תגית: מנועים

בהארלי ממשיכים לפתח את המנועים המייחדים אותם ועובדים על מנוע וי-טווין חדש ומקורר אוויר – 3 שנים אחרי שהוצג מנוע המילווקי אייט.

בתרשים פטנט שהוגש למשרד הפטנטים בארה"ב נראה שבהארלי עובדים על מנוע חדש עם מערכת שסתומים חדשה בראש המנוע שתאפשר נשימה בסל"ד גבוה יותר – לעומת משפחת מנועי המילווקי אייט (בתמונה בראש הידיעה) שהוצגה ב-2016. בתרשים אנו רואים שלכל אחד משני הצילינדרים יהיו ארבעה שסתומים (כמו במנוע הנוכחי) אך בצידי הצילינדרים יהיו מוטות-דחיף (pushrods) שיתפעלו את השסתומים.

מערכת מוטות הדחיפים היא זאת שמעבירה את התנועה הקווית מגל הזיזים אל הנדנדים, ודרכם אל השסתומים שנמצאים בראש המנוע, ומאפשרת את סגירתם ופתיחתם. הדבר צפוי להעלות את גבול סיבובי המנוע לכיוון ה-7,000 סל"ד לעומת 5,500 סל"ד במנועים הקיימים.

קרוב לוודאי שדור המנועים החדש ייחשף בדגמי 2021. נמשיך לעדכן.

עולם האופנועים עומד בפני מהפכה נוספת: בינואר 2020 תיכנסנה לתוקף תקנות יורו 5 לפליטת מזהמים ברכבים דו-גלגליים, וזה יקרה 3 שנים בלבד אחרי כניסתן לתוקף של תקנות יורו 4 – שעשו גם הן מהפכה לא קטנה.

מהפכה ראשונה – יורו 1, 2 ו-3

אם מסתכלים על ההיסטוריה, הרי שהחל מ-1997 החל האיחוד האירופאי להילחם בזיהום אוויר מכלים דו-גלגליים, כשב-1999 נכנסו לתוקף תקנות יורו 1. עד כניסתן לתוקף של תקנות יורו 3 בשנת 2007, המלחמה העיקרית הייתה בפליטת מזהמים רעילים ממנועים – תחמוצת פחמן (CO), פחמימנים (HC – חלקיקי דלק ושמן לא שרופים), ותחמוצות חנקן (NOx) – כשתקנות יורו 3 הורידו את הערכים של שלושת המזהמים הללו לערכים נמוכים מאוד.

על מנת לעמוד בתקנות יורו 3, היצרניות נאלצו לשפר משמעותית את מערכות ההזרקה וניהול המנוע, וכן את טכנולוגיות הבעירה בתוך תאי השריפה – שנובעות בין היתר ממשטרי זרימה בראש המנוע. בנוסף, אל מערכות הפליטה התווספו ממירים קטליטיים תלת-דרכיים אשר הורידו עוד יותר את רמות המזהמים בגזי הפליטה.

מהפכה שנייה – יורו 4

תקנות יורו 4, שכאמור נכנסו לתוקף מלא ב-1.1.18 (החל מ-1.1.17 כלים חדשים חויבו לעמוד בתקנות, ואילו החל מ-1.1.18 גם כלים קיימים חויבו לעמוד בהן), היו השלב הבא והלכה למעשה היוו את המהפכה השנייה. מעבר להפחתה נוספת בכמות המזהמים – מה שדרש מערכות ניהול מנוע מדויקות יותר ומערכות פליטה גדולות ומסרסות יותר – נוספו לתקנות גם חובת מחזור אדי דלק ממיכל הדלק בזמן חניה, מערכת דיאגנוסטיקה עצמית דור 1 (OBD1), חובת מערכת ABS לכלים בנפח של מעל 125 סמ"ק, וכן דרישה שגם אחרי 20,000 ק"מ המערכות תתפקדנה כחדשות וכמות המזהמים תעמוד בתקן.

אם תיקחו למשל כלי קיים, שיצא לשווקים לפני 2017 (יורו 3) וממשיך בייצור אל תוך 2018 ו-2019 (יורו 4), תגלו שב-2018 נוספו לו שקע דיאגנוסטיקה לחיבור למחשב – לאבחון תקלות ועדכוני תוכנה, קניסטר חיצוני למחזור אדי דלק, ואם הכלי הגיע עם אופציה למערכת ABS – הרי שמ-2018 ה-ABS מגיע כסטנדרט וכחובה על-פי התקנות החדשות.

מהפכה שלישית – יורו 5

עדיין לא התאוששנו מתקנות יורו 4 וההשלכות שלהן על האופנועים והקטנועים שעליהם אנחנו רוכבים, וכבר מגיעות אלינו במהירות תקנות יורו 5. התקנות החדשות תיכנסנה לתוקף ב-1.1.2020 לכלים חדשים, ואילו כלים שכבר מיוצרים יצטרכו לעמוד בתקן החל מ-1.1.2021.

תקן יורו 5 בראש ובראשונה מהדק את ההגבלות על פליטת מזהמים. כך למשל רמת ה-CO תרד מרמה מקסימלית של 1.14 גרם/ק"מ ביורו 4 ל-1.00 ג'/ק"מ ביורו 5, רמת ה-HC תרד מ-0.17 ל-0.10 ג'/ק"מ, ואילו רמת ה-NOx תרד מ-0.09 ל-0.06 ג'/ק"מ (טבלה מלאה בתחתית הכתבה) בנוסף לאלה, תקנות יורו 5 תגבלנה לראשונה כמות חלקיקים חומציים מזהמים ל-0.045 ג'/ק"מ, כשבתקנות הקודמות לא הייתה התייחסות לחלקיקים שאינם תחמוצות פחמן (CO), תחמוצות חנקן (NOx) ופחמימנים (HC). המשמעות היא עוד מסנני חלקיקים, ממירים קטליטיים גדולים יותר, וכפועל יוצא מערכות פליטה גדולות, כבדות, שקטות ומסרסות יותר, אבל גם תצרוכת דלק נמוכה יותר.

תקן יורו 5 גם מחייב כאמור מערכת לקליטת אדי דלק ממיכל הדלק – כמו ביורו 4, כשאדי הדלק שנקלטים בקניסטר, שעשוי פחם ופחמן פעיל, מוחזרים אל המנוע בעת שהוא מונע מחדש. אוקי, עד כאן אין חדשות מרעישות.

