שאלה| כ"ס ומומנט,איך באים ליידי ביטוי במכונית?

[IlanHadar]

חנן,

איך חישבת? יש לך כאן הזדמנות לעשות טוב למותג שאתה עובד בו...

בוא נעשה השוואה ביו המנועים ברכבים שלי:
ג׳יפ 4.7 בנזין 300 כ״ס 43 קג״מ.
יונדאי 2.2 דיזל (טורבו) 200 כ״ס 43 קג״מ.

בדיזל זה 1.95 קג״מ ל 100 סמ״ק, בבנזין 0.91. ההילקס זה לא דוגמא טובה כאן.

לא מדבר על צריכת הדלק... אבל תן לי את מנוע הבנזין כל יום :-)

לעניין השאלה המקורית, הג׳יפ מהיר יותר כמעט בכל מצב בגלל ההספק אבל גבולי.

[חנן-ג'יפולוג]

כתבתי, אילן, שאני לא מדבר על טורבו.

[דידין]

לחנן - ראשית הסיפור על מומנט גדול יותר בדיזל למנוע נתון , שהוא "אגדה אורבנית" גורם לכמה מורים שלי להתהפך בקברם (ואחרים יבל"א-לרטון באי נוחות).

לגופו של עניין הפיזיקה לא משתנה (תשאלו קודם את ניוטון ואחר כך את איינשטיין) מה שמשתנה זה הפיתוחים הטכנולוגיים כגון שיפור תא השריפה , גל זיזים משתנה , איכות הדלק, כמות דלק ממוחשבת להזרקה , איכות ומשקל המתכת של החלקים הנעים במנוע ו כו.... ולכן אותם פיתוחים טכנולוגיים הם הם שהביאו לצימצום הפער בין מנוע דיזל למנוע בנזין , מה שהופך את מנוע הדיזל המודרני למתחרה ראוי של מנוע הבנזין.

לדוגמא* מנועי הדיזל הישנים נבנו בצורה מסיבית , בגלל הלחץ הגדול הנוצר בחלל תא השריפה -בגלל יחס הדחיסה הגבוה (שמצידו גורם להתחממות האויר כך שהסולר ה"מושפרץ" פנימה ניצת באופן עצמוני). אותה בניה מסיבית (משקל הבוכנות והטלטלים) מנע את האפשרות של מספר סיבובים גבוה ולכן ההספק היה נמוך)**

* מיועד גם למי שלא מבין כל כך במכונאות
**צריך להתחשב במשקל הטלטלים/בוכנות ע"מ שלא יעופו ממקומם בגלל החוק הראשון של ניוטון.

[BackDoorMan]

מלכודת, סיפורים, הלכתם רחוק ושלילי עם ה"למה?" שלי.
שימי, לא הצלחתי להבין את ההסבר.
אני יודע שמומנט זה כח כפול זרוע (המרחק בין הציר שעליו מופעל הכח ובין הוקטור של הכח). במקרה של מנוע הזרוע היא הרדיוס של גל הארכובה. אני לא רואה איך נכנס כאן אורך הטלטל. לא משנה מה יהיה האורך שלו, אורך הזרוע יישאר המרחק שבין ציר הקרנק לציר הטלטל.
בנוסף, ברמה האנרגטית, אני יודע שקשה, אולי בלתי אפשרי, לקבל תוספת לאנרגיה המכנית ללא השקעה נוספת של אנרגיה כימית, ומה שאתה מציע זו הגדלה של המומנט ללא הגדלה של נפח המנוע - הגדלת כמות התערובת הנכנסת לצילינדר. הגדלת הקדח מגדילה את המומנט כי היא מגדילה את הנפח. הגדלת רדיוס גל הארכובה מגדילה את המומנט כי היא מגדילה את הנפח. הארכת טלטל לא מגדילה את הנפח, אז לעניות דעתי היא גם לא מגדילה מומנט. מאז ומתמיד מנועי בנזין אטמוספריים הפיקו בערך קג"מ אחד לכל 100 סמ"ק. אם מצאת דרך לשנות את זה, אתה בדרך למשהו גדול באמת.

