אבולוציה ורבולוציה - חלק ב'

17/02/2006 06:52:59

יניב סימסלו

בפרק הקודם, גילינו את מקורות מנוע ה- BIG BANG. כמו כן גילינו שרעיון ה- BIG BANG אינו בלעדי למנועי 2 פעימות, אלא מתקיים גם במנועי 4 פעימות.
בפרק זה נעסוק בסיבות להצלחת מנועים בתצורת BIG BANG במרוצים בכביש ובשטח.

כאשר הצמיג מסתובב, פועלים עליו כמה כוחות. אחד מהם הוא כוח החיכוך. כוח אחר הוא כוח הדחף של המנוע – המועבר אל הצמיג דרך מערכת ההינע.
כוח הדחף על הצמיג שווה לכוח שמפעיל צילינדר אחד במנוע בזמן פעימת הכוח. ביחידת זמן נתונה כמות הפעמים שמופעל כוח דחף על הצמיג שווה לכמות הצילינדרים כפול הסל"ד כפול יחידת הזמן.
על מנת להמחיש את ההבדל בהפעלת כוח המנוע על הצמיג, מנקודת המבט של הצמיג, הבה נבחן את הגרף הבא:


הגרף מתאר את הכוח המועבר על ידי המנוע אל הצמיג במהלך סיבוב המנוע. המנוע אמנם מייצר מומנט, אך מה שרלוונטי לצמיג במונחים של אחיזה הוא כוח).
תחילה נתייחס לעקומה הכחולה. אנו רואים כמות גדולה וצפופה, במרווחים אחידים של פולסים קטנים. נקודות השיא על הציר האופקי של הגרף, מסמלות את פעימות הכוח של כל צילינדר. כל 4 נקודות שיא כאלה ברצף, מסמנות 2 סיבובים מלאים של גל ארכובה במנוע יפני טיפוסי – מנוע 4 צילינדרים לרוחב.
העקומה האדומה מסמלת את אספקת הכוח האופיינית של מנוע עם צילינדר אחד. ניתן לראות כי השיא של פעימת הכוח הוא הרבה יותר גדול, אבל מתרחש לעיתים רחוקות יותר.
ההבדלים בין העקומות נובעים מההבדלים בין המנועים אותן העקומות מייצגות. מנוע 4 לרוחב מתאפיין בנפחים קטנים לכל צילינדר, לכן פולסי הכוח שהוא מעביר לצמיג קטנים. מנוע סינגל מתאפיין בבוכנה אחת גדולה. לכן פולס הכוח שהוא מעביר לגלגל גדול יותר.
כמו כן, ניתן להבחין בנתון חשוב אחר בגרף – לעקומה האדומה יש קטע אנכי – קטע בו המנוע מסתובב ובו לא מועבר כלל כוח לגלגל האחורי. אם נבחן את העקומה של המנוע מרובע הצילינדרים – אין מקטעים כאלה של סיבוב גל הארכובה (בפועל יש קטעים כאלה אך הם מאוד קצרים, ולכן נתייחס אליהם כזניחים).

כוח החיכוך שווה באופן כללי למקדם החיכוך כפול המסה. זוכרים שפעם לימדו אותנו שמקדם החיכוך הוא קבוע? זה אולי נכון לשיעורי פיזיקה בתיכון, אבל לא נכון לחלוטין בכל הקשור לרכב. למה? מפני שכוח החיכוך ברכב – הדבר היחיד המחבר אותנו אל אמא אדמה – מתקיים בין פני השטח (נניח אספלט) לבין הצמיגים. הצמיגים עשויים כידוע מגומי.
לגומי תכונות רבות, שונות ומורכבות. אחת מהן היא כי מקדם החיכוך של הגומי עולה ככל שהכוח המופעל עליו גדל, עד סף מסוים. מעבר לסף זה, ירד מקדם החיכוך של הגומי. בנוסף, גומי הוא חומר ויסקו-אלסטי. כלומר, קשיחות הגומי עולה ככל שהתדר של הכוחות העוברים דרכו עולה.
כפי שנאמר בעבר בפרסומות של פירלי "power is nothing without control" – כל הכוח שבעולם לא יעזור לולא 2 חתיכות גומי יחברו בין האופנוע לקרקע. בזמן תנועת האופנוע הצמיגים מסתובבים יחד עם הגלגל, ובכל נקודת זמן, חלק אחר שלהם נוגע בקרקע. שטח המגע של הצמיגים עם הקרקע אינו נקודתי כי אם בעל צורת אליפסה כאשר הצמיג נמעך תחת הכוחות הפועלים עליו.
מקדם החיכוך של הצמיג משתנה כל העת כאשר הצמיג בא במגע עם הקרקע. גרף השינוי של מקדם החיכוך הדינמי נראה כך:




