, בלמים וגז. למחרת, עם קצת מנוחה, המצב משתפר מעט. אני גם מאתר סט רפידות עם החומר הנכון (תרכובת ה-SC של ברמבו מומלצת בחום גם לכביש), ומצליח לסיים את המרוץ במקום השלישי רק בגלל ששלוש הקפות לסיום מישהו מתפוצץ קשות, מונף דגל אדום והמרוץ מופסק. חותם שלא הייתי יכול להחזיק קצב סביר אם המרוץ היה ממשיך, ובטח הייתי מתחיל לנשור אחורה.

אז אם בטכנוקרט מהעבר עסקנו בארגונומיה, תנוחת ישיבה ונוחות העכוזיים, הרי שלמערכת המשולבת של אדם-מכונה יש עוד היבט: ביומכאניקה. הדוגמה הפשוטה ביותר למה זה אומר יכולה להיות צבת/מקצץ. ליד שלנו יש כוח אופייני שאנחנו מסוגלים ללחוץ איתו נניח 50 ק"ג. אבל כדי לקצוץ חוט ברזל פשוט עם צבת, 50 ק"ג לא יספיקו, אז על ידי שימוש בעיקרון המנוף, בצד האחיזה של הצבת יהיו לנו זרועות באורך של נניח 15 ס"מ בזמן שבצד שבו יש את להבי הקיצוץ האורך הוא רק 3 ס"מ כך שהכוח מוכפל פי חמישה ואז אנחנו יכולים להפעיל על חוט הברזל המסכן 250 ק"ג של כוח.

אם רוצים לפשט, אפשר לומר שבמה שנוגע  לביומכאניקה של אופנוע, התורה כמעט מתחילה ונגמרת כאן. בנקודות העיקריות שבו יש ממשק ביומכאני של רוכב עם האופנוע, ידיות (בלם קדמי, מצמד וכידון), רגליות (בלם אחורי, הילוכים) וידית הגז, יש לנו בעצם עסק עם ניצול כוח פיזי שאנחנו מסוגלים ליצור מול הכוח המכאני שנדרש כדי להפעיל את אותה מערכת. על ידי הכפלה די פשוטה של הכוח באמצעות כמה סוגים בסיסיים של מערכות מנופים ו/או מנגנונים הידראוליים, אפשר לייצר את הכוחות האדירים הללו גם אם יש לנו יכולת ללחוץ בכוח של חמישים ק"ג בלבד. התרגום המיידי של  דוגמת הפלאייר לאופנוע, מצוי כמובן בידיות הבלם והמצמד. אם לוקחים יחס בין אורכי מנוף היד למנוף המשאבה של  1 ל-5, הרי שעם לחיצה של 50 ק"ג, הבוכנה נלחצת בכוח של 250 ק"ג. הוסיפו לכך את ההכפלה ההידראולית בין קוטר בוכנת המשאבה לבין קוטר הבוכנות בקליפר (קוטר בריבוע לחלק לקוטר בריבוע) ותגלו שבמו ידיכם אתם מצליחים ללחוץ את רפידות הבלם בכוחות שיכולים להגיע לטון או אפילו שניים!

לפי ההסבר הזה חלק מכם בטח יגיע למסקנה המבריקה שאם רוצים כוח בלימה יותר גדול, כל מה שצריך לעשות זה לשנות את יחס האורכים בין נקודת הכוח של היד לבין זו של המשאבה, ואתם יודעים מה – אתם אפילו צודקים. רק שאת הפטנט לרעיון הפשוט כבר רשמו חברות  כמו ברמבו ו-AP RACING אשר מציעות לרייסרים המקצועיים שבינינו משאבות עם יחס יד/מנוף מתכוונן – פטנט שקיים גם בלא מעט מנופי בלימה של  אופני הרים. לרעיון יש גם מגבלות, שכן מעל יחס הכפלה מסוים הכוחות הם כל כך גדולים, שחלקים שנראים לכאורה מוצקים ועמידים כמו הקליפרים וצינורות נוזל הבלמים (אפילו אם הם מפלדה שזורה), מתחילים להתעוות, והדבר מורגש בידית כסוג של  גמישות. תתפלאו, יש אנשים (ואני ביניהם) שלא אוהבים ידית  בלם מוצקה מדי, והגמישות הזו מוסיפה מעט לתחושה של מה הבלם הקדמי עושה בדיוק. אחרים אוהבים אותה 'בטון'. משאבות בלם כמו ה-19 RCS של ברמבו או ה-CP4125-26 של AP יכולות להציע פתרון כדי למצוא את הנקודה האופטימלית של 'רגישות' הבלם הקדמי

