הטכנולוג: רביב כהן | המשקפיים של אנזו

לאחרונה ביקרתי במוזיאון באיטליה עליו הייתי רוצה לכתוב בטור הזה, לא מדובר על עוד משוואות מתמטיות לחישובי מומנט או מקדמי חוזק חומרים, אלא על איש אחד שהקים אימפריה שלמה, שלימים תשנה את התפיסה המוטורית בעולם.

אותה אימפריה שהכתיבה מתודות עבודה בעולם המרוצים והתוותה את הדרך לספורט המוטורי העולמי המוכר כיום.
האיש והחזון, מר אנזו פרארי, שהתחיל את דרכו אחרי שעסק הנגרות המשפחתי כשל, מצא עבודה כנהג מבחן של חברת משאיות קטנה וקודם להיות נהג מירוץ.
אחרי כמה נצחונות בתחרויות קטנות, הזמינה חברת אלפא-רומיאו את אנזו שיקח חלק בתוכנית המרוצים ובמרוצת השנים הקים אנזו את חטיבת המרוצים של אלפא תחת השם סקודריה-פרארי.
אחרי אי אילו תהפוכות, חזרתה של פרארי לשליטה של אלפא, חבירה לפיאט וכלה בעצמאותה של פרארי, ביסס אנזו את מעמדה על ידי כמה נצחונות מרשימים במרוץ המילה-מיליה (אלף המיליים) הידוע.
נצחונותיה של פרארי במרוצים לא היו בכדי, צוות מהנדסים בראשות מר אנזו פרארי בעצמו שקד ועמל על פיתוח המכוניות ומנועיהן כדי שיתאימו למרוצי הסיבולת.
הפיתוח והידע שנצברו היו מרשימים, ומצאו את עצמם מחלחלים אל כלי הרכב על קו היצור.

אחת הדוגמאות הבולטות לדרך שבה פרארי בחרו לפתח את המנועים שלהם היא על ידי פיתוח ויצור של אבי טיפוס המהווים רק חלק קטן ממנוע שלם, לבדוק ולשפר את החלק לכדי שלמות, שלאחר מכן יוטמע בתוך המנוע השלם.
מנוע האבטיפוס חד צילינדר שפרארי פיתחה בשנת 1992 על מנת להביא לשלמות את מנוע הפורמולה-1 שלה בשנת 1993 הוא לא פחות מיצירת אומנות.
בנפח של 290 סמ"ק, עם ארבעה שסתומים, המנוע יצר כ-60 כ"ס מצילינדר יחיד,מספר מרשים לכל הדעות, על אחת כמה וכמה למנוע שצריך להיות מוכפל ב-12 בתצורת V ולהיכנס לרכב מירוץ.
פרארי הצליחו להשיג את התוצאות האלו על ידי כיוון פרטני של כל אחד ממשתני המנוע, החל מקוטר הבוכנה, מהלך הבוכנה, אורך וצורת סעפות היניקה, מערכת ההזרקה ומערכת הפליטה, כל אלו צעקו מילה אחת בלבד – מירוץ.

מכיוון שבטור הטכנולוג עסקינן, ננסה להתעכב על פרמטר אחד בתמונות המנוע וננסה להבין איך הוא משפיע על ביצועיו – בבחינה מדוקדקת של התמונות ניתן לראות שאורך סעפת היניקה מתכוונן על ידי בורג שמאריך או מקצר את ה-Velocity stack הטלסקופי.
איך אורך סעפת היניקה משפיע על ביצועי המנוע? על ידי שינוי היעילות הנפחית.

ראשית ננסה להבין מה היא "יעילות נפחית" , אליה ניתן להתייחס כאל כמות מולקולות האויר הנמצאת ברגע נתון בחלל הצילינדר (וכפועל יוצא, הלחץ באותו חלל).
כאשר המנוע יונק אויר, נוצר תת לחץ בחלל הצילינדר ואם בפרק הזמן בו שסתום היניקה פתוח חלל הצילינדר לא ישווה את הלחץ הפנימי עם הלחץ האטמוספרי השורר מחוץ למנוע, היעילות הנפחית תרד. באופן כללי, במנועים אטמוספריים שאינם מתוכננים ליעילות נפחית גבוהה, היעילות נעה בין 70%-80% בגלל תהליך יניקת האויר שמוריד את לחץ התערובת, ניתן לשפר זאת מעט על ידי אפשור נשימה טובה יותר למערכת היניקה בעזרת פתיחת מעברי האויר והחלקתם, או כפי שנקרא בלעז – פורטינג אנד פולישינג, אבל זה נושא לכתבה אחרת.