תקן יורו 5 גם מתייחס לאורך החיים של הגבלת המזהמים. אם עד יורו 3 רק אופנועים חדשים שיצאו מהמפעל היו חייבים לעמוד בהגבלות המחמירות על פליטת מזהמים, ולאחר הרכישה הרוכב יכול היה לעשות כאוות נפשו, הרי שביורו 4 כבר ישנה הגבלה נוספת של 20,000 ק"מ שבהם האופנוע או הקטנוע חייבים לעמוד בתקנות מבחינת פליטת מזהמים. בתקנות יורו 5 הלכו צעד נוסף קדימה, והכלים יהיו חייבים לעמוד בתקנות על הגבלת המזהמים לכל אורך חייהם – ללא הגבלת גיל או ק"מ. המשמעות – יהיה קשה יותר להתקין מערכות פליטה פתוחות ומשוחררות. ראינו את התהליך הזה ביורו 4, כשיצרניות מערכות הפליטה שחררו לשווקים דודים שאמנם קלים יותר, אבל הם שקטים מאוד ועומדים בתקנות זיהום האוויר, והתהליך הזה ימשיך ויתחזק גם אל יורו 5.

OBD II

אבל לא הכל פועל לרעת הרוכבים. אחד הדברים החשובים שיורו 5 יביא איתו הוא תקן מחייב למערכות דיאגנוסטיקה לרשת מחשבי האופנוע – השלב השני של OBD (ר"ת On-Board Diagnostics).

השלב הראשון התחיל ב-2017 ו-2018, עם יישום תקנות יורו 4, והוא חייב את היצרניות לשנות את מערכות ניהול המנוע כך שיהיה בהם שקע דיאגנוסטיקה לחיבור למחשב לצורך קריאת קודי תקלות ועדכוני תוכנה. לחלק מהיצרניות היה שקע כזה בדגמים כאלו ואחרים, אולם תקן OBD1 של יורו 4 כבר חייב את היצרניות בקודי תקלות קבועים – בדומה למה שקורה בתחום הרכב כבר יותר מ-20 שנה.

השלב השני – OBD2 – כבר יחייב את היצרניות לספק שקע דיאגנוסטיקה אחיד וקודי תקלות אחידים – בדיוק כמו שיש בתחום הרכב ה-4 גלגלי. המשמעות היא אבחון תקלות אחיד לכל האופנועים והקטנועים, בניגוד גמור למה שקורה עכשיו – שלכל יצרנית יש את החיבור הייחודי שלה ואת התוכנה הייחודית שלה. אחרי יורו 5 יהיה כאמור שקע אחיד ותקן אחיד, כך שכלי אבחון בסיסי יאפשר לאבחן תקלות ניהול מנוע וניהול אופנוע (מחשב ניהול מנוע, מחשב ABS, מחשב לוח שעונים וכו') בכל האופנועים והקטנועים.

זה לדעתנו מהלך מעולה שיעשה סדר בתחום אבחון התקלות ויאפשר לכל רוכב לרכוש תקע דיאגנוסטיקה OBD II עם קישורית בלוטות', ולבצע הליך דיאגנוסטיקה לאופנוע שלו ולכל אופנוע אחר על-ידי אפליקציה לטלפון הנייד – בדיוק מה שקורה בתחום הרכב כבר שנים ארוכות.

יחד עם זאת, חלק מהכלים יקבלו החרגה לתקן OBD II החדש. אופנועי טריאל ואנדורו למשל, וייתכן שגם קטנועים קטנים, לא יחויבו בשלב הראשון בתקן OBD II. כרגע מדברים באיחוד האירופאי על אזור 2022, ואולי אפילו 2024 – אז יחויבו גם אופנועים אלו במערכת הדיאגנוסטיקה, או שיימצא עד אז פתרון אחר.

עניין נוסף שקשור למערכת ניהול המנוע הוא האבחון העצמי. בכל מערכת ניהול מנוע תהיה מערכת ניטור ובקרה על גזי הפליטה, שתדליק נורת תקלה בלוח השעונים במקרה ובו פליטת המזהמים גבוהה מהמותר. יחד עם זאת, האירופאים מבינים שטכנולוגיה כזו לא זמינה עדיין לכל היצרניות, ולכן התכנון הוא לחייב את מערכת הניטור והאבחון העצמי רק ב-2025. גם במקרה הזה, לאופנועי טריאל ואנדורו תינתן החרגה והם לא יהיו מחויבים במערכת הניטור.

2 פעימות – הגבלות קשות

כבר ראינו איך תקנות זיהום האוויר הלכו וסגרו על מנועי 2 פעימות ככל שהתקדמו התקנים. כעת, עם יורו 5, יהיה אפילו קשה יותר למנועי 2 פעימות לעבור את התקנות. בק.ט.מ והוסקוורנה כבר פתרו את זה על-ידי מערכות הזרקת דלק אלקטרוניות – שעברו את יורו 4 בקלות, ועם כיוון כזה או אחר עשויות גם לעבור את יורו 5. שאר היצרניות תצטרכנה לעבור גם הן למערכות הזרקה אלקטרוניות, שכן כמו שנראה עכשיו, אין להן סיכוי לעמוד בתקנות יורו 5 עם קרבורטורים, גם אם יגבילו את המנועים אפילו יותר מעכשיו. צפו למערכות הזרקת דלק לאופנועי אנדורו דו-פעימתיים גם מבטא, שרקו, גאס גאס ו-TM – עד שנת 2021.

פליטת מזהמים מקסימלית והתניות נוספות לאורך תקנות יורו

[table id=43 /]

מנוע חדש מהארלי-דיווידסון זה לא דבר שכיח. החברה מחזיקה בדרך כלל מנועים לאורך שנים רבות, לפעמים גם עשור או שניים. אז עכשיו הגיע זמן כזה, והארלי מציגה מנוע חדש שנקרא 'Milwaukee-Eight' – מילווקי-שמונה.

המנוע החדש, וי-טווין 45 מעלות בנפח בסיס של 107 אינצ'ים מעוקבים (1,750 סמ"ק), נקרא כך בשל שמונת השסתומים שיש בראש המנוע שלו – ארבעה בכל צילינדר, וכמובן מילווקי היא העיר שבה נמצא המפעל של הארלי.

המילווקי-אייט מציע קצת יותר הספק, קצת יותר טווח יעיל, פחות ויברציות, תגובת מנוע טובה יותר ו'סאונד טהור יותר' (כך על פי הראלי). או במילים פשוטות – הוא מתאים גם לתקנות יורו 4 ובאופן כללי מנוע מודרני יותר. יחס הדחיסה בו גדל במעט, וקרוב לוודאי שהוא יצרוך פחות דלק ויזהם פחות.

יש 3 גרסאות למילווקי-אייט החדש:

• מילווקי-אייט 107 מקורר אוויר-שמן
• מילווקי-אייט 107 מקורר נוזל
• מילווקי-אייט 114 – מוגדל ל-1,870 סמ"ק ומקורר נוזל

המילווקי-אייט ייכנס לשימוש כבר בשנת הדגם 2017 בדגמי התיור של הארלי (סטריט גלייד, רואד גלייד, אלקטרה גלייד, אולטרה, רואד קינג וכו'), וכן בדגמי הטרייק. קרוב לוודאי שבשנים הקרובות המנוע יתפוס את מקומו בכל ליין הדגמים של הארלי, למעט דגמי הספורטסטר והוי-רוד.

