Jak bardzo potrafisz wyjść?

Zastanawiam się, jakie są czynniki ograniczające stosunek prześwitu / skoku i jak kwadratowy silnik może pójść w poszukiwaniu wyższych prędkości obrotowych i KM (w szczególności motocykli) ...

Wiem, że obroty są ograniczone przez średnią prędkość tłoka wynoszącą około 25 m / s, a zmniejszenie skoku pozwala na wyższe obroty, ponieważ obniża prędkości tłoka. Wiele motocykli sportowych ma współczynniki b / s wynoszące tylko około 1,6: 1 do 1,8: 1, przy prędkości tłoka nieco poniżej 25 m / s. Wygląda na to, że sprężyny zaworowe są prawdopodobnie czynnikiem ograniczającym prędkość obrotową na minutę i po prostu ustawiają współczynnik tak wysoki, jak to konieczne, aby pozostać poniżej 25 m / s, co oznacza, że ​​limit przekroczenia kwadratu nie zostałby osiągnięty.

Zakładając, że system zaworów mógłby sobie z tym poradzić (np. Desmodromiczny), co ograniczyłoby stosunek otworu do skoku i jak wysokie mogłoby być? Najwyższy stosunek produkcji, jaki udało mi się znaleźć, to Desmosecidi RR Ducati przy 2: 1 (86 x 43 mm). Zastanawiam się również, dlaczego utrzymywał ten sam 14 000 obrotów na minutę, co inne litrebike, pomimo niższego skoku (około 17 500 obrotów na minutę przy 25 m / s), zaworów desmo, krzywek napędzanych geardem i idealnie wyważonego 90 stopni V4.

(Z perspektywy kinematyki silnika)

Zwiększenie stosunku otworu do skoku (B: S) ma dwa potencjalne skutki

1. Zmniejsza luz tłoka do głowicy

   Aby utrzymać ten sam współczynnik przemieszczenia tłoka i sprężania (CR), szczelina między tłokiem w górnym martwym punkcie (TDC) a głowicą musi być mniejsza. Wynika to z faktu, że większy otwór implikuje mniejszy skok dla tego samego przemieszczenia.

   Zaskoczyłem kilka liczb dla prostego płaskiego tłoka o wymiarach podobnych do silnika Desmosedici (0,25 l). Przy 13,5: 1 CR luz między głowicą cylindra a tłokiem wynosi 3,19 mm, więc inżynierowie Ducatisti nie mają zbyt wiele miejsca do zabawy.

   Zmiażdżyłem trochę więcej liczb dla różnych stosunków wiercenia do skoku.

   • W B: S 1.6 prześwit rośnie do 3,70 mm
   • W punkcie B: S 2.5 prześwit spada do 2,75 mm

   Może nie zabrzmi to jak duża różnica, ale tak właśnie jest.

   Nie mam uprawnień do komentowania, ile tego rodzaju różnica w luzach może wpłynąć na koszty oprzyrządowania i produkcji.

2. Aby zachować luz między tłokiem a głowicą, musisz zmniejszyć CR

   Zauważ, że CR wpływa na sprawność cieplną, a następnie moment obrotowy i moc wyjściową (będę trzymać ograniczenia, takie jak stukanie / samozapłon, poza dyskusją).

   Crunched niektóre liczby dla B: S 2.5:

   Aby zachować prześwit 3,19 mm w TDC, CR musi spaść z 13,5 do 11,65.

   To około 4-5% utraty wydajności. Wszystko inne jest równe, jeśli silnik miałby początkowo 170 KM, musiałbyś zadowolić się około 8 mniejszą liczbą koni o zwiększonym otworze.

Teraz można zwalczyć spodziewany spadek momentu obrotowego przy wyższych obrotach, co prowadzi do drugiego pytania.

Może istnieć wiele powodów, dla których inżynierowie zdecydowali się ograniczyć obrotomierz do określonej wartości, w tym ograniczenia materiałowe, wymagania dotyczące niezawodności i (ewentualnie) obawy związane z koordynacją. To nie kinematyka powstrzymuje ograniczenie obrotów, to coś innego, co znane jest tylko Ducati.

Kolejnym czynnikiem jest problem „wytrzymałości materiałów” w połączeniu ze wzrostem masy tłoka o większej średnicy.

Siły posuwisto-zwrotne w TDC są ogromne i są rodzajem siły (napięcia), która przyczynia się do zmęczenia. Siły ściskające w BDC są znacznie mniejszym problemem pod względem naprężeń korbowodu / sworznia / tłoka.

Ciężar jest ogromnym czynnikiem, ponieważ, o ile pamiętam, ten wektor jest mnożony przez wektor RPM, który jest kwadratem , przy obliczaniu sił rozciągających w obszarze sworznia tłokowego podczas odwrotności TDC. W każdym razie waga tłoka ma kluczowe znaczenie, ale również siła tłoka.

To powiedziawszy, przysięgam, że pamiętam owalny tłokowy silnik Hondy, który osiągał obroty 20 000 + RPM, a było to prawie 3 dekady temu. Ale nie przypominam sobie, żeby BxS było rażąco oversquare.

Kolejnym czynnikiem jest geometria komory spalania. @Zaid wspomniał już o luzie tłoka do głowicy. Ale wraz ze wzrostem otworu zwiększa się powierzchnia komory spalania, więc tracisz więcej ciepła na ściany, zmniejszając wydajność.

Zmniejszenie skoku zmniejsza również moment obrotowy wytwarzany przez silnik (siła zapłonu jest przykładana do krótszego ramienia), przez co silnik jest mniej podatny na ruch przy niższych obrotach.

Przy wyższych prędkościach obrotowych (około 12 000 obr / min dla większości zastosowań) czas potrzebny do otwarcia i zamknięcia zaworów jest o wiele za długi przy użyciu tylko napięcia sprężyny, silniki potrzebują do tego rozwiązania inżynieryjnego, co zwiększa złożoność i koszt silnik. Jest to wykonalne i zostało wykonane, ale silnik o wysokich obrotach zawsze będzie droższy.