Slag-Til-Boringsforhold: En Nøkkel til Motoreffektivitet

Mens det er mange faktorer som bidrar til motorens effektivitet, er den primære faktoren som må vurderes selve motorgeometrien. Ikke bare betyr den totale størrelsen på motoren, men aspektforholdet til motorsylinderne-definert av slag-til-boringsforholdet-også viktig. For å forklare hvorfor, må man vurdere tre faktorer: in-sylinder varmeoverføring, sylinder rensing og friksjon.Enkle geometriske forhold viser at en motorsylinder med lengre slag-til-boringsforhold vil ha et mindre overflateareal utsatt for forbrenningskammergassene sammenlignet med en sylinder med kortere slag-til-boringsforhold. Det mindre området fører direkte til redusert in-sylinder varmeoverføring, økt energioverføring til veivaksel og dermed høyere effektivitet.
Cylinder scavenging – en to-takts fenomen der eksos produkter i sylinderen er erstattet av frisk luft-er også sterkt påvirket av slag-til-boring forholdet i en uniflow-rensing, motsatt-stempel, to-takts motor. Etter hvert som slag-til-boringsforholdet øker, må også avstanden den friske luften reise mellom inntaksportene i den ene enden av sylinderen og eksosportene i den andre enden. Denne økte avstanden resulterer i høyere renseeffektivitet og som et resultat lavere pumpearbeid fordi mindre frisk luft går tapt via kortslutning.
Motorfriksjon påvirkes av slag-til-boringsforholdet på grunn av to konkurrerende effekter: veivakselfriksjon og kraft-sylinderfriksjon. Når slag-til-boringsforholdet reduseres, øker lagerfriksjonen fordi det større stempelområdet overfører større krefter til veivaksellagrene. Det tilsvarende kortere slag resulterer imidlertid i redusert kraft-sylinderfriksjon som oppstår ved ring / sylindergrensesnitt.
Hos Achates Power har Vi gjennomført omfattende analyser på alle tre områder for å korrekt identifisere den optimale motorgeometrien som gir den beste muligheten til å ha en svært effektiv forbrenningsmotor. 2, motorsystemer simuleringer har vist at pumpearbeidet øker raskt under et slag-til-boringsforhold på omtrent 2.2 (på grunn av tilhørende reduksjon i renseeffektivitet), og motorfriksjonsmodeller har vist at veivaksellager og kraft-sylinderfriksjonsverdier, for det meste, avbryter hverandre for vår motsatte stempel, totaktsmotor.
Det bør bemerkes her at i en motsatt-stempelmotor – hvor det er to stempler per sylinder som arbeider i motsatt, frem—og tilbakegående bevegelse-resulterer «slag» fra de kombinerte bevegelsene til de to stemplene og er omtrent dobbelt så langt som en av stemplene beveger seg i en halv revolusjon. Dette faktum gjør det mulig for en motsatt stempelmotor å ha mye større slag-til-boringsforhold enn en motor med ett stempel per sylinder uten å ha for høye gjennomsnittlige stempelhastigheter som er skadelige for treghetsbelastning og friksjon.
for kontekst, nedenfor er et plott av effekttetthet versus slag-til-boringsforhold for noen nåværende firetaktsmotorer designet for et bredt spekter av applikasjoner. Merk at alle motorene i diagrammet har topplokk, slik at slag beskriver selve stempelslaget. Dataene i plottet viser en trend der motorer som krever høy effekttetthet-som de i racerbiler-har et lite slag-til-boringsforhold, og motorer som krever høy drivstoffeffektivitet – som de i tunge lastebiler og marine lasteskip-har et stort slag—til-boringsforhold.

begrensningsfaktoren i dette forholdet er treghetskreftene som stammer fra stempelbevegelsen. For å oppnå høy effekttetthet må motoren operere med høy motorturtall (opptil 18 000 o / min For Formel 1-motoren), noe som fører til høye treghetskrefter som må begrenses ved å bruke et lite slag-til-boringsforhold. For applikasjoner som krever høy effektivitet, er det nødvendig med et langt slag-til-boringsforhold, og igjen på grunn av stempelets treghetskrefter krever det en lavere motorturtall og lavere effekttetthet. For den marine applikasjonen som har et 2,5 m slag, er motorhastigheten begrenset til 102 rpm.
til sammenligning Blir Achates-Kraften motsatt-stempel, totaktsmotor designet med et slag-til-boringsforhold i området 2,2 til 2,6. Dette utvalget av slag-til-boringsforhold gir oss mulighet til å skape en svært effektiv forbrenningsmotor, samtidig som vi fortsatt har gjennomsnittlige stempelhastigheter som er sammenlignbare med motorer som for tiden er tilgjengelige i mellomstore og tunge applikasjoner. Enhver motsatt stempel, totaktsmotor med et slag-til-boringsforhold under 2 vil lide av høy sylindret varmeoverføring og dårlig rensing, som begge virker for å redusere motorens samlede effektivitet.