מהגרף אנו למדים שמקדם החיכוך משתנה בהתאם לכוח המופעל על הצמיג על ידי המנוע. כל עוד הכוח הוא מתחת לסף הקריטי (Fcrit), מקדם החיכוך גדל. במצב זה כאשר העקומה עולה באופן לינארי, הצמיג מספק אחיזה. כאשר הכוח המופעל על הצמיג גדול מהסף הקריטי, ניתן לראות שמקדם החיכוך נופל מטה עד למצב בו מקדם החיכוך הוא פחות או יותר קבוע ככל שהכוח גדל.
נקודת הסף חשובה למדי. כל עוד הכוח המופעל על הצמיג קטן מנקודת הסף, יש אחיזה של הצמיג. מעבר לנקודת הסף, מתחילה החלקה של הצמיג. כאשר אנו רוכבים על האופנוע, ואנו גורמים לצמיג האחורי להחליק תחת כוח (ביציאה מפניה למשל), אנו מעוניינים בשני דברים: הראשון – לדעת בדיוק מתי הצמיג יתחיל להחליק. השני – שההחלקה תהיה צפויה לחלוטין.

אלה בינינו שיצא להם להחליק צמיג אחורי עם אופנוע מרובע צילינדרים יפני טיפוסי, ועם טווין או סינגל מכירים את התחושות השונות לחלוטין שהכלים האלה מייצרים כאשר הצמיג האחורי מתחיל להחליק. לתחושות אלה קשר ישיר לשני הגרפים שבחנו. נצרף את שני הגרפים יחדיו לשם הפשטות.

ישנם זני גורמים עיקריים שעוזרים לצמיג לספק יותר אחיזה לרוכב כאשר הפולסים של הכוח שהמנוע מעביר לצמיג אינם שווים, אינם סימטריים. אחד מהם קשור בתופעה שאנו סוקרים בפרק זה והיא השינוי במקדם החיכוך בתלות בכוח המנוע המועבר לגלגל.
לפי הגרף הראשון, ההגיון אומר שדווקא מנוע 4 צילינדרים, שמספק פעימות כוח קטנות, לא יספק פולסים גדולים מהסף הקריטי כמו מנוע עם צילינדר אחד או שניים. ההגיון מוצדק במקרה הזה. אם כך המסקנה צריכה להיות שדווקא מנוע מרובע צילינדרים בעל תזמון הצתה אחיד מספק יותר אחיזה.
אך נדרשת בחינה יותר מדוקדקת. מנוע V טווין למשל, מספק פולסים גדולים של כוח, עם מרווח גדול ביניהם. פולסים אלה עוברים את הסף הקריטי החל מסל"ד נמוך יחסית, ומנקודה זו ואילך הצמיג מתחיל להחליק. מה קורה למקדם החיכוך? הוא מגיע לתחום השטוח (בהפשטה) של העקומה. כלומר, החל מנקודה זו, ללא קשר בסל"ד, הצמיג יתן לרוכב כמות שווה של אחיזה. מושלם, טווח רחב של משחק במצערת ללא תופעות לוואי מסוכנות ומפתיעות הוא בדיוק מה שצריך כדי לרכב מהר.
ומה קורה במנוע מרובע צילינדרים? כל צילינדר מעביר פולס קטן יחסית לצמיג. עד לסל"ד גבוה למדי, הפולסים לא חזקים מספיק על מנת לעבור את הסף הקריטי. כאשר הפולסים עוברים את הסף הקריטי, הסל"ד בד"כ כה גבוה, שאין כמעט טווח מצערת שניתן ל"שחק" עמו על מנת לשמור את הצמיג האחורי בהחלקה קבועה. בנוסף, הפולסים מגיעים לצמיג בתדר כפול מזה של מנוע הטווין, ובמרווחים קטנים יותר. הצמיג אינו מספיק "להתאושש" מכך שעבר את הסף הקריטי ולאחוז בקרקע, ומיד מקבל עוד פולס שהוא גדול מהסף הקריטי. כך, ההחלקה הולכת וגדלה בקצב גבוה מאוד שהוא מתכון מצויין ל- HIGH SIDE. יכולת ההתאוששות של הצמיג אינה ברורה מאליה. בפרק הבא נסקור מדוע וכיצד הצמיג אכן מצליח להתאושש.

