א-ב במכונאות

על מומנט מנוע (וגם הספק, מהירות והקשר ביניהם)

כשמדברים על מומנט (Torque), האם אתה מגרד במצח? חושב על כוחות סוס? עובר לנושא שיחה אחר? הנושא אכן יכול להיות מבלבל. למרות שמומנט הוא כוח סיבובי הגורם לתאוצה, לא בהכרח הוא שמנוע בעל מומנט גדול יותר, יהיה גם מהיר יותר. אנסה להסביר על המומנט ושאר חבריו, ההספק התאוצה והמהירות, במאמר זה.

מומנט בהגדרתו הוא כוח סיבובי (ומשום כך נקרא גם "מומנט פיתול"), ומהווה מדד ליכולת המנוע, להמשיך לסובב את הגלגלים בכוח. המומנט מופק ע"י כוח הבוכנה שמסובבת את גל הארכובה כאשר בסופו של הליך, כוח זה עובר לגלגלי הרכב. כל כלי רכב יאיץ בהתאמה מדוייקת לעקומת המומנט שלו. זאת ועוד, בתאוצה, אם מעמידה ואם בהאצה ממהירות מסויימת, אנו מרגישים רק את המומנט. כוח-סוס, הוא רק המדד להספק - כמות העבודה שנעשית ע"י המנוע (סיבובי מנוע) לזמן נתון (בד"כ לדקה). המומנט נמדד בישראל בשיטה המטרית, כ-קג"מ (ק"ג למטר) ובארה"ב נמדד בשיטה האינצ'ית כ Foot Pound.

הספק ומומנט - להנות משני העולמות, האם זה אפשרי?
רק במידה מסויימת. הדבר תלוי ביעודו של אותו מנוע. מנוע שמיועד לאופנוע ספורט, מייצר את מירב המומנט בסל"ד גבוה, מה שנותן לו את האפשרות לנצל עד תום את ההילוכים. מאידך, מנוע שמיועד לאופנוע תיור, מייצר מומנט שפרוס על פני תחום רחב של סל"ד על חשבון הספק מרבי ומהירות סופית. עיניין של פשרה. הסיבות שלא ניתן להנות משני העולמות, רבות.
באופן עקרוני, בכדי לקבל מומנט בסל"ד נמוך (מנוע גמיש), נדרש גל ארכובה בקוטר גדול, מהלך בוכנה ארוך, שסתומים קטני קוטר, מעברי יניקה צרים, וזמן פתיחת שסתומים קצר.
לשם קבלת מהירות מרבית, צריך בדיוק את ההיפך: גל ארכובה קטן קוטר וקל, מהלך בוכנה קצר, מעברי נשימה רחבים, זמן פתיחת שסתומים ארוך ועוד.
הפשרה בין מומנט להספק הופכת משמעותית בעיקר במצבים קיצוניים כמו במסלולי המירוץ, או בהתמודדות עם נפח מנוע קטן. לרוכב מין השורה שרוצה להנות משני העולמות יש פתרון אחר: נפח מנוע גדול בד"כ מספק המון מומנט וכ"ס. הרזרבות כלכך גדולות שאין כמעט משמעות לקג"מ אחד יותר או פחות, או 20 קמ"ש יותר או פחות במהירות המרבית. מנועי 1000 יספקו לפחות 7-8 קג"מים של מומנט כבר בסל"ד בינוני, ויעברו בקלות את ה-200 קמ"ש. כמו שאומרים, אין תחליף לסמ"קים.