 

האם דוקאטי חוזרת לייצר מונסטרים מקוררי אוויר? כרגע נראה שכן, ויש לכך גם סיבה הגיונית – המונסטר 821 מקורר הנוזל, שנכון להיום הוא המונסטר הזול ביותר במשפחת המונסטרים, הוא פשוט יקר מדי, וכתוצאה מכך המכירות של סדרת המונסטרים – שמהווים את 'הלחם והחמאה' של דוקאטי ומאפשרים לה לפתח דגמים יקרים יותר – ירדו דרסטית. עכשיו תוסיפו לזה את הסבירות שהמונסטר 821 יגדל בשנה הקרובה ל-939 (המונסטר וההיפרמוטארד חולקים את אותו המנוע, וההיפרמוטארד 821 גדל זה מכבר ל-937 סמ"ק בגלל תקנות יורו 4), ותקבלו שהמונסטר הקטן ביותר במשפחה עומד להיות גדול מדי, וכאמור יקר מדי.

דוקאטי לא יכולה להרשות לעצמה ניתוק של סדרת המונסטרים מהמהות שלה – כאמור אופנועים זולים, מעין כרטיסי כניסה לדוקאטי, לכן ההחזרה לייצור של מונסטר מקורר אוויר זול היא מחויבת המציאות, גם בגלל ההגדלה הצפויה של ה-821, וכמובן גם בגלל ייקורו הצפוי. לכן כאמור החברה נמצאת בשלבים מתקדמים של מבחנים אחרי פיתוח למונסטר מקורר אוויר חדש, שככל הנראה יעשה שימוש במנוע ה-803 סמ"ק שמגיע מהסקרמבלר.

המנוע הזה כבר היה בשימוש בדגם קודם של המנסטר – ה-796 – שירד מייצור יחד עם ה-696 במעבר לקירור נוזל, אולם במעבר מהמונסטר 796 לסקרמבלר ההספק ירד מ-87 כ"ס לקצת יותר מ-70 כ"ס, וזאת בשל תקנות יורו 4 שסגרו עליו. כעת, עם המעבר בחזרה למונסטר, קרוב לוודאי שהמנוע עדיין יפיק סדר גודל של כ-70 כ"ס, רחוק מאותו מונסטר 796. אגב, מקורותיו של המנוע מקורר האוויר הזה בעל 2 השסתומים לצילינדר, נמצאים עמוק בהיסטוריה – בדוקאטי פנטה.

אז כדי לעשות סדר, בואו נראה אילו דגמי מונסטר יהיו לדוקאטי החל משנת הדגם 2017, מהזול ליקר: מונסטר מקורר אוויר וזול בנפח 803 סמ"ק, מונסטר 939 מקורר נוזל, מונסטר 1200 ו-1200S גדולים, ומונסטר 1200R יקר ויוקרתי לחובבי הפרימיום. החשיפה הרשמית – בתערוכת מילאנו בתחילת נובמבר.

על תקנות יורו 4 אין רוכב שלא שמע. בשנה האחרונה אנחנו רואים יותר ויותר אופנועים חדשים שעומדים בתקנות האירופאיות האלו, ויש גם דגמים שחודשו לכבוד 2017 והותאמו לתקנות. אבל מהן בכלל אותן תקנות יורו 4 וכיצד הן תשפענה על האופנועים שלנו? בואו נעשה קצת סדר.

תקנות יורו – לשליטה על זיהום אוויר ורעש

תקנות יורו לכלי רכב קובעות סטנדרטים לכלי תחבורה שמשווקים באירופה בכמויות מסחריות – יותר מ-100 כלי-רכב לכל מדינה, והן נוגעות לא רק לזיהום אוויר אלא כמעט לכל תחום שקשור לכלי תחבורה. כשמדובר באופנועים, תקנות יורו קבעו עד היום רמת מזהמים מותרת ממערכת הפליטה, וכן הגבלה על רעש. התקנות יצאו לראשונה בשנת 1999 עם יורו 1, שודרגו ב-2005 ליורו 2, שנתיים מאוחר יותר יורו 3, וכאמור ב-1.1.17, באיחור של שנה מהתכנון המקורי, תיכנסנה לתוקף תקנות יורו 4 לדו-גלגלי – אופנועים וקטנועים. ב-2020, אגב, תקנות יורו 4 תוחלפנה בתקנות יורו 5 המחמירות יותר.

היות והשוק הדו-גלגלי הישראלי נשען על השוק האירופאי, תקנות יורו תקפות גם לרוב האופנועים שיגיעו ארצה.

אם בתקנות יורו 1, יורו 2 ויורו 3 הנוכחי ההתייחסות הייתה לרמת מזהמים ולרעש, הרי שבתקנות יורו 4 נוספו שלוש קטגוריות חדשות. הראשונה מדברת על הגבלה באידוי דלק, השנייה על מערכת OBD (ר"ת On-Board Diagnostics) – תקן קבוע לאבחון תקלות במחשבים, והשלישית מדברת על אורך החיים של ההגבלות. בתחילה אורך החיים מוגבל ל-20 אלף ק"מ, אך החל מיורו 5 והלאה ההגבלות תקפות לכל חיי כלי הרכב הדו-גלגלי.

זיהום אוויר ורעש

תקנות יורו מתייחסות ל-3 סוגי גזים מזהמים בגזי הפליטה, ומגבילה אותם לרמה מסוימת. שלושת הגזים הם חד-תחמוצת הפחמן (CO), פחמימנים (HC – חלקיקי דלק שלא נשרפו בתהליך השריפה), ותחמוצות חנקן מסוג 1 ו-2 (NOx). טבלה מלאה של רמת המזהמים המותרת תמצאו בתחתית הכתבה.

מתקן לתקן הכמות המקסימלית המותרת הולכת ויורדת, והמשמעות היא מערכות פליטה גדולות יותר המכילות ממירים קטליטיים גדולים יותר, שכן הממירים הקטליטיים מנטרלים את הגזים הרעילים שיוצאים מהמנוע למערכת הפליטה. החל מ-2005, למשל, כשמערכות פליטה החלו להכיל ממירים קטליטיים, ראינו איך האגזוזים הופכים להיות גדולים ומכוערים יותר, וגם כמובן שקטים יותר. חלק מהכלים – במיוחד הגדולים – גם נאלצו להגיע עם צמד אגזוזים על מנת לעמוד בתקנות יורו 2 ו-3. תוצאה נוספת של המהלך הייתה עלייה במשקל האופנועים – שוב, בגלל המשקל הנוסף של מערכות הפליטה.

בנוסף, כדי לעמוד בתקנות יורו 3 יצרניות האופנועים נאלצו לתכנת את ניהול המנוע כך שיתאים לתקן, והתוצאה בחלק מהמקרים הייתה 'מצערת רגיזה', כזו שנכנסת לפעולה בפתאומיות החל מפתיחה מסוימת. נשמע לכם מוכר?

