***[כתבה+תמונות]גיאומטריית יניקה משתנה*** F2H הורדה ישירה מילים צלצול פלייבק רמיקס יוטיוב

ימאהה R1 החדש מציג חידוש מעניין במערכת הכוח - גיאומטריית יניקה משתנה. יוסי שווץ הטכנולוג של מגזין `מוטו` מסביר למה זה טוב ואיך זה עובד

נסו להיכנס לרגע לנעליה של פרודת אוויר חמודה המרחפת לה באטמוספרה, שמחה ומאושרת בחלקה. אידיליה פסטורלית אך הנה מתקרב מפנה בעלילה. אמא ואבא אולי לא סיפרו לה, אבל למטה על פני האדמה, מסתובבות להן חיות רעות שנקראות 1R, 1000R ועוד והן אוהבות לטרוף פרודות שכמותן לארוחת בוקר, צהרים או ערב. ואכן, בעודכם מרחפים לכם בשלווה מעל נוף מדברי יפה, אתם מנמיכים טוס לרגע, ליהנות מהחום הנעים הנפלט מפס שחור ומוזר החותך את הנוף ופתאום, בלי אזהרה מקדמת, חיה שכזו עם שני כונסים אוויר ענקיים מתקרבת אליכם ב- 200 קמ"ש. לפני שהספקתם להגיד: אמא`לה!, אתם בתוך תיבת האוויר החשוכה שמסביב לועות יניקה. "מילא" אתם אומרים לעצמכם, "אפשר לגמור גרוע יותר" רק שבנקודה זו צריך להוסיף עוד פרט אפל עליו אמא ואבא מעולם לא דיברו בארוחות הערב של ימי שישי. או-טו-טו, אתם הולכים להישאב לתוך המנוע עצמו, להידחס בצורה נוראית ואז, תוך שריפה בטמפרטורות של מאות מעלות, 20 אחוזי החמצן שאתם נושאים בקרבכם הולכים להישדד מכם תוך ניצולכם כעבדים לדחיפה הבוכנה כלפי מטה. על תרומתכם הקטנה להפקת אלפית כוח סוס במנוע, אתם עומדים להיות מתוגמלים ביציאה חזרה לאוויר החופשי, קצת מטוגנים, אך עם הרבה יותר חכמת חיים. ואכן, כאשר שסתום היניקה של אחד הצילינדרים נפתח, מתחילה פעולת שאיבה חזקה של אוויר לתוך הצילינדר ע"י הבוכנה שיורדת. אם לפני רגע הייתם פרודת אוויר שקטה ומרחפת, הרי שתוך חלקיק שנייה אתם מואצים למהירות של מאות קמ"שים תוך כדי מעבר בגופי המצערת וכניסה לסעפת. עמוד האוויר הזה הנע במהירות גבוהה בסעפת בודדת עומד להישפך אל תוך הצילינדר. וכאן מתחיל הקטע המעניין מבחינתנו. יצא שבמקרה הייתם בין הפרודות האחרונות שנכנסו במשך אותו מהלך שאיבה אל תוך הסעפת. בעודכם טסים בתוכה, הבוכנה גמרה לרדת, תיאורטית גמרה לשאוב והגיע הזמן לסגור את שסתום היניקה. האם תינצלו? לפחות לעת עתה? אז לא בדיוק. בתוך הסעפת ישנן עדיין שפע פרודות אוויר שטסות להן במאות קמ"שים לכיוון השסתום, לא חבל לוותר עליהן? ואכן, בניגוד לשרטוטים על פעולת המנוע מספר לימוד התיאוריה, בשטח, סגירת שסתום היניקה מתרחשת הרבה אחרי הנקודה המתה התחתונה, בדיוק כדי לנצל את האנרגיה הקינטית (או במילים יותר פשוטות, תנופה) שבעמוד הגז ולהמשיך ולהזרים תערובת למרות שהבוכנה כבר התחילה בעצם לעלות חזרה! ע"י תכנון נכון של הערכים של קוטר ואורך סעפת היניקה, אפשר ליצור מצב שבסל"ד מסוים תתרחש הרמוניה מושלמת בין השוונג של פרודות האוויר שהואצו לבין תזמון הסגירה של שסתום היניקה, כמעט אפקט של הגדשה או דחיסה של יותר תערובת. ככלל, ככול שסעפת היניקה תהיה ארוכה יותר וצרה, כך יתרחש האפקט הזה בסל"ד יותר נמוך. אם יוצא לכם להיות בכינוס של אופנועים קלאסיים בקרוב, חפשו בין המוצגים נורטון סינגל ישן ותוכלו לראות עד כמה צרה וארוכה היא סעפת היניקה, דבר (שבשילוב תזמון סגירת שסתום יניקה מקדם יחסית) הבטיח שפע מומנט בסל"ד נמוך. במרובע צילינדרים סופר ספורטיבי מודרני המצב הפוך כמובן. הסיבה? הרמוניה זה דבר יפה אבל, סעפת צרה וארוכה תיצור התנגדות גבוהה לזרימת האוויר פנימה בסל"ד גבוה. שנית, רווחים המשמעותיים ביותר בהספק מהתופעה הם בסל"ד גבוה (כאשר עמוד הגז מגיע למהירויות גבוהות מאד) כך שהפרמטרים של קוטר/אורך הסעפת + תזמון הסגירה, יהיו כאלה שאפקט הדחיסה יתקבל הרבה יותר למעלה בטווח הסל"ד. ישנם גם הגבלות לעד כמה יכולים המתכננים להסתמך על אפקט עמוד הגז המהיר הזה. נסו לדמיין מה קורה בסל"ד ביניים בו מהירות הגז בסעפת עדיין לא כול כך גבוהה, כאשר אין לעמוד הגז הזה כול כך הרבה אנרגיה קינטית. אם אכן אנחנו משאירים את שסתום היניקה פתוח גם כאשר הבוכנה מתחילה לעלות תתחיל זרימה הפוכה בתוך הסעפת, לפחות עד לסגירה של שסתום היניקה, תוך יצירת הפסדים בכמות התערובת הנשארת בתוך הצילינדרים. זהו לא פחות ולא יותר ההסבר העיקרי (יש עוד כמובן) ללמה ככול שמנוע נמצא ברמת טיונינג גבוהה יותר, הולך ומעמיק ה"בור" במומנט בסל"ד נמוך ובינוני. ההרמוניה הכה משתלמת שבין סגירת שסתום היניקה לבין מסת האוויר הנעה בתוך הסעפת בסל"ד גבוה, הופכת לדיסוננס נוראי בסל"דים אחרים, כאמור, אפילו עד לרמה של זרימה הפוכה בתוך המאייד (דבר שעלול ליצור גם תערובת עשירה). אגב, כיום בעידן ההזרקה הממוחשבת ניתן לטפל קצת יותר ביעילות בבעיה האחרונה.