האם מהירות סופית תלוייה רק במומנט גבוה?
לא תמיד. בכדי לקבל מהירות סופית גבוהה, יש יותר משמעות באיזה תחום סל"ד המומנט מתקבל, מאשר לכמה מומנט יש, כפי שהסברתי בפיסקה הקודמת, ואתן דוגמא קלאסית:
בשנות ה90 המוקדמות, רכבתי על קג'יבה פרצ'יה C9 , למי שלא מכיר, אופנוע איטלקי ספורטיבי, דו-פעימתי, בנפח 125 סמ"ק (סבו של המיטו). ל-C9 מנוע מאד לא גמיש, ומומנט מזערי שמתקבל גבוה מאד בתחום הסל"ד. למרות זאת, הוא האיץ למהירות זהה לזו של אופנועי 400, שלהם היה מומנט גבוה פי שניים ויותר. מעבר לעובדה כי ל-C9 היה מנוע דו-פעימתי, שמייצר פי שניים עבודה ברגע נתון מאשר מנוע ארבע פעימות, המנוע יכל לטפס לסל"ד של 10,500 ויותר, עם שיא מומנט שהתקבל גבוה מאד ב- 8250 סל"ד.
המומנט המרבי ב-C9 דומה לזה של וספה 200, אך עם זאת, מהירותו הסופית כ- 160 קמ"ש. המנוע חיפה על היותו דל מומנט, ע"י הספק גבוה (כ- 27 כ"ס) ושיא מומנט שהתקבל בסל"ד גבוה מאד, שאיפשר את מהירותו הסופית הגבוהה.

קגיבה פרצ'יה C9
עוד דוגמא: מנוע הארלי גדול מייצר בממוצע כ-10 קג"מ מומנט. אופנוע ספורט בנפח בינוני מייצר כ 6-8 קג"מ. האם ההארלי מהיר יותר? התשובה היא לא, כי אומנם הוא מפעיל מומנט גדול יותר על גל הארכובה אך מייצר פחות סיבובי מנוע מאופנוע הספורט, ולכן הספקו נמוך.


מבחינה פרקטית, מהם ההבדלים בין מנוע עתיר מומנט למנוע דל במומנט?
מומנט גבוה במנוע, מתבטא בין השאר, ביכולת לשמור על מהירות או התקדמות, בתחום רחב יותר של סל"ד (מהירויות מנוע). מנוע כזה ניתן לתאר כ-"גמיש". בנסיעה בעליה, אין צורך בהורדת הילוכים - המנוע מספק מומנט רב שלא מצריך הורדת הילוך. כנ"ל לגבי עקיפות, פתח מצערת ותקבל תאוצה חזקה. טווח המומנט היעיל של מנוע כזה, רחב, על כן גם ב-4000 סל"ד תקבל המון מומנט. נסיעה על אופנוע שכזה תהיה בד"כ רגועה ובסל"ד נמוך. מנגד, מנוע דל מומנט, כמו ה-C9 שהזכרתי, יגיע לאותה גבעה וסביר שיאבד מהמומנט, וכיוצא בזה מהירות. בשלב זה הורדת הילוך (או שניים) מתחייבת בכדי להחזיר את מהירות המנוע לטווח הצר אך היעיל שלו של לפחות 8250 סל"ד.

כיצד מתקבל המומנט במנוע?
במחזור העבודה במנוע, הבוכנה מפעילה כוח, תמיד כלפי מטה. כוח זה מופעל על הטלטל, שחלקו התחתון מחובר לגל הארכובה. המומנט הגבוה ביותר יתקבל כאשר הטלטל ניצב ב-90 מעלות ביחס לקו הדימיוני בין פין הטלטל התחתון לציר גל הארכובה (ראה את שני הקוים הצהובים במצגת).
דוגמא מהחיים: פתיחת אום הגלגל במכונית ע"י מפתח. הצורה הנכונה לפתוח אום, היא לחבר אליו את המפתח במקביל לכביש ולעמוד על קצהו תוך הפעלת הכוח ב-90° אליו. זו הצורה שבה תייצר את המומנט המרבי.
משתנה נוסף שישפיע על המומנט הוא אורך המנוף - המרחק בין נקודת החיבור התחתונה של הטלטל לבין ציר גל הארכובה. כאשר לפי הדוגמא שנתתי למעלה, ציר גל הארכובה הוא האום (שצריך לסובב), והמרחק עד נקודת חיבור הטלטל הוא אורך המפתח (המנוף).
גל ארכובה בקוטר גדול יותר, יאפשר מנוף גדול יותר לכוח הבוכנה, וכתוצאה מזה, המומנט יגדל.
ישנן דרכים נוספות להעלאת המומנט במנוע נתון- להעלות את יחס הדחיסה למשל. ככל שהלחץ בתא השריפה גדל, כך הכוח שמופעל מטה על הבוכנה גדל, והמומנט גדל בהתאם. זו הסיבה שמנועי דיזל מפיקים בד"כ יותר מומנט. לעומת זאת מנועי בנזין או וונקל, בעלי יחס דחיסה נמוך, מספקים מומנט נמוך יותר.
עוד דרך לשמירת המומנט בסל"ד נמוך היא שימוש בפתיחה הדרגתית של שסתומים כמו שיש בהונדה FVR לדוגמא או במנועי ה- VTEC של הונדה. במערכת כזו נפתחים רק שני שסתומים בסל"ד נמוך והשניים האחרים נפתחים מסל"ד בינוני. ישנו גם תיזמון שסתומים משתנה כמו שיש בקוואסקי GTR1400 החדש.
דרך נוספת לייצר מומנט גבוה בסל"ד נמוך היא תעלות יניקה צרות, ואם המנוע מצוייד בקרבורטורים, שימוש בכאלה עם קוטר קטן יגביר אף הוא את המומנט. ככל שמעברי היניקה צרים יותר, מהירות התערובת תהיה גבוהה יותר. דוגמא מהחיים: קח צינור צר וצינור רחב ותפתח את הברז. המים בצינור הצר יצאו במהירות גבוהה יותר וזרם המים יגיע רחוק יותר. בכדי להשקות נקודה מרוחקת יותר, תסתום באצבעך חלק מפתח הצינור, ובכך תגביר את מהירות היציאה של המים עוד יותר. כנ"ל בקרבורציה. התערובת שעוברת במעברים צרים מגבירה את מהירותה ואיכותה הסופית בתא השריפה.