רוכבי מרוץ, היודעים להגיע לטווח השטוח של עקומת מקדם החיכוך, מנצלים את העובדה שמקדם החיכוך נשאר פחות או יותר קבוע, ועל ידי החלקה קבועה של הצמיג האחורי מצליחים להוריד מעט יותר כוח לקרקע, וכך לרכב יותר מהר בפניות. לכאורה, אין זה הגיוני שבמצב החלקה האופנוע יהיה מהיר יותר. אולם מספיק אם נבחן כמה מצבי קיצון של החלקות בפניה: מרוצי SPEEDWAY למשל, כדי לראות שאכן אפשר לפנות מהר יותר בעזרת החלקה מבוקרת.
החלקה של הצמיג האחורי תחת כוח המנוע מאפשרת לרוכבים גם לבחור בטכניקת פניה הקרויה "היגוי אחורי". גם את זה אפשר לראות היטב במרוצי ה SPEEDWAY, כאשר חלק מהרוכבים בוחרים בקו פניה המכונה "יהלום". כאשר אנו רואים רוכבי GP נכנסים מאוד מאוחר לפניה, ואז פונים באופן מהודק ומיישרים מאוד את קו היציאה – זהו שימוש בטכניקת היגוי אחורי. בשימוש בטכניקה זו המהירות באפקס (המאוחר) נמוכה מאשר בשימוש בקו המרוצים האופטימלי, אך כיוון שהיציאה מהפניה מיושרת יותר מאשר בשימוש בקו המרוצים האופטימלי, מהירות היציאה מהפניה היא הרבה יותר גבוהה. כלומר, הרוכב יכול לפתוח מצערת מוקדם יותר וחזק יותר ביציאה מהפניה אם ישתמש בהיגוי אחורי. כך הוא יכול לעקוף רוכב שהשתמש בקו האופטימלי, וכן הוא מצליח לפתח יותר מהירות לפני הפניה הבאה.
ראינו כיצד תזמון המנוע, כמות הצילינדרים, והמרווח בין פעימות הכוח משפיעים על התנהגות הצמיג האחורי. ראינו כיצד התנהגות רצויה של הצמיג האחורי, החלקה נשלטת, מעניקה לרוכבי המרוץ מגוון כלים שניתן להסתמך עליהם על מנת לרכב מהר יותר. קבוצות המרוצים עושות כל שביכולתן על מנת לספק לרוכבים אופנועים מתאימים.


יצרני הצמיגים מכירים לפחות כמונו תכונות אלה של המנועים, וכמובן של הצמיגים. אם כך, מדוע אין היצרנים מתאימים צמיגים לאופנועים לפי סוג המנוע? לא דרישה מורכבת מדי. אמרנו הרי שהגומי הוא חומר ויסקו-אלסטי, שקשיחותו עולה לפי תדר הכוחות המועברים דרכו. היצרנים מוציאים את אותו צמיג בהרכבי גומי שונים. בכך הם עושים את המירב שהם יכולים על מנת להתאים את הצמיג לאופנוע. לכן אנו מבחינים כי במרוצים, לכלים שונים בוחרים הרוכבים צמיגים בהרכב שונה. הבחירה לא תלויה רק בהעדפות הרוכב – המנוע משפיע מאוד על הצמיג ועל חיי הצמיג. מנוע שגורס את הצמיג במהירות, גורר אופנוע שלא יסיים את המרוץ עם צמיג במצב ראוי. אופנוע כזה יהיה איטי מהשאר בסוף המרוץ.
בפרק הקודם ראינו כיצד מנוע ה-BIG BANG של דוהאן לא היה מהיר יותר מהמנוע הרגיל להקפה בודדת, אך זמן המרוץ היה מהיר יותר.
לכן לאופנועים עם תזמון אחיד של פעימות הכוח, אופנועים שגורסים צמיגים בקצב יחסית מהיר, נבחרים בד"כ הרכבי גומי קשים יותר. הרכבים אלו מספקים מראש פחות אחיזה. כלומר, מנוע שגורס צמיגים באגרסיביות, משפיע לרעה פעמיים על הרוכב אינו מאפשר לרוכב לבחור בהרכב רך משיקולים של אורך חיים, ואינו מאפשר לרוכב להקיף מספיק מהר כיוון שאינו יכול לספק אותה רמת אחיזה כשל צמיג רך יותר.
לכן אין יצרני האופנועים יכולים להטיל את הכדור לעבר יצרני הצמיגים, יצרני האופנועים חייבים לעשות את כל האפשר על מנת להתאים למיטב התוצרת שיכולים יצרני הצמיגים להציע.

תמוה קצת? נשמע מוזר?
בכלל לא. דוגמא מעולה מהעבר מגיעה דווקא מעולם הרכב, הלמבורגיני קונטאש היתה מוכנה לייצור, אך לא יוצרה כיוון שלא היו צמיגים מתאימים בנמצא. רק אחרי שפירלי פיתחו במיוחד צמיג מתאים (P0) הוחל בייצור המכונית.