כעת, בתקנות יורו 4, מערכות הפליטה תהיינה גדולות יותר, חנוקות יותר ושקטות יותר, כשקשה יותר משמעותית לעבור את התקנות. התוצאה תהיה מנועים חלשים יותר ואופנועים כבדים יותר. דוקאטי למשל, הגדילה את נפח המנוע של חלק מהאופנועים שלה על מנת שלא יהיו חלשים יותר. כך קיבלנו את ההיפרמוטארד 939 שגדל מ-821 סמ"ק, ואת הפניגאלה 959 שגדל מ-899 וקיבל מערכת פליטה כפולה – גדולה וכבדה יותר, כדי לעמוד בתקן.

אידוי דלק – SHED

סעיף נוסף שנכנס לתוקף ביורו 4 הוא ההגבלה על אידוי דלק, כשהכוונה היא לדלק שמתאדה ממיכל הדלק בזמן שהאופנוע עומד. מכירים את זה שהאופנוע עומד בחדר סגור וכשנכנסים לחדר יש ריח חריף של דלק? אז זה זה. התקן נקרא SHED – ר"ת Sealed Housing of Evaporative Determination.

החל משנת 2017, כל אופנוע שעומד בתקנות יורו 4 יהיה חייב במערכת אידוי למיכל הדלק שתמחזר את אדי הדלק. אלו יגיעו בעזרת צינור למיכל חיצוני המלא בפחמן ופחם, ויילכדו בו עד להתנעת המנוע. ברגע שהמנוע יונע, אדי הדלק ימוחזרו ויחזרו למיכל הדלק.

חסל סדר אדי דלק כשהאופנוע עומד. המחיר – מערכת נוספת שתופסת מקום ומעלה את המשקל.

OBD

המונח OBD (ר"ת On-Board Diagnostics) מתייחס לשקע דיאגנוסטיקה שקיים במחשב ניהול המנוע או במערכת המחשבים של האופנוע, ושדרכו ניתן לקרוא קודי תקלות וכן לעדכן את המחשבים והמפות המותקנות עליהם.

במכוניות פרטיות קיים תקן קבוע עם שקע דיאגנוסטיקה אחיד לכולם (OBD2) ועם קודי תקלות אחידים, אולם באופנועים לא היה עד עתה תקן מחייב, כך שלכל יצרנית הייתה את שיטת האבחון שלה. מעתה כאמור יהיה תקן אחיד לכולם, כשהתקן הזה ישוכלל ב-2020 בתקן יורו 5 ל-OBD2.

לדעתנו זה דווקא מהלך מבורך שעשוי לעשות חיים קלים לטכנאי המקצועי או החובב באיתור תקלות במערכות האלקטרוניקה של האופנוע.

אורך חיים

תקנות יורו הקודמות לא התייחסו לאורך החיים של הפחתת זיהום האוויר, אלא למצב שבו האופנוע יוצא מהמפעל בלבד. כעת ביורו 4 ההגבלות בפליטת המזהמים ואדי הדלק חייבות להישמר לפחות 20 אלף ק"מ. זה מצב ביניים בלבד, שכן החל מיורו 5 רמות הזיהום והאידוי חייבות להישמר לאורך כל חיי האופנוע – בדיוק כמו שקורה כיום בכלי רכב פרטיים.

המשמעות – במדינות שבהן בודקים רמת מזהמים בגזי הפליטה במבחן הרישוי השנתי, החלפת מערכת פליטה תהיה משימה בלתי אפשרית. אצלנו בארץ עדיין לא בודקים גזי פליטה במבחן רישוי שנתי, אולם סביר להניח שהיום הזה יגיע.

לבסוף – ABS חובה

כחלק מתקנות יורו 4, כל כלי דו-גלגלי בנפח 125 סמ"ק ומעלה מחויב במערכת ABS למניעת נעילת גלגלים. החריגים הם אופנועי האנדורו בעלי תקינת הכביש, שכן בלחץ היצרניות הם זכו לפטור הגיוני למדי.

ייתכן שאלינו לארץ ימשיכו להגיע גם כלים ללא מערכת ABS, במידה והם לא מיובאים ארצה מאירופה.

תקנות יורו 4 סוגרות עלינו

תקנות יורו 4 תיכנסנה לתוקף באיחור של שנה מהמועד המקורי שתוכנן, שכן היצרניות קיבלו הארכה של שנה כדי להתכונן להגבלות החדשות. המשמעות היא שדגמים חדשים מחויבים לעמוד בתקנות יורו 4 החל מ-1.1.17, ואילו דגמים קיימים שכבר נמצאים בייצור יצטרכו לעמוד בתקנות החל מ-1.1.18.

הרוב המכריע של הדגמים שיצאו בחצי השנה האחרונה כבר עומדים בתקנות המחמירות ותוכננו על-פיהן. חלקם יהיו כבדים וחלשים יותר, כמו למשל ה-MV אגוסטה ברוטאלה 800 החדש. ומה עם דגמים קיימים? ובכן, חלק מהם יישרו קו עם התקנות, אבל קרוב לוודאי שחלק מהדגמים שקיימים היום ירדו מייצור בכלל או שיוחלפו בדגמים חדשים. כך למשל ראינו את הק.ט.מ 125EXC וההוסקוורנה TE125 הפופולריים, שעברו לייצור ברישוי ספורטיבי במקום רישוי כביש, מהסיבה הפשוטה שהם אינם יכולים עוד לעמוד בתקנות המחמירות. בקרוב נראה דגמים נוספים שנעלמים מהנוף, בעיקר בעלי מנועים מקוררי אוויר או דו-פעימתיים.

פליטת מזהמים מקסימלית והתניות נוספות לאורך תקנות יורו

[table id=43 /]

את הנתון הזה אתם מכירים מכל טבלת נתונים של אופנוע: יחס הדחיסה. לנתון הזה ישנה חשיבות גבוהה בביצועי המנוע שלנו. ראשית נסביר כי מדובר ביחס שבין נפח הצילינדר כולל תא השריפה כשהבוכנה נמצאת בנקודה מתה תחתונה (נמ"ת), לבין נפח תא השריפה כשהבוכנה נמצאת בנקודה מתה עליונה (נמ"ע). או במילים פשוטות – כמה נדחסת התערובת שנכנסת לצילינדר. בנוסחה התרמודינמית לנצילות מנוע לנתון הזה יש חשיבות מכרעת, וככל שהוא יהיה גדול יותר – כך תגדל נצילות המנוע. ככל שיחס הדחיסה יהיה גבוה יותר, כך נקבל יותר הספק בגלגל מכל טיפת דלק שאנו שורפים, כלומר ננצל יותר מהדלק להנעת המנוע ופחות לחימום האטמוספרה. במנועי בנזין אגב, נצילות המנוע עומדת סביב 25%; נתון בהחלט לא מרשים. 75 האחוזים הנותרים נפלטים לאטמוספרה כחום. אמר מי שאמר שאנחנו רוכבים על תנורים – וצדק.