האם המומנט במנוע קבוע?
ראשית, המנוע מייצר מומנט רק במחזור העבודה, כשהבוכנה נעה בכוח מלמעלה-למטה. טווח ייצור המומנט של בוכנה אחת, פחות מ- 180° בגל הארכובה - כלומר כחצי סיבוב, מתוך 720° או 360° (4 פעימות או 2 פעימות בהתאמה). עוצמת המומנט משתנה עם סיבוב גל הארכובה ובהתאם לזוית המנוף מול הטלטל. מומנט מתקבל רק כאשר כוח פועל על המנוף בזויות אנכיות אליו. בנקודה המתה העליונה והתחתונה של הבוכנה (*BDC,TDC) לא מיוצר כל מומנט. כמו הפעלת כוח על אום גלגל, כאשר המפתח מחובר ב- 90° לכביש, ואתה עומד על קצהו. מומנט סיבובי לא יופעל על אותו האום.

* TDC - TOP DEAD CENTER, היא הנקודה המתה העליונה, תיאור מיקומה של הבוכנה, כשהיא נמצאת בנקודה העליונה ביותר בתוך הצילינדר, קורה בסוף מחזור הפליטה והדחיסה. BDC - BOTTOM DEAD CENTER, היא נקודה מתה תחתונה, תיאור מיקומה של הבוכנה, כשהיא נמצאית בנקודה התחתונה ביותר, קורה בסוף מחזור היניקה והעבודה. (מצגת שמסבירה על המחזורים השונים ניתן למצוא כאן)

כיצב מחשבים מומנט?
מומנט = כוח X המרחק מהציר

לדוגמא: הבוכנה מפעילה כוח של 40 ק"ג על הטלטל. המרחק בין מרכז פין הטלטל התחתון, לבין מרכז גל הארכובה הוא 5 ס"מ (0.05 מטר).
המומנט שיתקבל בציר גל הארכובה יהיה 40 ק"ג כפול 0.05 מטר = 2 קג"מ

ישנם עוד משתנים שניתן לקחת בחשבון ושלא מופיעים בנוסחה הפשוטה. משתנים כגון, משקל המנוף, הזוית שבו הוא נמצא, וחלוקת המשקל שלו.

רכב ממוגן (מעיל טוב, פאה נוכרית, מכנס ארוך, נעליים גבוהות, כפפות וקסדה רכוסה!), ובזהירות, כדי שנוכל להיפגש! אל תהיה שאנן או חוליגן, וכבד את חוקי התנועה הבסיסיים. אם צריך, תן זכות קדימה והתחשב באחרים- הנוסעים, הרוכבים בכביש, והולכי הרגל.

© כל הזכויות שמורות motoetc.com | עידכון אחרון 7/2010 | על האתר | צור קשר | English