Stroke-to-Bore Ratio:A Key to Engine Efficiency

エンジンの効率に寄与する多くの要因がありますが、考慮する必要がある主な要因はエンジンジオメトリ エンジンの全体的なサイズは重要であるだけでなく、ストローク対ボア比によって定義されるエンジンシリンダーのアスペクト比も重要です。 その理由を説明するためには、シリンダ内熱伝達、シリンダ掃気および摩擦の三つの要因を考慮する必要があります。
単純な幾何学的関係により、ストローク対ボア比が長いエンジンシリンダは、ストローク対ボア比が短いシリンダに比べて、燃焼室ガスに曝される表面積が小さいことが示されている。 従ってより小さい区域はクランク軸に減らされた内部シリンダー熱伝達、高められたエネルギー移動および高性能に直接導く。
シリンダー掃気—シリンダー内の排気製品が新鮮な空気に置き換えられるツーストローク現象は、ユニフロー掃気、対向ピストン、ツーストロークエンジンのストローク対ボア比の影響を強く受けます。 打撃に穴の比率が増加すると同時に、そう新鮮な空気がシリンダーの1つの端に取入口港ともう一方の端に排気港の間で移動しなければならない間隔 この増加した間隔はより高い掃除の効率および、その結果、より低いポンプ仕事でより少ない新鮮な空気が充満短絡によって失われるので起因する。
エンジン摩擦は、クランクシャフト軸受摩擦とパワーシリンダ摩擦の二つの競合する効果のためにストローク対ボア比の影響を受けます。 打撃に穴の比率が減ると同時に、より大きいピストン区域がクランク軸軸受けにより大きい力を移すので軸受け摩擦は増加する。 しかし，対応する短いストロークは，リング／シリンダ界面に起因するパワーシリンダ摩擦を減少させる。
Achates Powerでは、高効率内燃機関を持つための最良の機会を提供する最適なエンジン形状を正確に特定するために、三つの分野すべてで広範な解析を行 シリンダ内シミュレーションでは、熱伝達が約2のストローク対ボア比以下で急速に増加することが示されており、エンジンシステムシミュレーションでは、ポンピング作業が約2のストローク対ボア比以下で急速に増加することが示されている。2（清掃効率の関連する減少のため）、およびエンジンの摩擦モデルは、ほとんどの場合、私たちの対向ピストン、ツーストロークエンジンのために、クランク軸軸受とパワーシリンダの摩擦値が互いに相殺することを示しています。
ここで注意すべきことは、対向ピストンエンジンでは、シリンダーごとに二つのピストンが反対の往復運動で動作する場合、”ストローク”は二つのピストンの合 この事実は、対向ピストンエンジンは、慣性負荷および摩擦に有害である過度に高い平均ピストン速度を有することなく、シリンダあたり一つのピ
文脈のために、以下は、幅広い用途向けに設計されたいくつかの現在の四ストロークエンジンの出力密度対ストローク対ボア比のプロットです。 図表のエンジンすべてにシリンダーヘッドがある、従って打撃は実際のピストン打撃を記述することに注意して下さい。 プロットのデータは、レースカーのような高出力密度を必要とするエンジンはストローク対ボア比が小さく、大型トラックや海上貨物船のような高燃費を必要とするエンジンはストローク対ボア比が大きい傾向を示しています。

この関係の制限要因は、ピストン運動からの慣性力の発生です。 高い出力密度を達成するためには、エンジンは高いエンジン速度（フォーミュラ1エンジンでは最大18,000rpm）で動作しなければならず、小さなストローク対ボア比を使用することによって制限されなければならない高い慣性力につながる。 高性能を要求する適用のために、長い打撃に穴の比率はピストンの慣性力のために、より遅いエンジン速度および低い電力密度を要求する必要があ 2.5mの打撃がある海洋の適用のために、エンジン回転数は102のrpmに限られる。
比較では、Achatesパワー対向ピストン、ツーストロークエンジンは、2.2-2.6の範囲のストローク対ボア比で設計されています。 打撃に穴の比率の価値のこの範囲はまだ媒体および頑丈な適用で現在利用できるエンジンと対等な平均ピストン速度を持っている間私達が非常に能率的な内燃機関を作成することを可能にする。 ストローク対ボア比が2以下の対向ピストン、ツーストロークエンジンは、エンジンの全体的な効率を低下させるために作用する高いシリンダ内熱伝達と貧弱な掃気に苦しむことになる。