Як над квадратом ви можете піти?

Мені цікаво, що таке обмежувальний коефіцієнт для співвідношення обертання / ходу, і як надмірно квадратний двигун може піти на пошук більш високих об / хв і к.с. (зокрема мотоцикли) ...

Я знаю, що об / хв обмежена середньою швидкістю поршня приблизно 25 м / с, а зменшення ходу дозволяє підвищити об / хв, оскільки воно знижує швидкість поршня. Багато спортивних велосипедів мають коефіцієнт b / s лише близько 1,6: 1 до 1,8: 1, зі швидкістю поршня трохи менше 25 м / с. Схоже, пружини клапанів є, ймовірно, обмежуючим фактором об / хв., І вони просто встановлюють співвідношення настільки високе, наскільки це потрібно, щоб утриматись менше 25 м / с, це означає, що межа квадратної межі не буде досягнута.

Якщо припустити, що система клапана може спрацювати з нею (наприклад, десмодромна), що обмежуватиме співвідношення між отвором і ходом і наскільки високою вона може бути? Найвище виробниче співвідношення, яке я міг знайти, - це Desmosecidi RR Ducati при 2: 1 (86 х 43 мм). Мені також цікаво, чому він утримував ті ж 14 000шш / хв, що й інші літребійки, незважаючи на низький хід (близько 17 500 об / хв при 25 м / с), клапани дезмо, кулачки з гвинтом і ідеально збалансований V4 на 90 градусів.

(З точки зору кінематики двигуна)

Збільшення коефіцієнта буріння та удару (B: S) має два потенційні наслідки

1. Це зменшує зазор між поршнем та головою

   Для того, щоб підтримувати однаковий коефіцієнт переміщення і стиснення поршня (CR), зазор між поршнем у верхній мертвій точці (TDC) і головкою повинен стати меншим. Це тому, що більший отвір передбачає менший хід для того ж переміщення.

   Я розчавив кілька номерів простого плоского поршня розмірами, подібними до двигуна Desmosedici (0,25 л). При 13.5: 1 CR зазор між головкою циліндра і поршнем становить 3,19 мм, тому інженерам Ducatisti насправді не дуже багато місця для гри.

   Я розчавив ще кілька цифр для різних коефіцієнтів випромінювання та удару.

   • На B: S 1.6 зазор піднімається до 3,70 мм
   • При B: S 2.5 зазор падає до 2,75 мм

   Це може здатися не великою різницею, але воно є.

   Я не кваліфікований, щоб коментувати, наскільки така різниця в оформленні може призвести до витрат на виготовлення інструментів та виготовлення.

2. Для підтримки зазору поршня до голови вам доведеться зменшити КР

   Зауважте, що CR впливає на теплову ефективність, а згодом і на крутний момент та на потужність (я буду тримати такі обмеження, як вибивання / автоматичне запалювання від цієї дискусії).

   Зменшив кілька цифр для B: S 2.5:

   Для підтримання зазору 3,19 мм на TDC КР потрібно знизити з 13,5 до 11,65.

   Це приблизно 4-5% втрати ефективності. Все інше рівне, якщо спочатку двигун складає 170 к.с., вам доведеться робити приблизно на 8 менших коней із збільшеним отвором.

Тепер можна боротися з очікуваною втратою крутного моменту з більшими обертами, що призводить до вашого другого питання.

Причин, через які інженери вирішили обмежити лічильник оборотів певним значенням, може бути багато, включаючи обмеження кількості матеріалів, вимоги до надійності та (можливо) ротординамічні проблеми. Це не кінематика, яка стримує обмеження оборотів, це щось інше, що відомо лише Дукаті.

Інший фактор - питання "міцності матеріалів" у поєднанні зі збільшенням ваги поршня більшого розміру.

Поворотні сили при ТДК величезні, і вони є типом сили (напруги), яка сприяє втомі. Сили стиснення на BDC набагато менше питання в плані з'єднання стрижня / штифта / поршня.

Вага є величезним фактором, тому що, якщо я пригадую, цей вектор множиться на вектор обертання, що знаходиться в квадраті , при обчисленні зусиль напруги в зоні поршня під час зворотної передачі TDC. У будь-якому випадку вага поршня є критичним, але так само міцність поршня.

Однак, я клянусь, я пам’ятаю овально-поршневий мотоцикл Honda, який обертався 20K + RPM, і це було майже 3 десятиліття тому. Але я не пам'ятаю, щоб BxS був сильно завищеним.

Інший фактор - геометрія камери згоряння. @Zaid вже згадував просвіт поршня до голови. Але як ваш отвір зростає, так збільшується площа поверхні вашої камери згоряння, ви втратите більше тепла для стін, знижуючи ефективність.

Зменшення ходу також зменшує крутний момент, що створюється двигуном (сила запалювання застосовується до коротшої руки), роблячи двигун менш рухливим при менших оборотах в хвилину.

При більш високих оборотах в хвилину (справа майже 12000 об / хв для більшості застосувань) час, який потрібен для відкриття та закриття клапанів, занадто довгий, використовуючи лише пружинне натяг, двигуни для цього потребують інженерного рішення, тому це додає складності та вартості двигун. Це можливо і зроблено, але високоповажний двигун завжди буде дорожчим.