אז מה הבעיה אם כן? בואו נעלה את יחס הדחיסה על ידי ייצור תאי שריפה קטנים יותר, ובכך נשפר את הנצילות. מנועי דיזל מודרניים למשל, עובדים עם יחס דחיסה של 20:1 ואף יותר, אז למה מנועי בנזין לא עוברים את ה-14:1, וגם זה רק במנועים ספורטיביים סופר-קיצוניים? אם נעלה את יחס הדחיסה, גם נפיק יותר כוח וגם נזהם ונחמם פחות את האוויר. מה רע? אז זהו שזה שלא רע, אבל גם לא אפשרי. כמו כמעט בכל תחום, גם כאן יש אילוצים שמובילים לפשרות.

האילוץ העיקרי של יחס הדחיסה במנועי בנזין הוא הבנזין עצמו. לחומר החשוב הזה יש בעיה עיקרית – הוא נוטה להתלקחות ספונטנית כתוצאה מחום ולחץ. בזמן מהלך דחיסת התערובת במנוע, אלו בדיוק התנאים ששוררים בצילינדר – חום ולחץ. ההתלקחות הספונטנית הזאת של הבנזין גורמת למספר בעיות, שעליהן נרחיב בהמשך, אך לפני כן בואו נדבר עוד קצת על הדלק.

"95 מלא, בבקשה"

על מספר האוקטן של הבנזין כולכם שמעתם, בעיקר כי אנו נחשפים אל המספרים הללו בכל תדלוק בתחנת הדלק. בניגוד לדעה הרווחת, מספר האוקטן לא מציין אם הדלק טוב או נקי יותר, אלא משהו אחר לגמרי. מספר האוקטן מסמל את ההתנגדות של הבנזין לאותה הצתה עצמית כתוצאה מחום ולחץ. ככל שמספר האוקטן יהיה גבוה יותר, כך הדלק יהיה יציב יותר והנטייה להתלקחות ספונטנית – נמוכה יותר. כלומר, במנועים שבהם יחס הדחיסה יהיה גבוה, יש צורך להשתמש בדלק באוקטן גבוה. זה ברור, אבל זה לא הסוף.

מספר האוקטן של בנזין אשר מזוקק מנפט גולמי הוא לא גבוה במיוחד, ועומד על כ-40-50 בלבד. בבנזין כזה לא ניתן להשתמש במנועי בעירה פנימית, ובמקרה הטוב הוא יהיה יעיל להדלקת מנגל. על מנת להשתמש בבנזין במנועים, כך שיידחס ויתחמם מבלי להתלקח, יש צורך להעלות את מדד האוקטן שלו. איך? על ידי הוספת תוספים. בעבר נהגו להשתמש בתרכובת של אתיל-עופרת, אולם עם הזמן התברר שהתרכובת הזו מזהמת במיוחד ולכן הקטינו משמעותית את המינון של התוסף והחלו להשתמש בתוספים אחרים. דלקים אלו נקראים נטולי עופרת. את מספר האוקטן נוהגים למדוד בשתי שיטות – RON (ר"ת Research Octane Number) ו-MON (ר"ת Motor Octane Number). הראשונה היא שיטה שבה בודקים את הדלק בתנאים קבועים, והשנייה זו המדידה בפועל על מנוע שעובד בתנאים משתנים. מדד ה-RON יהיה גבוה יותר ממדד ה-MON, והוא זה שבו עושים שימוש בארצנו.

עניין של זמן

בין מהלך הדחיסה לבין מהלך העבודה של המנוע, יש זמן קצר שבו מתרחש תהליך שריפה. חשוב לזכור שמדובר בשריפה ולא בפיצוץ, שכן תהליך שריפה הוא איטי והדרגתי יותר (50-100 מטרים בשנייה) לעומת פיצוץ שמתרחש בפתאומיות (פי 20 מהר יותר). בסיום תהליך השריפה האנרגיה הכימית של הדלק הופכת לחום, ולכן בשלב זה הטמפרטורה בתא השריפה, ואיתה גם הלחץ – הגבוהים ביותר. על מנת לנצל את מלוא הלחץ הזה יש צורך לדאוג שתהליך השריפה יסתיים מיד אחרי שהבוכנה תגיע לנמ"ע, וכך הלחץ ינוצל באופן מקסימלי לעבודה יעילה. לשם כך, ובשל העובדה שהשריפה היא תהליך שלוקח זמן, יש צורך להתחיל את תהליך השריפה, כלומר לתזמן את הניצוץ, קצת לפני שהבוכנה מגיעה לנמ"ע. בשפה המקצועית זה נקרא קידום הצתה, והוא משתנה לפי עומס המנוע (מצב מצערת) ומהירות המנוע.

בסל"ד סרק קידום ההצתה נע לרוב סביב 8-10 מעלות של גל הארכובה לפני שהבוכנה מגיעה לנמ"ע. הקידום המקסימלי מתרחש בסל"ד גבוה בלי עומס, והוא עשוי להגיע עד 35-40 מעלות של גל הארכובה. בין לבין הוא משתנה – ככל שהמצערת נפתחת ההצתה מתאחרת, וככל שמהירות המנוע עולה – ההצתה מוקדמת.

למי צלצלו השסתומים?

צריך אבל לזכור דבר נוסף. בזמן תהליך השריפה הבוכנה עדיין עושה את דרכה לנמ"ע כשהיא ממשיכה לדחוס, ולכן הלחץ בתא השריפה גדל. במקביל, חזית הלהבה שנוצרה מהניצוץ מתפשטת, הדלק נשרף, ואיתו עולים הטמפרטורה והלחץ. היות והבנזין אינו יציב בחום ובלחץ, עלולה להיווצר בעיה – דטונציה. כאשר הטמפרטורה והלחץ בתא השריפה עולים, עלולה להיווצר במקום אחר בתא השריפה חזית להבה נוספת, שנוצרה עקב הצתה ספונטנית של הבנזין בגלל התנאים – שוב, חום ולחץ.

כעת, כאשר שתי חזיתות להבה נעות אחת לכיוון השנייה, נוצרות שתי בעיות משנה: ראשית, פגיעה של חזית להבה אחת בשנייה יוצרת פיצוץ שגורם לאימפקט. שנית, תהליך השריפה מסתיים לפני שהבוכנה מגיעה לנמ"ע, ולכן על הבוכנה פועלים כוחות גדולים בעודה עדיין דוחסת. תופעה של דטונציה תגרום לצלצולים מהמנוע תחת עומס בטמפרטורה גבוהה, והפתרון הוא למצוא את גורם ההצתה המקבילה ולפנות אותו. הגורם עלול להיות פיח בפינות תא השריפה או על המצת, מצת בדרגת חום לא מתאימה, או עליית יחס הדחיסה כתוצאה מהורדת שטח מראש המנוע או כתוצאה מפיח רב בתא השריפה. כאמור, דלק באוקטן גבוה יותר עשוי למנוע את הדטונציה, אולם זהו טיפול בסימפטום ולא בבעיה עצמה.