אולי אני טועה, ואשמח לתיקון.
הנקודה הבעייתית היא כשיש מערכת המורכבת מ 2 זרועות, המחוברות ביניהן ע"י ציר( ועוד 2 צירים בקצוות ) האם הזרוע (הטלטל) המפעילה
את הזרוע השניה (גל הארכובה) גם נחשבת ?
המומנט קיים בכל מערכת עם ציר וזרוע, והוא בעצם הכח שמרגיש הציר.
כשהבוכנה דוחפת את הטלטל, מה מרגיש המיסב -ציר שמחבר אותו עם הארכובה ?
לו הייתה הבוכנה דוחפת-מסובבת ישירות את גל הארכובה, המומנט יהיה בדיוק מכפלת הכח ברדיוס הגל,
אבל כשהטלטל מוסר בעצמו את הכח, וגם מבצע תנועה סיבובית קטנה בעצמו, למה הוא לא נחשב כמנוף ?

[נמרוד]

שימי, אורך זרוע המומנט המקסימלי הוא הרדיוס שבו מחובר הטלטל לגל הארכובה, וגם זה רק כשהטלטל ניצב בדיוק לציר - מה שלא מתרחש במנוע אמיתי עם טלטל באורך סופי... התנועה של הטלטל רק מקטינה את הזרוע הזאת, במהלך הסיבוב השלם, לפי סינוס הזוית.

אתה שמת דוגמא קראנק של אופניים - האם אורך הרגל של הרוכב, משנה את המומנט, או רק רדיוס הסיבוב של הפדל?

זרוע המומנט היא הזרוע שבין וקטור הכוח - כיוון הירידה של הבוכנה - לבין ציר הקראנק. מערכת המנופים שנמצאת בין זה לזה - לא רלוונטית. רק יוצרת חיכוך.

[GodsFather]

אין איזה מדריך FOR-DUMMIES לנושא ונגמור עם זה ?

אגב, מישהו אולי יכול להסביר להדיוט -

2000 סמ"ק, בנזין, אטמוספרי, 200 כ"ס, 40 קג"מ,
מול
3000 סמ"ק, בנזין, אטמוספרי, 200 כ"ס, 40 קג"מ

מה עדיף ? והאם הבדלים בכמות הצילינדרים משפיעה ? כלומר אם שניהם 4 צילינדר או 4 מול 6 (בגדול)

[דידין]

מדוע יש הבדלי מומנט/הספק בין מנועים עם נתוני נפח זהים.
פשוט מאוד זה נתון להחלטת היצרן-- חזור לנוסחת PLAN
יצרן אחד רוצה למצב את הרכב עם הספק גבוה (ע"ח המומנט) ולכן יבנה מנוע שעובד על סל"ד גבוה. ז"א מהלך בוכנה קצר.
הרכב יעבוד על "טורים גבוהים" תאוצה מהירה יותר ,שיוט במהירות גבוהה (ע"ח צריכת דלק) וגם המנוע "נגמר " מהר בגלל השחיקה הרבה, קח לדוגמא את מנועי הקטנועים ! או מנועי מכוניות המרוץ.

יצרן שני מייצב את הרכב שלו כחסכוני. יתכנן מנוע עם מהלך בוכנה ארוך יותר (טורים נמוכים יותר), תאוצה איטית יותר אבל רציפה וכמובן תצרוכת דלק קטנה יותר ומנוע עמיד יותר לתקופת זמן (לדוגמא מנועי הדיזל הישנים שעובדים על טורים נמוכים ומחזיקים מאות אלפי שעות עבודה/ ק"מ.

יצרני הרכב ברצונם למכור לנו את הייחודיות של רכבם מנסים לגשר בין הצורך להספק מרשים =מהירות מירבית גבוהה ,לבין חיסכון בדלק =מהירות סיבובי מנוע נמוכה.(ועדיין לא דיברנו על מגבלות הגיר).
כל יצרן ונקודת המבט שלו. רוב היצרנים מגיעים ל"שביל הזהב" שיתאים לרוב הציבור .
אנו בקנייה נעשה את שיקול הדעת שלנו לפי פרמטרים של : יכולת פיננסית , אגו, ביצועים, חיסכון בדלק, חיסכון באחזקה כוללת (בהנחה שאין תקלות מובנות במנוע) וכו...

דעה אישית: למי שנהיגתו היא רובה בשטח עדיף רכב עם מומנט גבוה המושג בסיבובים נמוכים. מי שרוצה רכב מיאוצים שלא יקנה ג'יפ .

[חנן-ג'יפולוג]

אין איזה מדריך FOR-DUMMIES לנושא ונגמור עם זה ?