עם זאת, הביומכאניקה של היד בכלל ושל לחיצה באמצעות אצבעות היד יותר מורכבת ואינה רק עניין של אורכי מנוף. אם תביטו בווידאו הבא:

הווידאו נעשה באמצעות דגם שמדמה את פעולת הגידים (החוטים בווידאו), ותראו שכאשר לוחצים את היד, אלו הגלילים (PHALANX ברפואית מדוברת) הקרובים לכף היד שמסוגלים לייצר יותר כוח. אם תרצו הסבר פשוט, הרי שהמנוף שלהם יותר קטן כך שהם מייצרים יותר כוח. התמונה אולי גם יכולה לתרום להסבר

לא כאן המקום להיכנס לפרטים כמו למה ואיך, אבל ממדידות שנעשו עם הדוגמה של הפלאייר, מתברר שיש מרחק אופטימלי בין שתי הידיות של הפלאייר בו היד מצליחה להפיק את  הכוח הגדול ביותר. אם במקום אחת מידיות הפלאייר תציבו את הצינור של הכידון, הרי שתבינו שיש חשיבות גדולה למרחק שבין הידית לכידון. מרחק לא אופטימלי יכול לגרום לירידה בכוח של 20-25%. זה לגמרי לא מקרה שמזה עשרים שנה או יותר ידיות בלם קדמי עם אפשרות לכיוון של המרחק לכידון נכנסו לעולם הייצור הסדרתי. הידיות הללו נמצאות כמעט בכל אופנוע בנפח בינוני ומעלה, אבל כמה מכם התעכבו על לנסות לרכב עם הידית במצבי כיוון שונים כדי למצוא את זה אשר מניב את כוח הבלימה האופטימלי ופחות עייפות בשרירים? מניסיון, שווה לשחק קצת. רוב הסיכויים שתגלו שידית יותר  קרובה לכידון (בתנאי שהיא לא מתנגשת בכידון או לוכדת את אצבעות היד הקטנות) תניב את כוח הבלימה הטוב ביותר. ידית מרוחקת מדי עושה שימוש בחלק הקדמי של האצבעות אשר מבחינה ביומכאנית, כאמור, יותר חלשים.

ידיות בלם מתכווננות במרחק לכידון אמנם מוכרות, אך מעטים חושבים במובן הזה גם על ידית המצמד. ברכיבה עירונית למשל, מדובר בידית לא פחות חשובה שעושים בה שימוש גדול בהרבה. אז מסתבר שיש גם ידיות מצמד מתכווננות, וכמו עם ידית הבלם הן יכולות לעשות הבדל של יום ולילה לרוכב. הן מקובלות יותר באופנועים במיצוב גבוה, אך לעתים קרובות ידיות מצמד מתכווננות של דגמים יקרים יכולות להיות מותקנות גם באופנועים רבים אחרים. הידית שבתמונה למשל היא לטריומף דייטונה 675, אבל נראית כאחת שיכולה להתאים ללא מעט אופנועים אחרים. אני מתכונן לבדוק בקרוב מכיוון שגידי יד שמאל שלי גם מתחילים להראות סימני התעייפות מעבודת היום-יום עם העכבר של המחשב (אני איטר יד ימין). אחרי המבוא לביודינמיקה הקצר הזה וכיסוי נושא הידיות שעל הכידון, יגיע תורם של האזורים האחרים. סבלנות.

לקח קצת זמן, בדרך היו לנו נתוני מכירות, תוצאות בחירות וגם זמני הקפה במבחנים, אבל בסוף הגענו אל הנסיך של אולמות הייצור, האליל של המפעל – תהליך העיבוד השבבי. ולמה לשלל התהליכים שנכנסים תחת המטריה של עיבוד שבבי (ויש לפחות עשרה) יש כזו הילת כבוד, הוד והדר? אולי זה מתחיל מהדיוקים המטורפים שנמדדים גם באלפיות מילימטרים שמרתקים את הדמיון, או אולי אלו השבבים עצמם שנוצרים, מין פסלים קינטיים אשר מצטברים בערימה ליד המכונה ויכולים להראות כמו רעמת תלתלים בוהקים ושבירים? בעיניי הקסם של העיבוד השבבי הוא בפעולה הכה מכאנית שיוצרת את אותם שבבים. מי שראה פעם מחרטה בעבודה או חרט בעצמו, התקשה להישאר אדיש מול הקסם שבו החומר שמסתובב מקבל צורה תוך שחרור טלטלי מתכת לאוויר. תראו כאן איך יציקה לא מאוד יפה הופכת לחלק מדויק בזכות העיבוד השבבי, וגם זום על איך השבב נוצר.