הראש היהודי כבר מתחיל לעבוד. אם סגירה מאוחרת של השסתום טובה לסל"ד גבוה אך גרועה בסל"ד נמוך, למה לא לעשות תזמון שסתומים שמשתנה עם הסל"ד? אז חשבו על זה כבר קודם, רק שהעסק די מסובך וקצת כבד ובינתיים הוא נצפה באופן מסחרי בעיקר במכוניות מודרניות. ה- V- VTEC של הונדה VFR אגב, רק מבטל את השימוש בשניים מתוך ארבעת השסתומים שבכול צילינדר בסל"ד נמוך מבלי לשנות את התזמון שלהם. אז את הפטנט הזה ספק רב אם נראה בכלל באופנועים. אבל כאמור תזמון סגירת שסתום היניקה הוא רק אחד מהמרכיבים בקונצרט המתרחש בתוך סעפת היניקה. מה יקרה אם נבנה סעפת יניקה המסוגלת לשנות את אורכה בהתאם לסל"ד? בסל"ד נמוך יחסית היא תהיה ארוכה כך שעמוד הגז הטס בתוכה יהיה כבד יותר וימשיך לדהור אך תוך הצילינדר גם מול הבוכנה המתרוממת. בסל"ד גבוה, בו אנחנו מעוניינים במרבית ההספק, הסעפת תהיה קצרה יותר, תציב פחות התנגדות זרימה והאנרגיה האגורה בתוך עמוד הגז הזורם בתוכה תהיה מתוזמנת בשלמות לסגירת השסתום המאוחרת.
לא נעים להודות, אבל גם כאן אנחנו מפגרים קצת לעומת הפחנועיות. החברה שבונים פחנועיות מסיבי הפחמן המכונות גם פורמולה 1, עושים את זה כבר כמה שנים טובות. בתערוכת הרכב של בולוניה לפני שנה, יכולתי להתעכב ארוכות ליד מנוע פרארי פורמולה אחד שהוצג חשוף על סטנד ובזמן שאף אחד לא ראה גם שיחקתי קצת עם המנגנון של סעפת היניקה המשתנה. בפועל העסק יותר פשוט ממה שנשמע. הסעפת עצמה, כלומר החלקים היצוקים נראים ממש כמו אלו שאנחנו מכירים במנוע מודרני, כנ"ל לגבי גופי המצערת של מערכת ההזרקה, אך הקונוסים המעוגלים, "המשפכים" שנמצאים בכניסה לגופי המצערת (או קרבורטורים) "צפים", כלומר מותקנים על מסילות המאפשרות את ההרחקה או הקירוב שלהם למנוע. מערכת גלגלי שיניים ומנופים יכולה להרחיק אותם (סל"ד נמוך) או לקרב אותם (סל"ד גבוה), תנועה של 30-40 מ"מ בסה"כ. נכון, כאשר המשפכים הללו מרוחקים מגופי המצערת, ניפתח רווח בין שניהם אך לאוויר הזורם במהירות זה לא צריך להפריע. מכאן הדרך עד לחיבור מנוע חשמלי השולט על גובה המשפכים בהתאם לסל"ד למערכת ניהול המנוע קצרה עד מאד. היופי של מערכת עם גיאומטריית יניקה משתנה הוא שמבלי להיכנס כלל לסיבוכים מכאניים גדולים בנבכי המנוע ועוד בנקודה רגישה כמו גלי הזיזים, ניתן לקבל אפקט של ניצול האנרגיה הקינטית של תערובת היניקה בטווח סל"ד הרבה יותר גדול. אז החדשות הגדולות הן שהעסק מגיע עכשיו גם אלינו. שמתם לב לכך שברוב הצילומים של מנועי המוטו ג.פ. שהיצרנים משחררים, יש על המנוע את תיבת האוויר הסגורה, או לחילופין, הם נעשים ללא גופי המצערת? הסיבה לכך היא ככול הנראה שבמנועי ה- 990 סמ"ק הללו נעשה שימוש במערכות כאלה ולפחות לגבי הדסמוסדיצ`י העניין כמעט וודאי. לגבי האזרח הקטן מהשורה, הבעלים של אופנוע 1000 סופר ספורטיבי המצב קצת יותר מסובך. MV הציגו כבר לפני שנה מערכת שכזו (המכונה באנגלית variable geometry intake) וכעת ימאהה מצטרפת גם לעניין עם ה- 1R החדש.

