הבוכנה, המכונה ובואו נפסיק לעשות שכונה

כדי לדבר על בוכנות (שרבים קוראים להן "צילינדרים", אם כי הצילינדר הוא בעצם התא שבתוכו הבוכנה נעה) נתחיל ממשהו קטן, שתמיד מקשה להבין איך מנוע עובד. עברתם על זה כבר בלימודי תיאוריה לקראת רישיון נהיגה, אז לא להיבהל, הנה זה בא: בואו נדבר לרגע אחד על מזרק רפואי. הרופא מחדיר את המחט לבקבוק, מושך את הידית (שהיא למעשה הבוכנה) של המזרק לאחור – והנוזל נשאב פנימה אל חלל המזרק. הרופא דוחף קדימה את ידית המזרק – והנוזל נדחס ויוצא החוצה.

המזרק, הרופא והכוח לאופנוע

וזה בדיוק העיקרון שעליו עובד מנוע בעירה פנימית. רק שבמקום נוזל, מדובר בתערובת של אוויר ודלק, ובמקום יד שמפעילה את המזרק – יש מערכת מכנית שמזיזה את הבוכנה למעלה ולמטה, שוב ושוב, אלפי פעמים בדקה. במקום שהנוזל ייצא החוצה, כמו במזרק, הוא נדחס, ניצוץ מדליק אותו, והוא נדחף בכוח רב כלפי מטה. בזמן שהוא נדחף חזק כלפי מטה, הוא מפעיל כוח על הגלגל. הגלגל מקבל דחיפה וזז קדימה. כאן בהמשך נקרא לזה "כוח".

בדיוק בגלל העניין הזה, במנוע אופנוע טיפוסי מדובר במנוע ארבע פעימות. (1) הבוכנה יורדת ויונקת תערובת של אוויר ודלק. (2) היא עולה ודוחסת אותה לנפח קטן. ניצוץ מצית את התערובת – (3) והפיצוץ דוחף אותה בעוצמה רבה למטה, מייצר כוח שמניע את הגלגל. (4) ואז היא עולה שוב ודוחפת החוצה את הגזים השרופים.

הכול מתחיל מטיק, טיק, כוח, טיק

מחזור אחד כזה לוקח שני סיבובים מלאים של המנוע: בסיבוב הראשון הבוכנה עולה ויורדת, כלומר יונקת ודוחסת, בין הסיבובים יש ניצוץ שמבעיר את התערובת, ובסיבוב השני הבוכנה שוב עולה ויורדת (כוח ופליטה). חוזרים רגע לבית ספר: כל סיבוב זה 360 מעלות. יוצא מכך שבכל שני סיבובים, בעצם כל 720 מעלות, מופעל כוח על הגלגל פעם אחת בלבד. כלומר, הכוח לא מגיע בצורה רציפה. הוא מגיע בפולסים. בעיטה — שקט — בעיטה. כדי להיות מדויקים יותר (המילה "טיק" תהיה פעולה של בוכנה) כך זה עובד: [טיק, טיק, כוח, טיק] [טיק, טיק, כוח, טיק] [טיק, טיק, כוח, טיק] – וכן הלאה. כך עובדת בוכנה יחידה (ראו באיור הבא).

וזה בדיוק המקום שבו מתחילות הבעיות

מנוע עם בוכנה אחת יודע לייצר כוח, אבל הוא לא יודע לייצר אותו בצורה חלקה. על כל ארבע תנועות של הבוכנה, הכוח עובר לגלגל פעם אחת בלבד. הפעימות מרוחקות זו מזו, התחושה היא של מנוע "פועם" ולא "זורם", וכל המסה מרוכזת בבוכנה אחת גדולה יחסית – מה שיוצר רעידות. בנוסף, אותה בוכנה גדולה גם מגבילה את הסל"ד (סיבובי מנוע לדקה): קשה להזיז אותה מהר, ויש גם גבול לכמה כוח אפשר להפיק מפעימה אחת שמתרחשת פעם ב־720 מעלות. מצד שני, כל הפעלת כוח כזו היא חזקה מאוד. מאוד מאוד. בוכנה אחת גדולה וחזקה, אמנם קשה להזיז אותה מאוד מהר, היא לא מניעה את האופנוע למהירויות מרגשות, אבל היא מייצרת וואחד מומנט, כלומר הרבה מאוד כוח ליציאה מהמקום. אם הבנתם את זה, הבנתם למה אופנועי שטח תחרותיים, כמעט כולם הם "סינגל", כלומר בעלי בוכנה אחת.