בעיה נוספת, שגם בה הסימפטום יהיה צלצולים מהמנוע, תהיה הצתה מוקדמת כתוצאה מגורם אחר שאינו הניצוץ. הגורמים זהים לאלו של הדטונציה, אולם במקרה של הצתה ספונטנית מוקדמת שמגיעה לפני הניצוץ, עשוי להיות במנועי קרבורטור גם סימפטום נוסף – המנוע ימשיך לעבוד באופן לא סדיר גם אחרי דימום מערכת החשמל על ידי מתג ההצתה. בכל אופן, שני המקרים, גם דטונציה וגם הצתה מוקדמת, עלולים לגרום לנזק רב למנוע – הרס הבוכנה, הרס הטלטל וגל הארכובה, הרס מסבים וכו', ולכן עלינו להימנע מהם לחלוטין.

גם למערכות הקירור יש תפקיד חשוב במניעת דטונציה והצתה מוקדמת. במנועים מכווני ביצועים, על מערכות הקירור לדאוג לפינוי חום יעיל מכל חלקי המנוע העליון על מנת שלא ליצור מוקדי חום שעלולים לגרום לדטונציה. מערכת קירור נוזל לא מספיקה כאן מכיוון שהיא לא מגיעה לכל חלקי המנוע, ולכן גם למערכת השמן תפקיד חשוב בפינוי החום מאזורים אלה. אחד התנאים למנוע בנזין בעל יחס דחיסה גבוה יהיה מערכת קירור נוזל יעילה, שכן במערכת כזו, בניגוד לקירור אוויר, ניתן לשלוט על טווח טמפרטורות העבודה ולמנוע מצב של התחממות יתר, שמצידה עלולה לגרום לדטונציה. במנועים בעלי קירור אוויר, בגלל חוסר היכולת לשלוט על טמפרטורת העבודה בתנאים קיצוניים, יחס הדחיסה מוכרח להיות נמוך על מנת למנוע דטונציה, ולכן ערכים של 10:1 כבר נחשבים גבוהים במנועים כאלו, ובדרך כלל הערך אף נמוך יותר.

אז הנה, גם כאן נקשרים הרבה נושאים יחדיו ומאלצים את המתכננים לבצע פשרות בהתאם לייעוד המנוע. אם רק יכולנו להגדיל משמעותית את יחס הדחיסה, אולי היינו מקבלים מנועים חזקים יותר מנפחים קטנים הרבה יותר, וגם היינו מזהמים הרבה פחות. עד אז, נמשיך לרכב בידיעה שכ-75% מהדלק שאנו רוכשים נשרף כדי לחמם את הסביבה ולא באמת מניע אותנו.

הספק. כוחות סוס. קילוואט. קודש הקודשים של כל מפרט טכני של אופנוע. הנתון שאותו כל רוכב שואף למקסם, ושמצליח לרגש כל כך הרבה. מספר הקסם שגורם לאנשים, מבינים בתחום או הדיוטות גמורים, להתפעל כל כך, על אף שלצורך שימושיות, דווקא נתון המומנט, או נכון יותר – עקומת המומנט, הוא החשוב יותר, אם כי הוא פחות זוהר ויוקרתי ממנו (על מומנט, הספק והקשר ביניהם – כאן). מה יש בו בנתון הזה שגורם לכולם להתרגש? למה כל יצרני הכלים הספורטיביים נמצאים במרדף אינסופי אחרי העצמה שלו ומהן הדרכים להגדיל אותו? על כל אלה ננסה לענות כאן.

ראשית – מהו הספק? בהגדרה הפיזיקלית הספק הוא עבודה לחלק לזמן, כלומר כמה עבודה הצליחה המכונה לבצע בזמן נתון. בפועל, ההספק קובע שני פרמטרים מאד חשובים בביצועי האופנוע. הראשון הוא התאוצה, שכן יחס ההספק למשקל יקבע את מידת התאוצה המקסימלית של האופנוע או כלי הרכב. ככל שהאופנוע יהיה קל יותר וההספק שלו יהיה גבוה יותר, כך התאוצה שלו תהיה חזקה יותר (ונעזוב כרגע את מגבלות האחיזה והנטייה להתרוממות הגלגל הקדמי, שפוגעות בתאוצה). זאת הסיבה למשל, שכל קטנוע 150 או 200 סמ"ק פשוט עם כ-15 כ"ס, מזנק ברמזורים טוב יותר ממכונית ממוצעת בעלת למעלה מ-100 כ"ס. יחס ההספק למשקל שלו טוב יותר משל המכונית.

הפרמטר השני הוא המהירות הסופית. ככל שההספק יהיה גבוה יותר, כך המהירות הסופית תהיה גבוהה יותר, כשהמרכיב הנוסף במשוואה הוא הגרר של הרכב, או במילים אחרות – האווירודינמיות וההתנגדות לרוח. כלים בעלי הספק גבוה וגרר נמוך יוכלו להגיע למהירויות סופיות גבוהות. זוכרים את הקטנוע והמכונית מהפסקה הקודמת? אז אחרי שהקטנוע האיץ טוב יותר מהמכונית, ההספק הגבוה יותר של המכונית בא לידי ביטוי, ולכן היא תגיע למהירות סופית גבוהה משמעותית מאשר של אותו הקטנוע.

אז איך דואגים שיהיה הספק גבוה? מהם המאפיינים הנדרשים ממנוע על מנת שניתן יהיה לסחוט ממנו הספקים גבוהים? ובכן, יש כמה וכמה מאפיינים שכאלה. בואו נראה מהם העיקריים מביניהם אשר קובעים את אופי המנוע.

המאפיין הראשון והבסיסי ביותר הוא שיטת פינוי החום מהמנוע. כדי שניתן יהיה לסחוט הספקים מהמנוע, מערכת הקירור חייבת לאפשר פינוי חום יעיל בכל מצב, ואולי יותר חשוב – לספק שליטה מוחלטת על טווח טמפרטורות העבודה. מערכת קירור אוויר למשל, גם אם נתמכת על ידי מערכת קירור שמן המנוע, לא מאפשרת שליטה על טמפרטורת העבודה. ביום חם בעבודה מאומצת ובמהירות איטית (למשל ברכיבת אנדורו תוך כדי טיפוס איטי של עלייה מדורדרת ותלולה בצהרי יום חמסין), פינוי החום גרוע וטמפרטורת העבודה עולה לערכים גבוהים מאוד. מהצד השני, בימים קרים במהירות גבוהה ובעומס נמוך (למשל כשיורדים מהחרמון בלילה מושלג באמצע החורף), טמפרטורת העבודה יורדת הרבה מתחת לרצוי.