ואצלנו?
מסתבר שימאהה היו מוכנים לעונת 2004. עוד לפני העונה לימאהה היו 4 מנועים שונים מוכנים לבחינה של רוסי. אפילו לחברה גדולה כמו ימאהה לוקח זמן לא קטן להכין מנוע מרוץ חדש, ואפילו יותר להכין 4 מנועים שונים חדשים. כיצד ייתכן שימאהה הספיקו בזמן הקצר בין מעבר רוסי וברג'יס מהונדה לבין פתיחת העונה להיות מוכנים עם המנועים השונים? ימאהה לא חיכו לבקשה שתגיע מהצוות החדש. היוזמה מסתבר, לא באה מרוסי וברג'יס.

מוכנים לשורת המחץ?
מישלין הם שהפנו לימאהה דרישה לייצר מנוע עם תזמון שונה לאופנוע שלהם, כך לפי פרסום במגזין מוטוראד הגרמני. כלומר, יצרן צמיגים פנה ליצרן אופנועים שייצר אופנוע מרוץ עם מנוע בעל תזמון לא סימטרי, על מנת שהאופנוע יפיק תוצאות טובות יותר. עובדה זו לבדה מוכיחה שההשפעה של תצורת המנוע היא משמעותית ביותר על הביצועים הכוללים של האופנוע.

כיום אנו יודעים באיזה מנוע רוסי בחר. מנוע ה M1 בנוי כך שצילינדרים 1,4 ו 2,3 נעים במקביל. ביניהם יש מרווחים של 90 מעלות. תזמון ההצתה הוא: צילינדר 3 מוצת 90 מעלות אחרי צילינדר 1 (180 במנוע רגיל), אח"כ יש הפסקה של 270 מעלות, ואז צילינדר 4 מוצת ו 90 מעלות אח"כ צילינדר 2, ושוב מרווח של 270 מעלות עד ההצתה של צילינדר 1 וחוזר חלילה. כלומר במקום המנוע המאוזן והתזמון הרגיל של הצתה כל 180 מעלות סיבוב של גל הארכובה, בנו ימאהה מנוע פחות מאוזן ובעל תזמון הצתה: 180 – 270 – 540 – 630. החסרון – רעידות יתר בהשוואה למנוע בעל התזמון הרגיל. הדבר מאלץ שימוש ברכיבים נעים כבדים יותר, שיהיו עמידים ברעידות – ומכאן נובע חסרון הספק יחסי למתחרים אשר משתמשים במנוע V.
אם נחזור לרגע לגרף מתחילת המאמר – מנוע ה M1 מייצר פסגת מומנט גבוהה יותר מאשר המנוע הקודם בעל התזמון הסימטרי (כל 2 הצתות קרובות מייצרות פולס גדול יותר על הצמיג), ולכן הצמיג מתחיל להחליק יותר מוקדם. מישלין אמרו עוד כמה דברים לגבי המנוע הזה, על כך בפרק הבא.
התוצאות של רוסי בשטח מראות שהוא לא רק וירטואוז אלא גם בחר נכון.

רוכבי השטח שבינינו צריכים להרים גבה בשלב זה של המאמר. כיצד יכול להיות שחברות גדולות, יצרנים שמוציאים אופנועי שטח מעולים, שמייצרים כלי מרוץ לענפי מרות רבים ושונים, מתעסקים רק כיום עם נושא תזמון ההצתה ותצורת המנוע? באופן כללי כמעט כל מה שנעשה כיום באופנועי הסופרבייק והמוטו GP, כבר נעשה לפני כמה עשורים באופנועי שטח או באופנועים המיועדים למסלולים אובאליים. הונדה – יצרה במשך שנים את ה RS750 עם מנוע V למרוצי Flat Track. Over Racing ייצר ימאהה “twingle” על בסיס מנוע ה XTZ750 למרוצים אלה. לא חסרות דוגמאות נוספות.

בפרק הבא נדון ביכולת הצמיג להתאושש מפולסי הכוח שמעביר אליו המנוע. נראה איך תצורת המנוע משפיעה גם על יכולת הצמיג להתאושש, ולא רק על הקלות בה הרוכב יכול לעבור את סף ההחלקה של הצמיג.

שליחת כתבה לחבר
תגובות גולשים    הוספת תגובה חדשה
1.דורי17/12/2006 08:50:30
מתי תפסיק להעתיק, לצטט או לתרגם מאמרים מכל העולם ולהקתו?
2.רוכב ממוצע25/12/2006 00:42:24
אני מקווה שלא בזמן הקרוב.


by xol | רשת מתנות מקוריות | דומיין עברי | משחקים וקונסולות | לוח קטנועים ואופנועים