Zdvih-Vrtání Poměr: Klíč Účinnost Motoru

i Když existuje mnoho faktorů, které přispívají k motoru je účinnost, hlavním faktorem, který je třeba zvážit, je motor geometrie sám. Nezáleží pouze na celkové velikosti motoru, ale záleží také na poměru stran válců motoru-definovaném poměrem zdvihu k otvoru. Abychom vysvětlili proč, je třeba vzít v úvahu tři faktory: přenos tepla ve válci, čištění válců a tření.
Jednoduché geometrické vztahy ukazují, že motor válec s delší zdvih-vrtání poměr bude mít menší povrch vystaven spalovací komoře plyny ve srovnání s válci s kratší zdvih-vrtání poměr. Menší plocha vede přímo ke snížení přenosu tepla ve válci, zvýšenému přenosu energie na klikový hřídel a tím k vyšší účinnosti.
Válce úklidu—dva-mrtvice jev, v němž spalin ve válci jsou nahrazeny čerstvého vzduchu—je také silně ovlivněna zdvih-vrtání poměr v uniflow-úklidu, s protilehlými písty, dvoutaktní motor. Jak se poměr zdvihu k otvoru zvyšuje, tak se zvyšuje vzdálenost, kterou musí čerstvý vzduch cestovat mezi sacími otvory na jednom konci válce a výfukovými otvory na druhém konci. Tato zvýšená vzdálenost má za následek vyšší účinnost úklidu a, jako výsledek, nižší čerpací práce, protože zkratem náboje se ztrácí méně čerstvého vzduchu.
tření motoru je ovlivněno poměrem zdvihu k vrtání kvůli dvěma konkurenčním účinkům: tření ložiska klikového hřídele a tření výkonového válce. Jak se poměr zdvihu k vrtání snižuje, tření ložiska se zvyšuje, protože větší plocha pístu přenáší větší síly na ložiska klikového hřídele. Odpovídající kratší zdvih však má za následek snížené tření výkon-válec pocházející z rozhraní prstenec / válec.
Na Achates Moci, provedli jsme rozsáhlé analýzy ve všech třech oblastech, aby se správně určit optimální motor geometrii, která poskytuje nejlepší příležitost k mít vysoce efektivní spalovací motor. V-válec simulace ukázaly, že přenos tepla se rychle zvyšuje níže zdvih-vrtání poměr asi 2, motor systémy simulace ukázaly, že čerpání pracovat rychle zvyšuje níže zdvih-vrtání poměr o 2.2 (protože se s tím spojený pokles úklidu účinnost), a motor tření modely prokázaly, že ložiska klikového hřídele a power-válec hodnoty tření, pro nejvíce se rozdělit, navzájem vyruší pro naše protilehlými písty, dvoutaktní motor.
Je třeba poznamenat, tady, že v motor s protilehlými písty—tam, kde jsou dva písty na válec pracuje v opak, vratný pohyb—“mrtvice“ výsledky z kombinované pohyby dva písty a je zhruba dvojnásobek vzdálenosti, že jeden z pístů cestuje v půl revoluce. Tato skutečnost umožňuje motor s protilehlými písty mít mnohem větší zdvih-vrtání poměry než v motoru s jedním pístem na válec, aniž by nadměrně vysoký střední pístové rychlosti, které jsou škodlivé pro setrvačné zatížení a tření.
pro kontext je níže uveden graf hustoty výkonu versus poměr zdvihu k vrtání některých současných čtyřdobých motorů určených pro širokou škálu aplikací. Všimněte si, že všechny motory v grafu mají hlavy válců, takže zdvih popisuje skutečný zdvih pístu. Data v grafu ukazují trend, ve kterém motory, které vyžadují vysokou hustotou výkonu—jako v závodních autech—mají malý zdvih-vrtání poměr, a motory, které vyžadují vysokou účinnost paliva—podobně jako v těžkých nákladních automobilů a námořní nákladní lodě—mají velký zdvih-vrtání poměr.

limitujícím faktorem v tomto vztahu je vznik setrvačných sil od pohybu pístu. K dosažení vysoké hustoty výkonu, motor musí pracovat na vysoké otáčky (až 18.000 ot / min pro Formuli 1 motor), což vede k vysoké setrvačné síly, které musí být omezeny použitím malý zdvih-vrtání poměr. Pro aplikace, které vyžadují vysokou účinnost, je nutný dlouhý poměr zdvihu k otvoru a opět kvůli setrvačným silám pístu vyžaduje pomalejší otáčky motoru a nižší hustotu výkonu. Pro námořní aplikaci, která má zdvih 2,5 m, jsou otáčky motoru omezeny na 102 ot / min.
Ve srovnání, Achates Moc protilehlými písty, dvoutaktní motor je navržen s zdvih-vrtání poměr v rozmezí 2.2 až 2.6. Tento rozsah zdvih-vrtání poměr hodnot nám umožňuje vytvořit vysoce efektivní spalovací motor, zatímco stále mají průměr pístu rychlostí srovnatelné s motory v současné době k dispozici ve středně a heavy-duty aplikace. Žádné proti-píst, dvou-taktní motor zdvih-vrtání poměr pod 2 bude trpět vysoké v-válec přenos tepla a špatné úklidu, z nichž oba působí na snížení celkové účinnosti motoru.