אגב, מישהו אולי יכול להסביר להדיוט -

2000 סמ"ק, בנזין, אטמוספרי, 200 כ"ס, 40 קג"מ,
מול
3000 סמ"ק, בנזין, אטמוספרי, 200 כ"ס, 40 קג"מ

מה עדיף ? והאם הבדלים בכמות הצילינדרים משפיעה ? כלומר אם שניהם 4 צילינדר או 4 מול 6 (בגדול)

זו לא דוגמה אמיתית. מנוע עם נפח גדול יותר יפיק יותר קג"מים ובכל מקרה מנועים בנפח שציינת לא מוציאים 40 קג"מ.

הוספת צילינדרים עבור אותו נפח מאפשרת להגיע לסל"ד גבוה יותר (כי נפח הצילינדרים קטן יותר, מהלך הבוכנה קצר יותר ולכן הבוכנות נעות לאט יותר עבור סל"ד נתון) ולכן גם לשפר הספק.

[GodsFather]

חנן, נתתי דוגמא דמיונית, אל תכעס. אם כי, עם הטכנולוגיה של היום ואולי גם של מחר, למה שלא יהיה אפשר להגיע לתוצרים כאלה או קרובים לאלה ?

תודה על ההסבר על הצילינדרים.

[חנן-ג'יפולוג]

למה שאכעס?

אבל, זה לא שאתה נותן משהו שלא קשור אז הוא לא מפריע לדיון, אלא הדוגמאות שנתת הן ממש עצם הדיון ואם הנתונים שלהן הם בלתי אפשריים אז לא ניתן לדון ברצינות.

לגבי האפשרות להגיע לנתונים כאלה, המחסום היום הוא הנצילות של מנוע בעירה פנימית. משריפה של תערובת בנפח נתון בנצילות המקובלת של איזור ה30%? (זה לא המספר המדויק, רק להמחשה) המומנט יוצא ככה וככה. כמו שכתבתי בערך קג"מ אחד ל100 סמ"ק. אין כמעט משחק עם זה.
ביום שיצליחו לשפר את הנצילות, ועובדים על זה כבר יותר ממאה שנים, אז זה ישתנה. מה הסיכוי שזה יקרה? אין לי מושג. בטוח שזה לא דבר קל כי משקיעים בזה מליארדים וכמעט ללא תוצאות. הרכב בן השנה שיש ברשותי היום מגיע לאותה צריכת דלק כמו הרכב מודל 1980 שהיה ברשותי. חדשות לבקרים אני שומע מהיצרנים על טכנולוגיות חדשות שמשפרות צריכה ובפועל משאבת הדלק ממשיכה לטחון אותנו.

[רני דקל]

שימי, אורך זרוע המומנט המקסימלי הוא הרדיוס שבו מחובר הטלטל לגל הארכובה, וגם זה רק כשהטלטל ניצב בדיוק לציר - מה שלא מתרחש במנוע אמיתי עם טלטל באורך סופי... התנועה של הטלטל רק מקטינה את הזרוע הזאת, במהלך הסיבוב השלם, לפי סינוס הזוית.

טלטל ארוך יותר=תנועה זויתית קטנה יותר של הטלטל= סינוס קטן יותר= יותר מומנט. לא?
אם לוקחים רק את זה בחשבון אז על הנייר שימי צודק, אבל יש פה עוד מספר גורמים, רשימה חלקית ביותר:
א. מהלך ארוך מכריח תנועה קוית ארוכה ומהירה יותר של הבוכנהדול מאוד לסל"ד נתון
ב. הקטנת השסתומים (כי הקטנו את קוטר הבוכנה עבור נפח נתון) מכריחה הגדלה של מהירות הזרימה הממוצעת המשפיעה על המילוי הנפחי (המשפיע על הכל).


ברור שהנושא מאוד מסובך וקשה להשוות בצורה ישירה שני מנועים עם נפח שווה אבל מהלך שונה. אני מאמין ששינוי במהלך יגרור שינוי בחלק גדול מאוד מהמנוע מתכנות הECU ועד לתכנון הסעפות. אין לי מושג מה המחירים של השינויים האלה. יכול ליהיות ששינוי המומנט שהארכת המהלך יגרור פגיעה גדולה הרבה יותר בתחום נלווה אחר.
חשוב גם לתת את הדעת לרלוונטיות של נתון שיא המומנט במנוע שנמצא בו זמן מועט יחסית. נראה לי שגובה ואורך רצועת הכוח היעילה הרנה יותר רלוונטים אבל אנשים שקוראים פרוספקט רוצים לראות מספר אחד ולהשוות, זבנג וגמרנו.

