טכנוקרט: על היחס בין הקוטר למהלך (חלק ראשון)

לא צריך להיות מומחה גדול בהיסטוריה של האופנוע כדי לדעת שמאז האיינשפור של דיימלר ועד לימינו, פרמטר יחיד, בולט וברור תמיד היה בעלייה: הספק המנוע. במהלך ההתפתחות של הייצור המתגלגל על שניים האהוב עלינו, קשה יהיה למצוא שנה שבה לא יצאו לשוק אופנועים חזקים יותר. את הצורך לשדרג מה-10 קמ"ש של אותו אופנוע פרימיטיבי מ-1885 עד ל-300 קמ"ש פלוס של היאבוסה מהדור האחרון, אפשר אפילו לקבל בהבנה מסוימת. היא לא מונעת מתאוות בצע חלילה וחס או מהרצון להפחיד פנסיונריות במעברי חציה. הסיבה האמיתית לעניות דעתי היא שאנחנו צריכים לחזור הביתה מהעבודה במהירות האפשרית, כדי למקסם את זמן המיטה עם בן/בת הזוג שלנו, כך שכמה שיותר מהר – יותר טוב. תמריץ בריא לכל הדעות.

מה שפחות בולט על פני השטח בדרך הארוכה מהחצי כ"ס של 1885 ל-200 כ"ס בגלגל האחורי של ימינו, הוא מדד שקצת מסתתר מאחורי הקלעים בשם יחס קוטר-מהלך (או בקיצור יק"מ). מדי פעם ה-Bore Stroke Ratio, בשמו המקצועי, עולה לכותרות וזוכה לאור הזרקורים, כמו למשל ב-2012 שבה מנוע הפניגאלה 1199 קבע שיא עולמי חדש לגבי מנוע של אופנוע. עם בוכנת ה-112 מ"מ ועם מהלך של 60.8 מ"מ בלבד, הפניגאלה מתפאר ביק"מ שיא של 1.84. רוצים להרגיש מהנדסי מנועים לרגע ולקבל תחושה אמיתית של איך זה נראה שם בפנים בתוך צילינדר של פניגאלה? קחו דף משובץ ושרטטו עליו קו אופקי עם סרגל באורך של 11 ס"מ, ומעליו עוד קו כזה מקביל אליו במרחק 6 ס"מ. אם התחושה שאתם מקבלים מהמחשה הפשוטה הזו היא שמדובר בפלטה ענקית שבקושי זזה מעלה מטה, הרי שאתם לגמרי צודקים… וכדי להבין מאיפה התחלנו, הרי שאתם מזמנים לצייר על אותו דף את מידות הקוטר ומהלך הבוכנה של ההארלי דיווידסון JD מ-1920, אף הוא וי-טווין בנפח 1,200 סמ"ק כמו הפניגאלה, רק עם מידות מעט שונות: 87 מ"מ קוטר ו- 100 מ"מ מהלך. נראה קצת אחרת, הא?

אבל בואו נשאיר לרגע את הפרה-היסטוריה שלפני מלחמת העולם השנייה בצד וגם נפסח על שנות החמישים-שישים, שבהן תעשיית האופנועים הבריטית השלטת קפאה על שמריה. אם נתחיל את האנליזה מהסופרבייקס הראשונים, הלא הם ה-CB750 וה-Z1 900, אופנועים שתוכננו עם בסיס הנדסי איתן ורכיבים מודרניים, ועל סמך ניסוי וטעייה, נוכל לראות הרבה יותר בבירור את הקשר בין היק"מ להספק. ב-CB750, מרובע הצילינדרים המסחרי הראשון, הונדה עדיין נקטה משנה זהירות והלכה על מהלך בוכנה שגדול מהקוטר (קצת כמו באותו הארלי מ-1920) עם מידות של 61X63, כלומר יחס קוטר-מהלך של 0.96. לא עוברות שלוש שנים וה-Z1 900 של קוואסאקי חוצה את קו ה-1:1 עם מידות 66X66, אשר לגמרי לא במקרה מכונות מקצועית  'מנוע מרובע' או Square. ב-1976סוזוקי משיקה את הארבע פעימות הגדול הראשון שלה, ה-GS750(עם 65X56.4), אשר יחד עם ה-GS1000 של  1978 (70X64.8) יכולים להתפאר כבר ביק"מ של כ-1.1, כלומר תצורת Oversquare אשר תהפוך לאחד המאפיינים העיקריים של מנועים עתירי סל"ד והספק.

