slag-til-boring-forhold: en nøgle til Motoreffektivitet

mens der er mange faktorer, der bidrager til en Motors effektivitet, er den primære faktor, der skal overvejes, selve motorgeometrien. Ikke kun betyder motorens samlede størrelse noget, men billedformatet for motorcylindrene—defineret af slag-til-boringsforholdet—betyder også noget. For at forklare hvorfor skal man overveje tre faktorer: in-cylinder varmeoverførsel, cylinder scavenging og friktion.enkle geometriske forhold viser, at en motorcylinder med længere slag-til-boring-forhold vil have et mindre overfladeareal udsat for forbrændingskammergasserne sammenlignet med en cylinder med kortere slag-til-boring-forhold. Det mindre område fører direkte til reduceret varmeoverførsel i cylinderen, øget energioverførsel til krumtapakslen og derfor højere effektivitet.
Cylinderopfangning-et totaktsfænomen, hvor udstødningsprodukterne i cylinderen erstattes af frisk luft—påvirkes også stærkt af slag-til-boringsforholdet i en ensartet opfangning, modsat stempel, totaktsmotor. Efterhånden som slag-til-boring-forholdet øges, det samme gør afstanden, som den friske luft skal bevæge sig mellem indsugningsportene i den ene ende af cylinderen og udstødningsportene i den anden ende. Denne øgede afstand resulterer i højere rensningseffektivitet og som et resultat lavere pumpearbejde, fordi mindre frisk luft går tabt via kortslutning af ladningen.Motorfriktion påvirkes af forholdet mellem slag og boring på grund af to konkurrerende effekter: krumtapakselfriktion og kraftcylinderfriktion. Når slag – til-boringsforholdet falder, øges lejefriktionen, fordi det større stempelområde overfører større kræfter til krumtapakslejerne. Imidlertid resulterer det tilsvarende kortere slag i nedsat kraftcylinderfriktion, der stammer fra Ring / cylindergrænsefladen.
hos Achates har vi foretaget omfattende analyser på alle tre områder for korrekt at identificere den optimale motorgeometri, der giver den bedste mulighed for at have en yderst effektiv forbrændingsmotor. 2, motorsystemsimuleringer har vist, at pumpearbejdet stiger hurtigt under et slag-til-boring-forhold på omkring 2.2 (på grund af det tilhørende fald i rensningseffektivitet) og motorfriktionsmodeller har vist, at krumtapakslens leje og kraftcylinderfriktionsværdier for det meste annullerer hinanden for vores modsatte stempel, totaktsmotor.
det skal her bemærkes, at i en modsat stempelmotor-hvor der er to stempler pr.cylinder, der arbejder i modsat, frem—og tilbagegående bevægelse—er “slagtilfælde” resultatet af de to stemplers kombinerede bevægelser og er omtrent dobbelt så langt som et af stemplerne bevæger sig i en halv omdrejning. Denne kendsgerning gør det muligt for en modsat stempelmotor at have meget større slag-til-boring-forhold end en motor med et stempel pr.cylinder uden at have for høje gennemsnitlige stempelhastigheder, der er skadelige for inertibelastning og friktion.
for kontekst er nedenfor et plot af effekttæthed versus slag-til-boring-forhold for nogle nuværende firetaktsmotorer designet til en lang række applikationer. Bemærk, at alle motorerne i diagrammet har cylinderhoveder, så slagtilfælde beskriver det faktiske stempelslag. Dataene i plottet viser en tendens, hvor motorer, der kræver høj effekttæthed—som dem i racerbiler—har et lille slag-til-boring—forhold, og motorer, der kræver høj brændstofeffektivitet-som dem i tunge lastbiler og marine fragtskibe—har et stort slag-til-boring-forhold.

den begrænsende faktor i dette forhold er inertialkræfterne oprindelse fra stempelbevægelsen. For at opnå høj effekttæthed skal motoren køre med en høj motorhastighed (op til 18.000 o / min for Formel 1-motoren), hvilket fører til høje inertialkræfter, der skal begrænses ved hjælp af et lille slag-til-boring-forhold. Til applikationer, der kræver høj effektivitet, er et langt slag-til-boreforhold nødvendigt, og igen på grund af stemplets inertialkræfter kræver en langsommere motorhastighed og lavere effekttæthed. Til den marine applikation, der har et slag på 2,5 m, er motorhastigheden begrænset til 102 omdr. / min.
til sammenligning er Achates-kraften modsat-stempel, totaktsmotor designet med et slag-til-boring-forhold i området 2,2 til 2,6. Denne række slag-til-boring-forhold giver os mulighed for at skabe en meget effektiv forbrændingsmotor, mens vi stadig har gennemsnitlige stempelhastigheder, der kan sammenlignes med motorer, der i øjeblikket er tilgængelige i mellem – og tunge applikationer. Enhver modsat stempel, totaktsmotor med et slag-til-boring-forhold under 2 vil lide af høj cylindret varmeoverførsel og dårlig rensning, som begge virker for at reducere motorens samlede effektivitet.