raportul cursă-alezaj: o cheie pentru eficiența motorului

deși există mulți factori care contribuie la eficiența unui motor, factorul principal care trebuie luat în considerare este geometria motorului în sine. Nu numai dimensiunea totală a motorului contează, ci și raportul de aspect al cilindrilor motorului—definit de raportul cursă-alezaj-contează. Pentru a explica de ce, trebuie luați în considerare trei factori: transferul de căldură în cilindru, curățarea cilindrilor și frecarea.relațiile geometrice simple arată că un cilindru de motor cu un raport cursă-alezaj mai lung va avea o suprafață mai mică expusă gazelor din camera de ardere în comparație cu un cilindru cu un raport cursă-alezaj mai scurt. Suprafața mai mică duce direct la reducerea transferului de căldură în cilindru, la creșterea transferului de energie către arborele cotit și, prin urmare, la o eficiență mai mare.
Curățarea cilindrilor—un fenomen în doi timpi în care produsele de evacuare din cilindru sunt înlocuite cu aer proaspăt-este, de asemenea, puternic afectat de raportul cursă—alezaj într-un motor uniflow-scavenging, opus-piston, în doi timpi. Pe măsură ce raportul cursă-alezaj crește, la fel și distanța pe care trebuie să o parcurgă aerul proaspăt între orificiile de admisie de la un capăt al cilindrului și orificiile de evacuare de la celălalt capăt. Această distanță crescută are ca rezultat o eficiență mai mare de curățare și, ca urmare, o muncă de pompare mai mică, deoarece se pierde mai puțin aer proaspăt prin scurtcircuitarea încărcării.fricțiunea motorului este afectată de raportul cursă-alezaj din cauza a două efecte concurente: fricțiunea rulmentului arborelui cotit și fricțiunea putere-cilindru. Pe măsură ce raportul cursă-alezaj scade, frecarea rulmentului crește, deoarece zona mai mare a pistonului transferă forțe mai mari către rulmenții arborelui cotit. Cu toate acestea, cursa mai scurtă corespunzătoare are ca rezultat scăderea fricțiunii putere-cilindru provenind de la interfața Inel/Cilindru.
La Achates Power, am efectuat analize ample în toate cele trei domenii pentru a identifica corect geometria optimă a motorului care oferă cea mai bună oportunitate de a avea un motor cu ardere internă extrem de eficient. Simulările în cilindru au arătat că transferul de căldură crește rapid sub un raport cursă-alezaj de aproximativ 2, simulările sistemelor motorului au arătat că munca de pompare crește rapid sub un raport cursă-alezaj de aproximativ 2.2 (din cauza scăderii asociate a eficienței de curățare), iar modelele de frecare ale motorului au arătat că valorile de frecare ale rulmentului arborelui cotit și ale cilindrului de putere, în cea mai mare parte, se anulează reciproc pentru motorul nostru în doi timpi cu piston opus.trebuie remarcat aici că într-un motor cu piston opus—unde există două pistoane pe cilindru care lucrează în mișcare opusă, alternativă—”cursa” rezultă din mișcările combinate ale celor două pistoane și este aproximativ dublă distanța pe care unul dintre pistoane o parcurge în jumătate de revoluție. Acest fapt permite unui motor cu piston opus să aibă raporturi de cursă-alezaj mult mai mari decât un motor cu un piston pe cilindru, fără a avea viteze medii excesive ale pistonului, care sunt în detrimentul încărcării inerțiale și al frecării.
Pentru context, mai jos este un grafic al densității de putere față de raportul accident vascular cerebral-alezaj al unor motoare actuale în patru timpi concepute pentru o gamă largă de aplicații. Rețineți că toate motoarele din diagramă au chiulase, astfel încât cursa descrie cursa reală a pistonului. Datele din grafic arată o tendință în care motoarele care necesită o densitate mare de putere—cum ar fi cele din mașinile de curse—au un raport mic cursă-alezaj, iar motoarele care necesită o eficiență ridicată a combustibilului-cum ar fi cele din camioanele grele și navele de marfă marine—au un raport mare cursă-alezaj.

factorul limitativ în această relație este originea forțelor inerțiale din mișcarea pistonului. Pentru a obține o densitate mare de putere, motorul trebuie să funcționeze la o turație mare a motorului (până la 18.000 rpm pentru motorul de Formula 1), ceea ce duce la forțe inerțiale ridicate care trebuie limitate prin utilizarea unui raport mic cursă-alezaj. Pentru aplicațiile care necesită o eficiență ridicată, este necesar un raport lung cursă-alezaj și, din nou, din cauza forțelor inerțiale ale pistonului, necesită o turație mai mică a motorului și o densitate de putere mai mică. Pentru aplicația marină care are o cursă de 2,5 m, turația motorului este limitată la 102 rpm.
în comparație, puterea Achates opus-piston, motor în doi timpi este proiectat cu un raport accident vascular cerebral-alezaj în intervalul de la 2,2 la 2,6. Această gamă de valori ale raportului cursă-alezaj ne permite să creăm un motor cu combustie internă extrem de eficient, având în același timp viteze medii ale pistonului comparabile cu motoarele disponibile în prezent în aplicații medii și grele. Orice motor în doi timpi cu piston opus, cu un raport cursă-alezaj sub 2, va suferi de un transfer de căldură ridicat în cilindru și o curățare slabă, ambele acționând pentru a reduce eficiența generală a motorului.