מאותם סופרבייקס ראשונים של שנות השבעים עם יק"מ של 1-1.1 כבר קל עד מאוד לשרטט גרף המטפס לאט אבל בטוח יחד עם ההספק, עד לערכים המקובלים כיום למנועים מרובעי צילינדרים עתירי הספק כמו של הב.מ.וו S1000RR או האפריליה RSV4 של השנים האחרונות, אשר מתייצבים על אזור ה-1.6.

אז מדוע הספק יותר גבוה הולך יד ביד עם יק"מ גבוה, ומדוע הטכנוקרט בכלל נזעק לטפל בנושא החבוי עמוק כל כך בנבכי המנוע? נתחיל מהשאלה השנייה דווקא כי, שומו שמיים, מזה מספר שנים שמתחילים האיתותים שגם אם מרוץ ההספק לא תם, הרי שנראה כי היק"מ מתחיל לרשום לראשונה ירידה. מדובר בפעם הראשונה בהיסטוריה של האופנוע בה היק"מ מתחיל לסגת, ומאחורי הטרנד עומדות סיבות כלכליות, פוליטיות וחברתיות אפילו… אוקי, למה יק"מ גבוה כל כך טוב להספק? קחו ליד את הדף המשובץ עם שתי תצורות היק"מ אשר ביניהן מפרידות 100 שנה, ותחשבו על בוכנת ההארלי המסכנה אשר צריכה להיטלטל מעלה-מטה לאורך 100 מ"מ של מהלך ב-11,000 סל"ד אליהם מסוגל הפניגאלה להגיע. לא קשה להבין שכדי לעשות דרך ארוכה ביותר מפי שניים, בוכנת ה-HD תצטרך להאיץ למהירות עצומה וגם להאט ממנה, עם סכנה מוחשית שבנקודה המתה העליונה של מהלכה היא תמשיך ישר כלפי מעלה. מהלך סופר קצר וכפועל יוצא יק"מ סופר גבוה, פירושם שהבוכנה צריכה לטייל מעלה-מטה הרבה פחות, וכוחות ההתמד שיפעלו בשתי הנקודות המתות של המהלך יישארו בתחום סביר. תקרת סל"ד בטוחה יותר מאפשרת יותר מהלכי עבודה בזמן נתון, וכפועל יוצא שחרור של יותר הספק מכאני על ידי שריפת יותר דלק.

כדי להבין את הקשר החשוב השני שבין יק"מ להספק, ציירו בבקשה קו אנכי באורך שלושה סנטימטרים באמצע הבוכנות, ומהקצה שלו מתחו שני קווים אל קצות הבוכנות. שתי הצלעות העליונות של המשולשים הללו מייצגות (בהפשטה ניכרת ובלי להתייחס למספר השסתומים, 2 או 4) את הגודל המקסימלי של שסתומי היניקה והפליטה שניתן להרכיב בכל אחד מהתצורות הללו. לא קשה לראות שלמרות ששתי הבוכנות המצוירות מייצגות 600 סמ"ק, מיתרי המשולש במנוע הדוקאטי ארוכים בהרבה מאלו שבמנוע ההרלי. וכאן טמון היתרון השני של יק"מ גבוה: שסתומים גדולים מאפשרים יכולת נשימה טובה יותר של תערובת האוויר-דלק, במיוחד בסל"ד גבוה, מילוי של הצילינדר בצורה המיטבית בכל מהלך יניקה וכמובן – יותר כוח מכאני בכל מהלך עבודה.