דרך נוספת לשפר את היעילות הנפחית אל מעל 100% היא על ידי דחיסת התערובת  אל חלל הצילינדר בעזרת מגדש, סופרצ'ארג'ר או טורבוצ'ארגר, שניהם משיגים את התוצאה הרצויה של הגברת לחץ היניקה ושיפור היעילות הנפחית.

אם כך, כדי לשפר את היעילות הנפחית עלינו להגדיל את לחץ התערובת הנכנסת לחלל הצילינדר, ניתן לעשות זאת על ידי שימוש בגלי הקול בסעפת היניקה – כאשר שסתום היניקה נפתח, הוא יוצר גל של תת לחץ הנע במעלה סעפת היניקה, כאשר הגל הזה מגיע אל קצה הסעפת, הוא מוחזר במורד הסעפת בסימן הפוך, כלומר גל בסימן שלילי (תת לחץ) הופך להיות גל בסימן חיובי (לחץ גבוה) עד שפוגע בחזרה בשסתום היניקה.
גלי הלחץ האלו נעים במהירות הקול וניתן להבין שאם נכוון את אורך סעפת היניקה בצורה נכונה, נוכל לתזמן את גל הלחץ החיובי הנ"ל שיחזור אל שסתום היניקה בדיוק כשזה נפתח, ובכך "לדחוס" תערובת אל תא הבערה, להגדיל את היעילות הנפחית ולהגדיל את כוח ונצילות המנוע.

מתוך מחקר שנעשה על מנוע דיזל איטי, ניתן לראות בגרף דוגמה לסימולציה של היעילות הנפחית כפונקציה של אורך סעפת היניקה.
ניתן אם כך להסיק שככל שמהירות סיבוב המנוע עולה, אורך סעפת היניקה צריך להיות קצר יותר כדי לשפר את היעילות הנפחית, וזאת מכיוון שככל שמהירות סיבוב המנוע עולה, פרק הזמן החולף בין פתיחת שסתום היניקה, מתקצר.
דרך נוספת להבין את שיפור היעילות הנפחית היא על ידי "אפקט התהודה של הלמהולץ" (Helmholtz resonator effect) שמתאר באופן מתמטי תופעה שכולנו מכירים – כשנושפים על בקבוק שתיה ריק ומקבלים צליל עם טון ייחודי, זהו תדר התהודה של האויר בתוך חלל הבקבוק שרוטט כשהלחץ משתנה, הצליל המופק הם בעצם גלי קול הנעים במעלה ומורד הבקבוק, יוצרים גלי לחץ חיוביים ושליליים, תזמון נכון של הגלים האלו יגדיל את היעילות הנפחית.

ובחזרה למנוע חד הצילינדר של פרארי, המהנדסים בחנו את השפעת אורך סעפת היניקה על ביצועי המנוע וכיוונו את טבלאות ההזרקה וההצתה הממוחשבות בהתאם עד כדי ניצול מקסימלי של המנוע.
לכשהסתיים הפיתוח, נאספו כל נתוני מנוע האבטיפוס חד הצילינדר הזה, והוכנסו לתכנון מנוע חדש, בעל 12 צילינדרים שתפס את מקומו כיחידת ההינע של רכב המירוץ פורמולה 1 האגדי.

דוגמה נוספת ומדהימה לפיתוח מנוע על ידי קבוצת פרארי הוא אב הטיפוס למנוע שתוכנן ויוצר כדי לבחון תפיסות שונות בנסיונות להוציא כמה שיותר כוח ממנוע.
בתמונה ניתן לראות מנוע בעל שלושה צילינדרים, שתי פעימות, מערכת הזרקה כפולה וסופרצ'ארג'ר מובנה, המנוע בנפח 1347 סמ"ק הפיק כ-216 כוחות סוס! בערך פי 2 מהיונדאי המשפחתית הטיפוסית
המנוע הזה, ועוד הרבה אחרים, מראה את החשיבה מחוץ לקופסה שאנזו נקט בה, חשיבה שהביאה את פרארי לפתח מערכות הנעה, היגוי ורכבים מעולים, כאלה שמנצחים במרוצים בכל תחום, החל ממרוצי הפורמולה 1, דרך מרוצי הסיבולת וכלה ברכבים ביצור סדרתי.

נראה שחזונו של אנזו פרארי לחדשנות ודחיפה קדימה בכל התחומים, ולא רק בתחום המנועים, בהחלט השתלם, אנזו הוא יזם במהותו ורייסר בכל רמ"ח איבריו, כנראה שאלו שתי תכונות הכרחיות כדי להיות אחת המייסדים של מעצמה מוטורית כמו פרארי.

Stay tuned