Seberapa jauh Anda bisa pergi?

Saya bertanya-tanya apa faktor pembatas untuk rasio bore / stroke, dan bagaimana over-square mesin dapat mencari rpm dan hp yang lebih tinggi (khusus sepeda motor) ...

Saya tahu bahwa rpm dibatasi oleh kecepatan piston rata-rata sekitar 25 m / s, dan mengurangi stroke memungkinkan untuk rpm yang lebih tinggi, karena menurunkan kecepatan piston. Banyak motor sport memiliki rasio b / s hanya sekitar 1,6: 1 hingga 1,8: 1, dengan kecepatan piston di bawah 25 m / s. Sepertinya pegas katup mungkin merupakan faktor pembatas untuk rpm, dan mereka hanya mengatur rasio setinggi yang diperlukan untuk tetap di bawah 25 m / s, artinya batas over-square tidak akan tercapai.

Dengan asumsi sistem katup dapat mengatasinya (seperti desmodromik), apa yang akan membatasi rasio bor / stroke dan seberapa tinggi itu bisa didapat? Rasio produksi tertinggi yang bisa saya temukan adalah Desatiecidi RR Ducati pada 2: 1 (86 x 43 mm). Saya juga bertanya-tanya mengapa ia mempertahankan rpm 14.000an yang sama dengan litrebike lainnya meskipun mengalami stroke yang lebih rendah (sekitar 17.500 rpm pada 25 m / s), katup desmo, kamera berbatang roda gigi, dan V4 90 derajat yang seimbang sempurna.

(Dari perspektif kinematika mesin)

Meningkatkan rasio bore-to-stroke (B: S) memiliki dua efek potensial

1. Ini mengurangi jarak piston ke kepala

   Untuk mempertahankan perpindahan piston dan rasio kompresi (CR) yang sama, jarak antara piston pada top-dead-center (TDC) dan head harus menjadi lebih kecil. Ini karena lubang yang lebih besar menyiratkan goresan yang lebih kecil untuk perpindahan yang sama.

   Saya menghitung beberapa angka untuk piston datar sederhana dengan dimensi yang mirip dengan mesin Desmosedici (0,25 l). Pada 13.5: 1 CR jarak antara kepala silinder dan piston adalah 3,19 mm, sehingga insinyur Ducatisti tidak benar-benar memiliki banyak ruang untuk bermain.

   Saya menambahkan beberapa angka lagi untuk rasio bore-to-stroke yang berbeda.

   • Pada B: S 1.6 clearance naik ke 3,70 mm
   • Pada B: S 2.5 clearance turun menjadi 2,75 mm

   Mungkin kedengarannya tidak banyak perbedaan, tetapi memang itulah masalahnya.

   Saya tidak memenuhi syarat untuk mengomentari seberapa besar perbedaan dalam izin ini untuk biaya peralatan dan pembuatan.

2. Untuk mempertahankan pembersihan piston-ke-kepala, Anda harus mengurangi CR

   Perhatikan bahwa CR memengaruhi efisiensi termal, dan kemudian torsi dan output daya (saya akan mencegah kendala seperti mengetuk / menyalakan otomatis dari diskusi ini).

   Mengolah beberapa angka untuk B: S 2.5:

   Untuk mempertahankan clearance 3,19 mm di TDC, CR perlu turun dari 13,5 ke 11,65.

   Itu kira-kira 4-5% hilangnya efisiensi. Semuanya sama, jika mesin awalnya menghasilkan 170 hp, Anda harus puas dengan sekitar 8 kuda lebih sedikit dengan bor yang meningkat.

Sekarang orang bisa melawan kehilangan torsi yang diharapkan dengan putaran lebih tinggi, yang mengarah ke pertanyaan kedua Anda.

Mungkin ada banyak alasan mengapa para insinyur memilih untuk membatasi putaran rev ke nilai tertentu, termasuk batas material, persyaratan keandalan dan (mungkin) masalah rotordinamik. Bukan kinematika yang menahan batas rev kembali, itu adalah hal lain yang hanya diketahui Ducati.

Faktor lain adalah masalah "kekuatan material", dikombinasikan dengan peningkatan berat piston bor yang lebih besar.

Gaya bolak-balik di TDC luar biasa, dan mereka adalah tipe gaya (ketegangan) yang berkontribusi terhadap kelelahan. Kekuatan kompresi di BDC jauh lebih sedikit masalah dalam hal menghubungkan batang / pin / tekanan piston.

Bobot adalah faktor yang sangat besar, karena jika saya ingat, vektor tersebut dikalikan dengan vektor RPM yang dikuadratkan , ketika menghitung gaya tegang di area pin piston selama balasan TDC. Bagaimanapun, berat piston sangat penting, tetapi begitu juga kekuatan piston.

Yang mengatakan, saya bersumpah saya ingat mesin sepeda Honda oval-piston yang revved 20K + RPM, dan itu hampir 3 dekade yang lalu. Tapi saya tidak ingat BxS menjadi terlalu persegi.

Faktor lain adalah geometri ruang bakar. @Zaid sudah menyebutkan izin piston-ke-kepala. Tetapi saat lubang tumbuh, begitu juga area permukaan ruang bakar Anda, sehingga Anda akan kehilangan lebih banyak panas ke dinding, sehingga mengurangi efisiensi.

Mengurangi stroke juga mengurangi torsi yang dihasilkan oleh mesin (kekuatan kunci kontak diterapkan pada lengan yang lebih pendek), membuat mesin lebih mudah dilalui pada putaran mesin yang lebih rendah.

Pada RPM yang lebih tinggi (sekitar 12.000 rpm untuk sebagian besar aplikasi), waktu yang dibutuhkan katup untuk membuka dan menutup terlalu lama menggunakan hanya pegas, mesin memerlukan solusi rekayasa untuk ini, oleh karena itu menambah kompleksitas dan biaya dari mesin. Itu bisa dilakukan dan sudah dilakukan, tetapi mesin dengan putaran tinggi akan selalu lebih mahal.