אם יק"מ גבוה מביא כל-כך הרבה יתרונות, אז מדוע לא להמשיך הלאה מה-1.8-1.6 הנוכחיים אל אזור ה-2 ומעלה? ורק לידיעתכם, מנועי פורמולה 1 כבר נמצאים שם ומנגנים בסל"ד של 18,000 – מהירויות סיבוב גבוהות בהרבה מאשר ב-MotoGP. עבור אופנועים סופרספורטיביים, הנישה בה הספק אף פעם לא מספיק, יש מגבלות מכאניות קצת מפתיעות, ואפילו דורנה מעורבת בתמונה. במנוע ארבע בשורה טיפוסי למשל, בוכנות שהולכות וגדלות בקוטרן, פירושו גם מנוע שהולך ומתרחב! הכפילו בארבע את קוטר הבוכנות של ה-S1000RR, הוסיפו את כל מה שיש ביניהן, והתוצאה היא מנוע רחב שפוגע הן במרווח ההטיה של האופנוע והן באווירודינמיקה במהירויות גבוהות. ולראיה, אם תיבחנו לעומק צילומי ערום של ה-M1 של ימאהה, מנוע הארבע בשורה היחידי ב-MotoGP (ובואו נשאיר את ה-CRT המסכנים בצד לרגע), תוכלו לראות עד כמה הוא מורכב גבוה בתוך השלדה, פשוט כדי למנוע שיוף של הקצוות שלו בהטיות ה-60 מעלות שאפשריות עם הצמיגים הנוכחיים.

אוקי, אז למה אי אפשר ליישם יק"מ סופר גבוה במנועי V4 צרים כמו של ה-RC213 או הדזמוסדיצ'י? מתברר שכאשר היק"מ עולה, גם במנועי V יש 'בעיות אריזה' בגלל הקרבה של דפנות הצילינדרים זו לזו, וכדי למנוע את זה יש צורך להשתמש בטלטלים ארוכים יותר (כדי להרחיק בין הבוכנות של שני צידי ה-V בנקודה מתה התחתונה) ולבנות מנוע גבוה יותר. לכאורה זו לא בעיה גדולה, אבל מנוע גבוה יותר פירושו מרכז כובד יותר גבוה, וגם מומנט התמד יותר גדול אשר מאט את זריזות ההיגוי של האופנוע.

מסתבר שיש כאן גם פוליטיקה, משבר כלכלי עולמי ורצון להגביל עלויות בעסק הזה שנקרא יק"מ המנוע. על ידי הגבלת קוטר הבוכנה המקסימלי למנועי ה-1,000 החדשים ל-81 מ"מ, דורנה שמה מהסיבות לעיל גבול ברור למדי לסל"ד המקסימלי, ובדרך עקיפה עצרה לפחות חלק מהמרוץ הטכנולוגי היקר שנדרש כדי להמשיך לטפס בסל"ד. רק כדי להבין עד כמה רחוק עוד ניתן היה להגיע במרוץ המטורף הזה ללא הגבלות, שווה להיזכר שבעונות 2005-2006 מנועי הפורמולה 1 כבר נשקו לאזור ה-20,000 סל"ד על ידי שימוש בחומרים סופר-אקזוטיים, כמו בוכנות העשויות ממטריצות מתכתיות/קרמיות, ורק הוצאתן מחוץ לחוק הורידה את הסל"ד לרמות יותר רגועות של 'רק' 18,000.

אז שמרו בינתיים את השרטוט המפואר שלכם, כי בטכנוקרט הבא הוא יעזור להבין למה הטרנד הזה לא מוגבל דווקא לאופנועים ספורטיביים.