[נמרוד]

טלטל ארוך יותר=תנועה זויתית קטנה יותר של הטלטל= סינוס קטן יותר= יותר מומנט. לא?

בוודאי, אבל מדובר על זויות קטנות - השינוי זניח, וככל שנאריך את הקראנק עד לאינסוף שבו זרוע המומנט תהיה מקסימלית, השינוי יותר ויותר אפסי (ב80 מעלות הזרוע האפקטיבית תהיה 98% מהזרוע המלאה).

[חנן-ג'יפולוג]

אני לא חושב שהשינוי זניח אלא שהוא לא קיים. אני מודה שאני חלוד מכדי לבצע את החישוב הכולל, גם בגלל העניין הגיאומטרי אבל בעיקר בגלל שמדובר לא בחישוב נקודתי על זוית מסוימת במחזור העבודה אלא באינטגרל של הכוחות על כל מחזור העבודה.
על דבר אחד אני בטוח שתהיה הסכמה. יש לחץ מסוים על פני הבוכנה. הוא מוכפל בשטח הבוכנה וזה נותן את הכוח שמופעל הבוכנה. כפול מהלך הבוכנה שהוא לא משתנה זה ערך מסוים של עבודה. הערך הזה מיתרגם לערך זהה של העבודה שמופעלת על הקרנק, של מומנט כפול סיבוב הקרנק. לכן המומנט זהה.

[רני דקל]

אני לא חושב שהשינוי זניח אלא שהוא לא קיים. אני מודה שאני חלוד מכדי לבצע את החישוב הכולל, גם בגלל העניין הגיאומטרי אבל בעיקר בגלל שמדובר לא בחישוב נקודתי על זוית מסוימת במחזור העבודה אלא באינטגרל של הכוחות על כל מחזור העבודה.
על דבר אחד אני בטוח שתהיה הסכמה. יש לחץ מסוים על פני הבוכנה. הוא מוכפל בשטח הבוכנה וזה נותן את הכוח שמופעל הבוכנה. כפול מהלך הבוכנה שהוא לא משתנה זה ערך מסוים של עבודה. הערך הזה מיתרגם לערך זהה של העבודה שמופעלת על הקרנק, של מומנט כפול סיבוב הקרנק. לכן המומנט זהה.

ככל שהטלטל קצר יותר כך הכוח פועל בזוית גדולה יותר ביחס לתנועה הקוית של הבוכנה. תחשוב על זה - אם הייתי בונה מנוע עם טלטל קצר בהגזמה כנראה הייתי מגיע לנעילה גאומטרית או לא מצליח לסובב את גל הארכובה בכלל. חלק מהכוח הפועל אינו פועל באופן משיקי אלא יוצר ריאקציה רדיאלית בגל הארכובה. כוח זה למעשה מתבזבז ואינו מייצר מומנט.
תקנו אותי אם אני טועה.

[moshik999]

"כתבתי פעם הסבר מקווה שזה יסדר את הבנת המושגים הבסיסיים.
"כשכוח מופעל על זרוע נוצר בעצם מנוף.
התוצאה של הפעולה תלויה גם באורך הזרוע או המרחק מהציר.
אם תסתכל על דלת ,תראה שהידית של הדלת נמצאת רחוק מהצירים ,
אם היא הייתה קרובה מאוד לצירים היית צריך להפעיל כח רב יותר לפתיחתה .
לכן מה שקובע את קלות הפעולה הוא לא הכח המופעל בלבד, אלא מכפלת הכח באורך המנוף.
קג"ם זה יחידה של מומנט :ק"גXמטר.
במנוע הכח נוצר מפיצוץ תערובת אוויר -דלק שהודפת את הבוכנות כלפי מטה,
הבוכנות מחוברות לטלטלים שמחוברים לגל-ארכובה שהם בעצם המנופים שמכפילים את הכח.
אם תשים טלטלים ארוכים יותר או גל ארכובה גדול יותר המומנט יגדל."

