slag-Boringverhouding: een sleutel tot het motorrendement

hoewel er veel factoren zijn die bijdragen aan het rendement van een motor, is de primaire factor waarmee rekening moet worden gehouden de motorgeometrie zelf. Niet alleen de totale grootte van de motor is van belang, maar ook de hoogte—breedteverhouding van de motorcilinders-gedefinieerd door de slag-boring—verhouding-is van belang. Om uit te leggen waarom, moet men rekening houden met drie factoren: in-cilinder warmteoverdracht, cilinder opruimen en wrijving.
Eenvoudige Geometrische relaties tonen aan dat een motorcilinder met een langere slag-boringverhouding een kleiner oppervlak heeft dat wordt blootgesteld aan de gassen van de verbrandingskamer in vergelijking met een cilinder met een kortere slag-boringverhouding. Het kleinere oppervlak leidt direct tot een verminderde warmteoverdracht in de cilinder, een verhoogde energieoverdracht naar de krukas en daardoor een hogere efficiëntie.het opruimen van de cilinder—een tweetaktverschijnsel waarbij de uitlaatproducten in de cilinder worden vervangen door verse lucht-wordt ook sterk beïnvloed door de slag—boringverhouding in een uniflow-zuiger tweetaktmotor. Naarmate de slag-boring verhouding toeneemt, neemt ook de afstand die de verse lucht moet afleggen tussen de inlaatpoorten aan het ene uiteinde van de cilinder en de uitlaatpoorten aan het andere uiteinde toe. Deze grotere afstand resulteert in een hogere afvangefficiëntie en, als gevolg daarvan, minder pompwerk omdat er minder verse lucht verloren gaat via laadkortsluiting.de wrijving van de motor wordt beïnvloed door de slag-boringverhouding vanwege twee concurrerende effecten: de wrijving van de krukas en de wrijving van de motorcilinder. Naarmate de slag-tot-boring verhouding afneemt, neemt de lagerwrijving toe omdat het grotere zuigeroppervlak grotere krachten naar de krukas lagers overdraagt. De overeenkomstige kortere slag resulteert echter in een verminderde vermogen-cilinder wrijving afkomstig van de ring / cilinder interface.bij Achates Power hebben we uitgebreide analyses uitgevoerd op alle drie de gebieden om de optimale motorgeometrie correct te identificeren die de beste mogelijkheid biedt om een zeer efficiënte verbrandingsmotor te hebben. In-cilinder simulaties hebben aangetoond dat de warmteoverdracht snel toeneemt tot onder een slag-boring Verhouding van ongeveer 2, motor systemen simulaties hebben aangetoond dat het pompen werk snel toeneemt tot onder een slag-boring Verhouding van ongeveer 2.2 (vanwege de daarmee gepaard gaande afname van de efficiëntie van het opruimen), en motorwrijvingsmodellen hebben aangetoond dat de krukas lager en vermogen-cilinder wrijvingswaarden, voor het grootste deel, elkaar opheffen voor onze tegengestelde-zuiger, tweetaktmotor.hierbij moet worden opgemerkt dat in een motor met tegengestelde zuigers-waarbij er twee zuigers per cilinder in tegengestelde, heen en weer bewegende beweging werken—de “slag” het resultaat is van de gecombineerde bewegingen van de twee zuigers en ongeveer het dubbele is van de afstand die een van de zuigers in een halve omwenteling aflegt. Hierdoor kan een motor met tegengestelde zuigers veel grotere slag-tot-boring verhoudingen hebben dan een motor met één zuiger per cilinder zonder overmatig hoge gemiddelde zuigersnelheden te hebben die schadelijk zijn voor traagheidsbelasting en wrijving.
voor de context is hieronder een grafiek van de vermogensdichtheid versus de slag-tot-boringverhouding van sommige huidige viertaktmotoren die zijn ontworpen voor een breed scala aan toepassingen. Merk op dat alle motoren in de kaart cilinderkoppen hebben, dus de slag beschrijft de werkelijke zuigerslag. De gegevens in het perceel laten een trend zien waarin motoren die een hoge vermogensdichtheid vereisen—zoals die in raceauto ‘ s—een kleine slag-boringverhouding hebben, en motoren die een hoge brandstofefficiëntie vereisen-zoals die in zware vrachtwagens en zeevrachtschepen—een grote slag-boringverhouding hebben.

de beperkende factor in deze relatie is de traagheidskrachten die ontstaan uit de zuigerbeweging. Om een hoge vermogensdichtheid te bereiken, moet de motor werken bij een hoog motortoerental (tot 18.000 tpm voor de Formule 1-motor), wat leidt tot hoge traagheidskrachten die moeten worden beperkt door een kleine slag-boringverhouding te gebruiken. Voor toepassingen die een hoog rendement vereisen, is een lange slag-tot-boring verhouding nodig en, opnieuw vanwege de traagheidskrachten van de zuiger, vereist een lager motortoerental en een lagere vermogensdichtheid. Voor de toepassing op zee met een slag van 2,5 m is het motortoerental beperkt tot 102 tpm.ter vergelijking, de Achates vermogen tegenover-zuiger, tweetakt motor wordt ontworpen met een slag-boring verhouding in het bereik van 2,2 tot 2,6. Dit bereik van slag-boring ratio waarden stelt ons in staat om een zeer efficiënte interne verbrandingsmotor te creëren met nog steeds gemiddelde zuigersnelheden vergelijkbaar met motoren die momenteel beschikbaar zijn in middelgrote en zware toepassingen. Elke tweetaktmotor met tegengestelde zuigers met een slag-boringverhouding van minder dan 2 heeft last van een hoge warmteoverdracht in de cilinder en slechte afvang, die beide de algehele efficiëntie van de motor verminderen.