Wie weit kannst du gehen?

Ich frage mich, was die einschränkenden Faktoren für das Verhältnis von Bohrung zu Hub sind und wie viel Platz ein Motor für die Suche nach höheren Drehzahlen und PS (speziell für Motorräder) haben kann ...

Ich weiß, dass die Drehzahl durch eine durchschnittliche Kolbengeschwindigkeit von ungefähr 25 m / s begrenzt ist und die Hubreduzierung höhere Drehzahlen ermöglicht, da sie die Kolbengeschwindigkeiten senkt. Viele Sportmotorräder haben ein b / s-Verhältnis von nur etwa 1,6: 1 bis 1,8: 1 bei Kolbengeschwindigkeiten von knapp 25 m / s. Anscheinend sind die Ventilfedern wahrscheinlich der begrenzende Faktor für die Drehzahl. Sie stellen lediglich das Verhältnis so hoch ein, dass es unter 25 m / s bleibt, was bedeutet, dass die Überquadratgrenze nicht erreicht wird.

Angenommen, das Ventilsystem könnte damit umgehen (z. B. desmodrom), was würde das Verhältnis von Bohrung zu Hub begrenzen und wie hoch könnte es werden? Das höchste Produktionsverhältnis, das ich finden konnte, ist Ducatis Desmosecidi RR mit 2: 1 (86 x 43 mm). Ich frage mich auch, warum es trotz geringerem Hub (ca. 17.500 U / min bei 25 m / s), Desmo-Ventilen, getriebenen Nocken und einem perfekt ausbalancierten 90-Grad-V4 die gleichen 14.000 U / min wie andere Litrebikes beibehält.

(Aus Sicht der Motorkinematik)

Das Erhöhen des Verhältnisses von Bohrung zu Hub (B: S) hat zwei potenzielle Auswirkungen

1. Es verringert das Spiel zwischen Kolben und Kopf

   Um den gleichen Kolbenhub und das gleiche Verdichtungsverhältnis (CR) beizubehalten, muss der Spalt zwischen dem Kolben im oberen Totpunkt (OT) und dem Kopf kleiner werden. Dies liegt daran, dass eine größere Bohrung bei gleicher Verschiebung einen kleineren Hub bedeutet.

   Ich habe ein paar Zahlen für einen einfachen Flachkolben mit ähnlichen Abmessungen wie der Desmosedici-Motor (0,25 l) zerkleinert. Bei 13,5: 1 CR beträgt der Abstand zwischen Zylinderkopf und Kolben 3,19 mm, so dass die Ducatisti-Ingenieure nicht wirklich viel Platz zum Spielen haben.

   Ich habe noch ein paar Zahlen für verschiedene Bohrungs-Schlag-Verhältnisse gezählt.

   • Bei B: S 1.6 steigt der Abstand auf 3,70 mm
   • Bei B: S 2,5 sinkt das Spiel auf 2,75 mm

   Es mag nicht nach viel Unterschied klingen, aber es ist, was es ist.

   Ich kann nicht beurteilen, inwieweit ein solcher Unterschied bei den Abständen die Werkzeug- und Herstellungskosten beeinflussen kann.

2. Um den Abstand zwischen Kolben und Kopf aufrechtzuerhalten, müssen Sie die CR verringern

   Beachten Sie, dass sich CR auf den thermischen Wirkungsgrad und anschließend auf das Drehmoment und die Ausgangsleistung auswirkt (Einschränkungen wie Klopfen / Selbstentzündung werden in dieser Diskussion nicht berücksichtigt).

   Einige Zahlen für B: S 2.5:

   Um bei OT einen Abstand von 3,19 mm aufrechtzuerhalten, muss der CR von 13,5 auf 11,65 abfallen.

   Das sind ca. 4-5% Wirkungsgradverlust. Alles andere ist gleich, wenn der Motor ursprünglich 170 PS leistet, müsste man mit ca. 8 Pferden weniger mit der erhöhten Bohrung auskommen.

Jetzt könnte man den erwarteten Drehmomentverlust mit höheren Drehzahlen bekämpfen, was zu Ihrer zweiten Frage führt.

Es kann viele Gründe geben, warum sich die Ingenieure dafür entschieden haben, den Drehzahlmesser auf einen bestimmten Wert zu beschränken, einschließlich Materialgrenzen, Zuverlässigkeitsanforderungen und (möglicherweise) rotordynamischen Bedenken. Es ist keine Kinematik, die die Drehzahlgrenze zurückhält, sondern etwas anderes, das nur Ducati bekannt ist.

Ein weiterer Faktor ist das Problem der "Materialfestigkeit" in Verbindung mit der Gewichtszunahme eines Kolbens mit größerer Bohrung.

Die hin- und hergehenden Kräfte bei OT sind enorm und sie sind die Art von Kraft (Spannung), die zur Ermüdung beiträgt. Druckkräfte am oberen Totpunkt spielen bei Pleuel-, Bolzen- und Kolbenspannungen eine weitaus geringere Rolle.

Das Gewicht ist ein großer Faktor, denn wenn ich mich recht erinnere, wird dieser Vektor mit dem quadratischen Drehzahlvektor multipliziert , wenn die Spannungskräfte im Kolbenbolzenbereich während der OT-Hin- und Herbewegung berechnet werden. In jedem Fall ist das Kolbengewicht entscheidend, aber auch die Kolbenstärke.

Das heißt, ich schwöre, ich erinnere mich an einen Ovalkolben-Honda-Fahrradmotor, der 20K + U / min drehte, und das war vor fast drei Jahrzehnten. Aber ich erinnere mich nicht, dass der BxS stark überquadratisch war.

Ein weiterer Faktor ist die Brennkammergeometrie. @Zaid hat das Kolben-Kopf-Spiel bereits erwähnt. Mit zunehmender Bohrung wächst auch die Oberfläche Ihrer Brennkammer, sodass Sie mehr Wärme an die Wände verlieren und die Effizienz verringern.

Durch Verringern des Hubs wird auch das vom Motor erzeugte Drehmoment verringert (die Kraft der Zündung wird auf einen kürzeren Arm ausgeübt), wodurch der Motor bei niedrigeren Drehzahlen weniger antreibbar wird.

Bei höheren Drehzahlen (etwa 12.000 U / min für die meisten Anwendungen) dauert das Öffnen und Schließen der Ventile viel zu lange, da nur die Federspannung verwendet wird. Die Motoren benötigen hierfür eine technische Lösung, was die Komplexität und die Kosten des erhöht Motor. Es ist machbar und es wurde gemacht, aber ein hochdrehender Motor wird immer teurer sein.