https://www.youtube.com/watch?v=4bOzJiYAZD4

בבסיס של כל תהליך עיבוד שבבי נמצא השבב כמובן, אבל עוד יותר נכון לומר – הפעולה המכאנית שיוצרת אותו שבאנגלית אגב מקבלת את השם הכללי MACHINING או CUTTING. בגדול מדובר באותה פעולה ממש שאנחנו עושים כאשר אנחנו מעבירים סכין מעל קוביית חמאה כדי להפיק שבב דקיק שקל למרוח על פרוסת לחם. אז פעולת עיבוד שבבי פירושה שיש קודם כל תנועה יחסית בין החומר שרוצים לעבד לבין סכין, ובגלל הגיאומטריה המיוחדת באזור החוד של אותה סכין, מהתנועה היחסית מתקבל שבב של החומר המעובד, בין אם זו חמאה או מתכת. אבל כאשר מדובר במתכת, הזוויות אינן דומות כלל לזוויות החיתוך של סכין מטבח. על מנת שסכין של מחרטה תוכל להתמודד עם הוצאת שבב מגליל פלדה, היא צריכה להיות עמידה עד מאוד בפני כוחות עצומים, ומשום כך סכין של מחרטה (ורוב הכלים האחרים לעיבוד שבבי) נראית כמעט כמו מין מלבן ארוך שאמנם הפינות שלה חדות, אך לעין בלתי מיומנת זה יראה כמו משהו שלא יכול לחתוך כלום, בטח לא פלדה.

עיינו בתרשים של סכין חריטה בעבודה ותראו איך בכל זאת, למרות הכהות לכאורה, אם נפעיל כוחות מאוד גדולים, הסכין כן תפיק שבב. אם נישאר בניסויים שלנו בחמאה, הרי שאם תעמידו את הסכין גם בכמעט תשעים מעלות לחמאה ותסיעו אותה לאורכה, תראו שגם כך אפשר להפיק שבב, ושהוא אולי אפילו יותר שימושי למריחה. למרות שזה נשמע קצת הזוי, בחלק גדול מתהליכי העיבוד השבבי שבב המתכת מופק ממש כך, בפעולה שהרבה יותר דומה לתלישה או גזירה של החומר ועיוות פלסטי שלו מאשר לחיתוך של שכבה כמו בגילוף עץ. עדיין לא מאמינים? הווידאו הזה הוא תקריב של סכין עיבוד שבבי בזמן של כרסום לוח פלדה קשה. מי היה מאמין שמתכת בעצם מתנהגת כמו פלסטלינה אם מפעילים עליה לחץ פיזי לא מתון בכלל.

אפשר היה לסיים פה את הסיפור. בין אם זה מקדח, כרסום, FLY CUTTER  ועוד, תהליך התלישה-גזירה-מעיכה הזה דומה בכל המקרים ומה שמשתנה זה הדרך שבה מבוצע העיבוד השבבי. אם במחרטה זו המתכת מסתובבת כנגד הסכין, הרי שבכרסום של משטח המתכת מקובעת וזו הסכין שזזה. הסרטון הראשון מראה איך זה היה פעם ואיך זה עדיין ברמה של סדנה קטנה. כמובן שבאולמות הייצור אין את כל הזמן  שבעולם כדי לתת לסכין בודדת לעשות את המלאכה המרובה, וה-FLY CUTTER הופך לחלק מסובך וגדול אשר המסוגל להחזיק עשרות סכינים מסתובבות אשר עושות את אותה המלאכה בשניות בודדות. אזורי האטימה השטוחים של כל יציקות המנוע והמכסים שלו ובעיקר האזור הקריטי שבין ראש המנוע לבלוק, מגומרים באופן זה.