ההפרש הגדול בין טמפרטורות העבודה מחייב לייצר את המנוע עם חופשים גדולים בין החלקים הנעים, וזאת על מנת שכשטמפרטורת העבודה עולה לערכים גבוהים מאוד, חלקי המנוע הנעים יוכלו להתרחב מבלי להיתפס. במערכת קירור נוזל ניתן לשלוט על טווח טמפרטורות העבודה במידה טובה מאוד, גם על ידי תרמוסטט, אשר מאפשר חימום מהיר של המנוע ומונע ירידה אל מתחת לטווח טמפרטורות העבודה, וגם על ידי המאוורר שעל הרדיאטור, אשר מונע חימום יתר אל מעל לאותו הטווח. השליטה על טווח טמפרטורות העבודה מאפשרת לייצר מנועים מדויקים יותר, עם פחות הפסדים ויותר יעילות.

אבל למנועים בעלי מערכת קירור נוזל יש יתרון נוסף, משמעותי מאוד, שמאפשר לסחוט מהם הספקים גבוהים. בגלל השליטה על טווח טמפרטורות העבודה ומניעת חימום יתר של המנוע, ניתן לייצר את המנועים עם יחס דחיסה גבוה יותר. מה הקשר ליחס הדחיסה? מאוד פשוט. במשוואת הנצילות התרמודינמית של מנוע בעירה, נתון יחס הדחיסה הוא הגורם החשוב ביותר להגדלת הנצילות. או במילים פשוטות, ככל שיחס הדחיסה יהיה גבוה יותר, כך נצילות המנוע תהיה גבוהה יותר. כלומר, על כל טיפה של דלק שנשרפת בתוך המנוע, נקבל יותר עבודה יעילה, כלומר יותר כוח, יותר מומנט ויותר הספק, ופחות חימום של האטמוספרה. וזה גם הגיוני, שכן אם הלחץ בתא השריפה לפני תהליך השריפה יהיה גבוה יותר, אז גם אחרי השריפה הוא יהיה גבוה יותר בהתאמה, מה שאומר יותר כוח על הבוכנה ויותר מומנט על גל הארכובה – יותר הספק.

הנצילות במנועי בנזין עומדת על נתון די עלוב של כ-25%, מה שאומר שאנחנו משתמשים רק ברבע מהדלק בשביל לדחוף את האופנוע שלנו. שאר ה-75% של הדלק נפלטים לאטמוספרה בצורה של חום. כבר אמרנו שאנחנו רוכבים על תנורים ומחממים את הבתים במנועים, נכון?

אם נחזור לענייננו, אז מה הקשר בין מערכת הקירור לבין יחס הדחיסה? ובכן, מערכת קירור נוזל שבה ניתן לשלוט על טמפרטורת העבודה המקסימלית, מאפשרת להגיע ליחסי הדחיסה הגבוהים ביותר. עם מערכת קירור אוויר, בגלל חוסר השליטה על טמפרטורת המקסימום, חייבים להשאיר טווח עבודה, שכן עם יחס דחיסה גבוה מדי בשילוב של טמפרטורת עבודה גבוהה מדי ולא נשלטת, המנוע עלול להגיע מהר מאוד למצב של דטונציה הרסנית. יש יוצאים מן הכלל, אולם לרוב מנועים בעלי מערכת קירור נוזל יהיו עם יחס דחיסה גבוה יותר ממנועים מקבילים בעלי מערכת קירור אוויר, ותמיד מנועים המכוונים לביצועים יהיו מקוררי נוזל ובעלי יחס דחיסה גבוה.

שיטה נוספת להגדלת ההספק המקסימלי היא העלאת הסל"ד שבו מושג טווח המומנט הגבוה. קודם כל חשוב לזכור שהספק הוא למעשה מכפלה של המומנט בסל"ד. כלומר, כדי להשיג הספק גבוה יותר יש צורך להעלות את המומנט שמפיק המנוע, או לחלופין, להעלות את טווח הסל"ד בו מתקבל שיא המומנט, דהיינו להזיז את שיא המומנט גבוה יותר על גרף הסל"ד. היות וממנוע אטמוספרי (ללא עזרי דחיסת אוויר חיצוניים כמו טורבו) בנפח נתון לא ניתן לסחוט הרבה יותר מומנט, מה שנשאר ליצרנים לעשות זה להזיז את שיא המומנט גבוה יותר במעלה הסל"ד ובכך לקבל הספקים גבוהים יותר. הזזת המומנט מתבצעת על ידי שינוי משטר הזרימה ביניקה ובפליטה וכיוונו כך שהמילוי הנפחי המקסימלי יתקבל בתחומי סל"ד גבוהים יותר, ואת זה עושים על ידי גלי זיזים אחרים, מעברי יניקה ופליטה, קוטרי שסתומים ועוד כמה שיטות.

את המהלך הזה ניתן לראות בבירור במנועי 600 סמ"ק 4 צילינדרים של אופנועי ספורט בעשור וחצי האחרונים. לדוגמה, אם ה-ZX6R הוציא בשנת 95 כ-105 כ"ס שהושגו ב-12,500 סל"ד, הרי שב-2010 הוא הפיק כ-130 כ"ס שמגיעים ב-14,000 סל"ד. ערך המומנט אגב, כמעט לא השתנה. שיאו רק זז מ-10,000 ל-12,000 סל"ד. דוגמה קיצונית יותר תהיה ה-R6, שבו שיא ההספק מגיע ב-14,500 סל"ד פסיכיים. ואם כבר מדברים על העלאת הסל"ד אי אפשר שלא להזכיר את החיסרון הגדול של הפעולה, והיא פגיעה קשה בסל"ד הנמוך והבינוני. תעלו על 600 ספורטיבי מלפני 15 שנה ותגלו שיש חיים גם ב-4,000 או 5,000 סל"ד. היום, באופנועי ספורט מודרניים, מתחת ל-7,000 סל"ד אין אף אחד בבית והאורוות ריקות. אין ארוחות חינם, תזכרו.

אבל להעלות את מהירות המנוע במנועי בעירה פנימית, שמונעים על ידי בוכנה שמבצעת תנועה קווית, זה לא דבר של מה בכך, שכן אחת הבעיות העיקריות של מנוע בוכנה היא אותה התנועה הקווית, שמאלצת את החלקים הנעים קדימה ואחורה להאיץ, להגיע לשיא מהירות, להאט, להיעצר, לשנות כיוון וחוזר חלילה. התאוצות והתאוטות האלו גורמות לכוחות גדולים שפועלים על החלקים המאיצים, כוחות שבסופו של דבר מגבילים את מהירות המנוע. זו הסיבה העיקרית למשל, שמנועים שמסתובבים על ציר ואינם מבצעים שום תנועה קווית אלא רק סיבובית, יכולים להסתובב מהר יותר ממנועי בוכנה ולכן הספקם גבוה יותר ביחס לנפחם. מנוע ואנקל הוא הדוגמה הטובה ביותר לכך.