הבוכנה העסוקה והבוכנה שמפעילה כוח

אבל כמו שאמרנו – המנוע לא זורם. כאן התחילו המהנדסים לחפש פתרונות ומצאו אותם באופן די פשוט: מפצלים את העבודה. במקום בוכנה אחת גדולה, שתי בוכנות קטנות יותר, שכל אחת פועלת בתזמון שונה. כל אחת מהן בנפרד, עושה בדיוק את הפעולות שתיארנו קודם – אבל הן עובדות בו זמנית ובתזמון שונה: בזמן שבוכנה אחת נמצאת בתהליך של יניקה ודחיסה, השנייה נמצאת בשלב של כוח ופליטה. בזמן שהבוכנה הראשונה "עסוקה" השנייה מפעילה כוח. כלומר, עם שתי בוכנות מקבלים הפעלת כוח כל 360 מעלות, ולא כל 720. במקום, נניח בוכנה אחת של 500 סמ"ק, יהיו לנו שתי בוכנות שכל אחת מהן תהייה בת 250 סמ"ק. הבוכנות קלות יותר, ואפשר להזיז אותן מהר יותר. הכוח מופעל באופן רציף יותר והנה קבלתם מנוע, באותו נפח בדיוק, עם קצת פחות מומנט בסל"ד נמוך (בגדול – כוח ליציאה מהמקום, באחד הטורים הטכנולוגיים הבאים, ניכנס יותר לעומק, ונסביר מה זה מומנט), אבל מסתובב מהר יותר. פחות עוצמה ביציאה מהמקום אבל מהירות גבוהה יותר. המנועים האלו מסתדרים יפה במהירויות גבוהות בכביש, עם הרבה פחות רעידות ממנועי סינגל, ועדיין מצליחים לייצר הרבה כוח ולהיות מותאמים לרכיבת שטח. נוצר מצב של: [טיק, כוח] [טיק, כוח] [טיק, כוח] וכן הלאה (ראו באיור הבא).

וואי וואי כמה כוח מפעיל מנוע 4 בשורה

כשיש לנו ארבע בוכנות, זה אומר שבכל רגע נתון מופעל כוח על הגלגל. בכל רגע נתון, אחת מארבעת הבוכנות מפעילה כוח על הגלגל, בעוד השלוש האחרות, כל אחת מהן מבצעת פעולה אחרת (ראו באיור הבא). אתם גם מבינים את החשיבות של התזמון, ואת החשיבות של שרשרת הטיימינג, גם בלי להיכנס לפרטים מה ואיך בדיוק עושה השרשרת הזאת. כל אחת הבוכנות היא קטנה וקלה, קל להזיז אותה מהר. המון מהירות קצת פחות מומנט. כאן זה כבר: [כוח] [כוח] [כוח] [כוח].

האופנועים הופכים לקצת מורכבים יותר לבנייה (בין השאר — מערכת פליטה מסועפת יותר עם ארבע יציאות מהראש), קצת מסורבלים יותר.

מצד שני, ארבע בוכנות תופסות המון מקום.

מה קורה בשלישייה?

שלוש בוכנות, לא ניכנס לעומק, אבל הרעיון מצליח להביא קצת מכל העולמות. גם הפעלת כוח רציפה יחסית, גם מומנט גבוה יחסית וגם מעט מאוד ויברציות. המאוהבים יגידו לכם שזה המנוע עם הכי הרבה אופי, אבל אל תאמינו להם, זה לגמרי עניין של טעם. לכל אחד מהמנועים יש אופי מדהים, השאר תלוי במה שאתם אוהבים, מה מרגש אתכם.