זה נכון שמנוף מכפיל את הכח אבל צריך לזכור שאין מתנות חינם
לפתוח דלת עם ידית בקצה יותר קל מאשר ידית שקרובה לצירים
כי עושים יותר דרך המכפלה של כח ליחידת מרחק לא משתנה.
בפתיחת דלת עם ידית מפעילים כח לאורך 100 ס"מ
בפתיחת הדלת קרוב לצירים מפעילים יותר כח אבל למרחק הרבה יותר קטן

לכן נפח הצילינדר הוא הקובע ולא משנה אם הוא צר וארוך או עבה וקצר
וזה גם עונה לשאלה מה עדיף ארוך וצר או עבה וקצר?

[חנן-ג'יפולוג]

רני, היה עדיף לצייר את זה, אבל נדמה לי שאני מבין אותך.
זה הפוך. הרי הכח שפועל על הטלטל הוא הכח שפועל על הבוכנה חלקי קוסינוס הזוית ביניהם וככל שהזווית גדלה הכח גדל. למשל על הבוכנה יכול לפעול כח של 10 ק"ג ועל הטלטל יפעל כח של 11 ק"ג וכשהזווית תהיה קרובה ל 90 הכח על הטלטל יהיה אינסופי.
לא שזה עוזר כי במקום אחר על מחזור העבודה הזווית בין הטלטל לקרנק דווקא תקטין את הכח. לכן דיברתי על אינטגרל של הכוחות המשתנים ולא רק על נקודה אחת במחזור. המומנט הרגעי על הקרנק הוא ממש לא המומנט של המנוע שהוא פונקציה של סה"כ אינטגרל הכוחות לכל אורך המחזור.

[moshik999]

שלום לכולם!
אני חדש פה,
קראתיי לפני כמה ימים כתבה על מומנט והבאנתי שמומנט מיצר כ-90% מההאצה של המכונית(לא רק אבל בין השאר..)
לאחר מכן קראתי על כ"ס וגם שם כתוב שזהו נתון הכרחי במיוחד בכדי לקבל האצה..,
משהוא יכול לסדר לי בקצרה את הדברים בראש?
איך כל דבר בא ליידי ביטוי במכונית?תודה לעוזרים!

מנוע עם הרבה מומנט הוא כזה שניתן להאיץ ולהרגיש את זמינות הכוח גם מבלי לעלות לסל"ד גבוה ואין צורך להחילף הילוכים כל הזמן. ע"מ להשאר בתחום סלד גבוה.
בד"כ מכוניות עם מנוע קטן (קטנות) יהיו עם מומנט קטן והספק מכסימלי בסל"ד גבוה
והתוצאה של זה תהיה החלפה תכופה של הילוכים ע"מ להשאר בתחום הסלד הגבוה.

[talw]

מנוע עתיר מומנט יהיה כזה שניתן להאיץ ולהרגיש את זמינות הכוח גם מבלי לעלות לסל"ד גבוה ואינו דורש החלפת הילוכים תכופה כדי להישאר בתחום הגבוה של הסל"ד (שבדרך כלל מאפיין מנועים בעלי נפח יותר קטן המכוונים להספק מקסימלי בסל"ד גבוה

מושיק,במנוע "עתיר מומנט" (מומנט מוקדם) תצטרך להחליף הילוכים באותה תכיפות (אם לא יותר-שזה בעצם שורש הדיון) בכדי להישאר בתחום המומנט הגבוה.
חנן צודק בתגובתו האחרונה,תמשיכו זה מעניין.

[moshik999]

מושיק,במנוע "עתיר מומנט" (מומנט מוקדם) תצטרך להחליף הילוכים באותה תכיפות (אם לא יותר-שזה בעצם שורש הדיון) בכדי להישאר בתחום המומנט הגבוה.
חנן צודק בתגובתו האחרונה,תמשיכו זה מעניין.

אני חושב שלבוכנה עבה וצרה תהיה יותר גמישות מאשר לבוכנה צרה וארוכה (בוכנות בעלי אותו נפח)

איפה בא לידי ביטוי גמישות?(החלפת הילוכים)
כשאתה דוחף עגלה עם גלגלים גדולים או אותה עגלה עם גלגלים קטנים?
בבוכנה צרה וארוכה רדיוס הסיבוב של הטלטל יותר גדול(גלגל יותר גדול)
בבוכנה צרה ועבה רדיוס הסיבוב של הטלטל יותר קטן(גלגל יותר קטן)

[lizard]

מושיק אל תשכח שמחקרים הראו שנשים אוהבות בוכנות עבות וקצרות....