מה שפחות מלבב במצב הנוכחי הוא שקל יותר לספוג את העלות הנוספת של מערכת שכזו באופנועים גדולים ויקרים אך אלו דווקא הששמאותים הם אלו אשר יכולים להפיק ממנה את הרווח הגדול יותר. המנועים הקטנים יותר הרבה יותר קיצוניים בטיונינג ומערכת של גיאומטריית יניקה משתנה הייתה יכולה לעזור להם הרבה יותר מאשר ל- 1000 גדולים, אשר הרבה פחות סובלים מהעדר מומנט בסל"ד בינוני. יתכן שישנם פתרונות זולים יותר. אחד הניסיונות המעניינים בתחום סעפת היניקה נעשה בשנות התשעים בארה"ב, בתחום ה- dirt track. טיונר יצירתי בנה עבור מנוע רוטקס סינגל בנפח 600 מערכת פשוטה אך חכמה. בעבודת ריתוך הוא הפריד את מעברי היניקה של שני השסתומים בכניסה למנוע ובמקום סעפת בודדת הוא בנה שתי סעפות נפרדות כאשר בכול אחת מהן התקן מאייד קטן. הקונץ היה שאורכם של שתי הסעפות הללו היה שונה למרות שהם הזינו את אותו הצילינדר! זו הארוכה יותר הייתה מתוכננת להעצים את כניסת התערובת בסל"ד בינוני ואילו זו הקצרה יותר לסל"ד גבוה. התוצאה? ההספק המקסימלי אמנם לא עלה, אך רוחבה של רצועת הכוח גדל. לפני שקוטלים את הרעיון בתור מורכב מידי לייצור סדרתי, שווה לזכור שב איקס.טי. 550 של שנות השמונים, ימאהה בנתה סעפת יניקה שכזו אשר ניזונה משני מאיידים נפרדים על מנת לשפר את תגובת המצערת אך מבלי להיכנס לעניין האורכים השונים. טוב לדעת שעדיין יש למהנדסים עוד כמה שפנים מעניינים לשלוף לפני שאנחנו נפרדים לשלום מתצורות המנוע המוכרות לנו כיום.

תודה

תודה