הגודל קובע. לא צוחקים אתכם – ממש ממש קובע

מספר הבוכנות הוא רק חצי מהסיפור. החצי השני הוא גודל הבוכנות. נגענו בזה מעט גם בפסקאות הקודמות. אם מנוע בנפח נתון מחולק בין מעט בוכנות, כל בוכנה חייבת להיות גדולה יותר. בוכנה גדולה היא גם כבדה יותר, ולכן קשה יותר להזיז אותה במהירות גבוהה. תחשבו על זה ככה: הבוכנה יורדת במהירות גבוהה, נעצרת, משנה כיוון, עולה במהירות גבוהה, נעצרת ויורדת שוב, ושוב ושוב. כשהתנועות הן ברמה של אלפי פעמים בדקה, הרי ככל שמסת הבוכנה גדולה יותר, גם אם בגרמים בודדים, כך העומסים גדלים, וקשה יותר להזיז אותה. במילים אחרות — חלק מהכוח של המנוע מתבזבז על עצם ההפעלה שלה במקום לרדת ישירות לגלגל. לעומת זאת, כשמחלקים את אותו נפח בין יותר בוכנות, כל בוכנה קטנה וקלה יותר, ויכולה לנוע מהר יותר. התוצאה היא סל"ד גבוה יותר.

את מי המהנדס אוהב יותר, את אבא או את אמא?

אם הבנתם את זה, הבנתם את הבעיה הגדולה ביותר של מהנדסי מנועים: הם צריכים לבחור בין סל"ד גבוה יותר לבין מומנט חזק יותר. זה קורע את המהנדסים כמו לבחור בין אבא לאמא.

מנוע עם מעט בוכנות מייצר פעימות חזקות יחסית, אבל בתדירות נמוכה יותר ובסל"ד מוגבל – ולכן הוא מצטיין במומנט נמוך, בתחושה מיידית, ובדחיפה חזקה כבר מהתחלה. מנוע עם הרבה בוכנות מייצר פעימות קטנות יותר, אבל בתדירות גבוהה מאוד ובסל"ד גבוה — ולכן הוא פחות דרמטי בתחילת פתיחת הגז, אבל חזק מאוד בקצה.

וזה בדיוק מה שהרוכב מרגיש ביד ימין. יש מנועים ש"נותנים מכה" כבר בסל"ד נמוך, ויש כאלה ש"מתעוררים" רק כשעולים למעלה – אבל אז ממשיכים למשוך.

מכאן גם מגיעה החלוקה שאנחנו מכירים בעולם האופנועים. אופנועי שטח נשענים לרוב על בוכנה אחת כי שם פשטות ומומנט חשובים יותר מחלקוּת או הספק קצה. אופנועי אדוונצ'ר נוטים לרוב לשתי בוכנות, שמציעות איזון בין כוח שימושי לנוחות (אם כי בדגמי הדגל ניתן למצוא גם 3 ו-4 בוכנות). אופנועים ספורטיביים הולכים לארבע בוכנות (בשורה או ב-V), שמאפשרות סל"ד גבוה וביצועים מקסימליים. ושלוש בוכנות? פתרון ביניים שמשלב, בצורה די מוצלחת יש לומר, בין העולמות, בלי להיות קיצוני לאף אחד מהם.

ת'כלס, כמה בוכנות זה הכי טוב?

יוצא אם כך, שמנוע האופנוע הוא לא שאלה של כמה בוכנות יש בו – אלא של איזו פשרה נבחרה: בין כוח מיידי לרציפות, בין משקל לביצועים, ובין תחושה מכנית גסה לזרימה חלקה.

בסופו של יום, כל זה מתנקז לשאלה אחת פשוטה: איך זה מרגיש כשפותחים גז, ומה חשוב לכם יותר – מהירות סופית גבוהה עם מעט מאוד ויברציות, או תאוצה הרבה יותר חזקה ביציאה מהמקום ובמהירויות נמוכות, אבל עם קצת יותר ויברציות? אנחנו לא מחכים לתשובה. התשובה שלכם תהיה האופנוע הבא שתתאהבו בו.