אז איך מקטינים את הכוחות האלה שפועלים על החלקים הנעים בתנועה קווית ועל ידי כך מגבירים את מהירות המנוע? גם לכך יש כמה דרכים, כשרובן מתנקזות בסופו של דבר לפעולה אחת – הקטנת מסת החלקים הנעים בתנועה קווית. למשל על ידי הגדלת מספר הצילינדרים. אם ניקח למשל מנוע 600 סמ"ק בעל צילינדר בודד לעומת 4 צילינדרים, הרי כל חלק הנע בתנועה קווית במנוע מרובה הצילינדרים יהיה קטן וקל באופן משמעותי מאשר של חלקי המנוע בעל הצילינדר הבודד. זה נכון שהמשקל הכללי של מרובה הצילינדרים יהיה גבוה יותר משל הסינגל, אולם לצורך מהירות המנוע המקסימלית מסתכלים על מנוע 4 צילינדרים כעל 4 מנועים המחוברים ביניהם, ולכן כל אחד מהם יכול להסתובב מהר יותר מאשר הסינגל בעל החלקים הכבדים.

ועכשיו, כאשר תצורה מסוימת כבר קיימת ורוצים לשכלל אותה כך שתעבוד מהר יותר, מה עושים? גם לזה התשובה פשוטה, אבל היישום מסובך או יקר: מייצרים חלקים קלים יותר, כשהכוונה היא לחלקים הנעים בתנועה קווית, קרי בוכנות ושסתומים. כל מי שהחזיק ביד בוכנה של מנוע ספורטיבי, כביש או שטח, ודאי שם לב שחצאיות הבוכנה בו קצרות במיוחד בהשוואה לבוכנות של מנוע 'עממי' יותר ופחות ספורטיבי. השאיפה להוריד משקל מהחלקים הנעים גורמת לחלקים האלה להיות אנורקטיים במיוחד. לפעמים רואים את זה גם במעבר בין דגמים – אם במעבר בין דגמים אתם שומעים שהבוכנה השילה ממשקלה 3 גרם (כמו למשל במעבר בין דגם 2008 לבין 2009 של ההונדה CBR600RR), אל תזלזלו בזה. המשמעות של 3 גרם בבוכנה, שכאמור מבצעת תנועה קווית, זה תוספת של 500 סל"ד, ועם הכיוונים הנכונים עוד כ-5 כ"ס.

כאשר לא ניתן יותר להוריד חומר מהחלקים הנעים, שכן אז הם הופכים להיות חלשים מדי והאמינות והעמידות נפגעות, ורוצים לסחוט מהמנוע עוד מהירות ועוד הספקים, עוברים להשתמש בחומרים וטכנולוגיות יצור מסובכים ויקרים יותר. שסתומי טיטניום למשל, שעליהם ודאי שמעתם. היתרון היחיד של שסתומי טיטניום על פני שסתומי פלדה הוא משקלם הנמוך משמעותית. היות והשסתומים מבצעים גם כן תנועה קווית, שסתומים קלים יותר יאפשרו להעלות את מהירות המנוע לערכים גבוהים יותר, בלי לחשוש מציפת שסתומים – מצב בו השסתום לא מספיק להיסגר בגלל מהירות המנוע הגבוהה וגורם לירידת הספק במקרה הטוב ולפגיעה בבוכנה ונזק סופני למנוע במקרה הרע. זוכרים שאין ארוחות חינם? לשסתומי טיטניום יש גם שני חסרונות עיקריים: המחיר, הגבוה פי כמה וכמה משסתומי פלדה, שכן טיטניום היא מתכת אקזוטית ויקרה, וכך גם תהליך הייצור, וכן העמידות, שכן טיטניום רך יותר מפלדה ונשחק מהר יותר. אם אתם לא רייסרים שמבלים את זמנם על קצה סקלת הסל"ד ברוב הזמן, שסתומי טיטניום יהיו מיותרים עבורכם. תשאלו כל בעלים של CRF450R שהחליף את שסתומי הטיטניום הבלויים לכאלו מפלדה.

חומרים וטכנולוגיות יצור מתקדמים משמשים גם לייצור בוכנות של אופנועים ספורטיביים. כבר הרבה זמן שהבוכנות האיכותיות עשויות מסגסוגות אלומיניום איכותיות ויקרות שמאפשרות משקל סביר מצד אחד ועמידות לבלאי גבוהה יחסית מצד שני. בכלים ספורטיביים יותר איכות החומרים גבוהה יותר, אבל לא רק, אלא גם תהליכי הייצור. במנועי קצה תוכלו למצוא הרבה פעמים בוכנות מחושלות. תהליך החישול מאפשר להגיע לחוזק מבני מסוים עם פחות חומר מאשר בתהליך יציקה רגיל, ולכן אפשר על ידי תהליך חישול לקבל בוכנות קלות יותר וחזקות יותר מבוכנות יצוקות. לדוגמה ניקח את הק.ט.מ 525 עד 2007. הדגם שהגיע ארצה, האנדורו (EXC) הוא בעל בוכנה יצוקה, אולם אחיו, דגם המוטוקרוס (SX) עשה שימוש בבוכנה מחושלת, זאת משום שהוא צפוי לעבוד בסל"ד גבוה יותר. חשוב לציין גם ששני הכלים השתמשו באותו הצילינדר בדיוק.

ואיך עוד מאפשרים למנוע להסתובב מהר? שוב, על ידי הקטנת הכוחות שפועלים על החלקים הנעים. אז את הורדת המסה כבר ציינו, אפילו בהרחבה, אבל יש דרך נוספת, והיא הקטנת מהלך הבוכנה. על בוכנה שמבצעת מהלך קטן יותר פועלים בסל"ד נתון כוחות קטנים יותר, שכן יש לה מרחק קטן יותר לעבור ולכן התאוצות והתאוטות קטנות יותר. המשמעות היא מנוע שמסוגל לעבוד בסל"ד גבוה יותר, ושוב, להפיק הספקים גבוהים יותר. זוכרים שאין ארוחות חינם? אז מנוע עם מהלך בוכנה קצרצר יתאפיין במומנט נמוך יחסית, וזאת משום שמהלך הבוכנה הוא פעמיים רדיוס הארכובה (זרוע הארכובה, המרחק שבין מרכז פין הטלטל לבין מרכז גל הארכובה), וככל שרדיוס הארכובה קטן יותר, כך גם המומנט על גל הארכובה יהיה נמוך יותר.

אלו עיקרי הדברים והבסיס על קצה המזלג. ההספק, אותו הנתון שעושה לנו כאופנוענים וחובבי מוטוריקה כל כך טוב על הלב, ימשיך להיות אחד הנתונים החשובים בטבלת נתונים של אופנועים בפרט וכלי רכב בכלל, והיצרנים ללא ספק ימשיכו במשימה האינסופית להשיג אותו בצורה גבוהה, רחבה, קלה וזולה יותר. אנחנו כמובן נמשיך ליהנות ממנו. לפחות עד שמנועי הבעירה ייכחדו מהעולם ויוחלפו על ידי מנועים חשמליים, שם כל עניין ההספק שונה לגמרי.

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