כדי לחוות קצת עיבוד שבבי לא צריך להרחיק לכת לאולם ייצור אקזוטי ואפילו לא לבית מלאכה קטן בפינה, ואפשר להשאיר לרגע בצד את החמאה. אם יש לכם מקדחה ידנית ואתם קודחים איתה במתכת, הרי שאתם גם מבצעים פעולה של עיבוד שבבי, בלי שידעתם על זה אפילו. בקצה של כל מקדח מתקיימות בדיוק אותן זוויות שתיארתי קודם, ובעצם ההבדל היחידי בין מקדח למחרטה הוא שבראשון מסובבים את כלי העיבוד השבבי ובשני זהו החומר שמסתובב כנגד הכלי.

לכל כלל יש יוצא מהכלל, ולמרות שגם אנשי עיבוד שבבי ותיקים עלולים להתנער מהרעיון, הרי שמבחינה מדעית גם תהליכי השחזה עם אבן שייכים לעיבוד השבבי. אותה אבקה שנוצרת בזמן שמשחיזים פיסת מתכת על אבן משחזת עשויה בעצם ממיקרו שבבים (וחתיכות של אבן המשחזת עצמה), ומי שלא מאמין יכול לנסות להעביר מגנט דרך האבקה – תמצאו שם שבבי מתכת שאפשר לראות בקלות עם זכוכית מגדלת.

את השבבים הללו מפיקות השפות המחודדות של האבנים הקטנות מהן עשויה אבן ההשחזה. למי שיצא לעבוד עם אבן משחזת לחובבים, בטח ראה שבצד אחד של המכשיר יש אבן גסה ובצד השני יש אבן עדינה. אחד היתרונות העיקריים של עיבוד שבבי בהשחזה הוא שניתן לשלוט ברמה מאוד מדויקת על טיב פני השטח המגומרים לפי גסות אבן העיבוד. יתרה מזאת, הקשיות העצומה של האבנים הקטנות המרכיבים את גלגל ההשחזה מאפשרת עיבוד של מתכות קשות במיוחד או כאלה שעברו תהליכי הקשיה וחיסום.

גם בתחום הזה יש הרבה חדשנות והתפתחויות, והרבה משימות שבעבר יכלו למלאות רק אבני השחזה ניתנות כיום לביצוע בעיבוד שבבי קלאסי בזכות להבי חיתוך מטיפוס קרבידי (CEMENT CARBIDE) שכבר קשים לכשעצמם ואשר מצופים כיום בזמן הייצור בשכבות גימור אקזוטיות כמו ה-DLC הלא הוא ה-DIAMOND LIKE CARBON. ויש כאן אפילו מקום לגאווה ישראלית לא קטנה, למרות שאין בישראל מפעלי מתכת בסדרי גודל של מפעל מכוניות או אופנועים. מפעל ישכר שבתפן נחשב לאחד המובילים בעולם בתחום ייצור של אותם להבי קרביד לעיבוד שבבי, ומספק את הרכיב החשוב הזה לעשרות יצרנים. יש סיכוי טוב שלפחות חלק מפעולות העיבוד השבבי באופנוע שלכם בוצעו עם להבים מתוצרת ישראל. ויש גם חדשנות בתחום המכונות עצמן, בעיקר מהסוג שמכונה CNC, ובעברית – בקרה ספרתית ממוחשבת. עד לפני לא הרבה שנים שימוש במכונות עיבוד שבבי CNC היה מוגבל לתעשייה התעופתיות והצבאיות היקרות, בזמן שבאולמות הייצור ההמוני שלטו מכונות פשוטות שידעו לעשות רק דבר אחד. אבל הצורך להעביר חלק ממכונה למכונה, ללפות אותו בדיוק הרצוי ועוד, גרמו לחדירה של 'מרכזי עיבוד שבבי' גם לייצור ההמוני. מכונות ענקיות שבהן חריטה וכרסום מתערבבים לגמרי ולא ברור מי זז ומי עומד, אבל החלק יוצא כמעט גמור מתחנה ענקית אחת. בווידאו האחרון תראו גל ארכובה מתחיל את דרכו בתור גוש פלדה (בזמן שגל הארכובה של אופנוע נוצר בבסיסו מפעולת חישול), ותהליך העיבוד השבבי שלו מדגים היטב את רמת התחכום של המכונות לעיבוד שבבי של ימינו. בטכנוקרט הקרוב נדבר על תהליכי העיבוד השבבי היותר אקזוטיים, אבל בינתיים, מקווה שיש לכם רבע שעה פנויה כדי ליהנות מהמיצג הרובוטי הזה.

https://www.youtube.com/watch?v=81UjjSH2iFw