Quão exagerado você pode ir?

Pergunto-me qual é o (s) fator (es) limitador (es) das relações de furo / curso e quão excessivo um motor pode ir na busca de rotações e hp mais altas (especificamente motos) ...

Eu sei que a rotação é limitada por uma velocidade média do pistão de aproximadamente 25 m / s, e a redução do curso permite uma rotação mais alta, pois reduz a velocidade do pistão. Muitas motos esportivas têm taxas de b / s de apenas 1,6: 1 a 1,8: 1, com velocidades de pistão abaixo de 25 m / s. Parece que as molas das válvulas são provavelmente o fator limitante para as rpm, e elas apenas definem a proporção tão alta quanto necessária para permanecer abaixo de 25 m / s, o que significa que o limite acima do quadrado não seria atingido.

Supondo que o sistema de válvulas possa lidar com isso (como desmodrômico), o que limitaria a relação furo / curso e quão alto poderia chegar? A maior taxa de produção que pude encontrar é o Desmosecidi RR da Ducati a 2: 1 (86 x 43 mm). Também me pergunto por que ele manteve as mesmas 14.000 rpm que outras litrebikes, apesar de ter um curso menor (cerca de 17.500 rpm a 25 m / s), válvulas desmo, câmeras acionadas por engrenagem e um V4 perfeitamente equilibrado de 90 graus.

(Do ponto de vista cinemático do motor)

O aumento da razão furo / golpe (B: S) tem dois efeitos potenciais

1. Reduz a folga entre o pistão e a cabeça

   Para manter a mesma taxa de deslocamento e compressão (CR) do pistão, a folga entre o pistão no ponto morto superior (TDC) e a cabeça deve se tornar menor. Isso ocorre porque um furo maior implica um curso menor para o mesmo deslocamento.

   Triturava alguns números para um pistão simples e plano, com dimensões semelhantes ao motor Desmosedici (0,25 l). Em 13,5: 1 CR, a folga entre a cabeça do cilindro e o pistão é de 3,19 mm, para que os engenheiros da Ducatisti não tenham muito espaço para brincar.

   Triturava mais alguns números para diferentes proporções de furo / golpe.

   • Em B: S 1.6, a folga sobe para 3,70 mm
   • Em B: S 2,5, a folga cai para 2,75 mm

   Pode não parecer muita diferença, mas é o que é.

   Não estou qualificado para comentar o quanto esse tipo de diferença na folga pode fazer nos custos com ferramentas e fabricação.

2. Para manter a folga entre o pistão e a cabeça, é necessário reduzir a CR

   Observe que o CR afeta a eficiência térmica e, subsequentemente, o torque e a potência (vou manter fora desta discussão restrições como batida / auto-ignição).

   Triturou alguns números para B: S 2.5:

   Para manter uma folga de 3,19 mm no TDC, o CR precisa cair de 13,5 para 11,65.

   Isso representa aproximadamente 4-5% de perda de eficiência. Tudo o resto é igual, se o motor originalmente produzisse 170 hp, você teria que se contentar com cerca de 8 cavalos a menos com o aumento do furo.

Agora, pode-se combater a perda esperada de torque com rotações mais altas, o que leva à sua segunda pergunta.

Pode haver muitas razões pelas quais os engenheiros optaram por limitar o conta-rotações a um determinado valor, incluindo limites de material, requisitos de confiabilidade e (possivelmente) preocupações com a dinâmica de rotação. Não é a cinemática que retém o limite de rotações, é algo que é conhecido apenas pela Ducati.

Outro fator é a questão da "resistência dos materiais", combinada com o aumento de peso de um pistão de diâmetro maior.

As forças recíprocas no TDC são tremendas e são o tipo de força (tensão) que contribui para a fadiga. As forças de compressão no BDC são muito menos um problema em termos de tensões na biela / pino / pistão.

O peso é um fator imenso, porque, se bem me lembro, esse vetor é multiplicado pelo vetor RPM ao quadrado , ao calcular as forças de tensão na área dos pinos do pistão durante a reciprocidade do TDC. Em qualquer caso, o peso do pistão é crítico, mas também a força do pistão.

Dito isso, eu juro que me lembro de um motor de moto Honda de pistão oval que acelerava 20K + RPM, e isso foi há quase três décadas. Mas não me lembro de o BxS estar muito alto.

Outro fator é a geometria da câmara de combustão. A @Zaid já mencionou a folga entre o pistão e a cabeça. Mas à medida que o furo aumenta, o mesmo acontece com a área da superfície da câmara de combustão, para que você perca mais calor nas paredes, reduzindo a eficiência.

A redução do curso também reduz o torque produzido pelo motor (a força da ignição é aplicada a um braço mais curto), tornando o motor menos dirigível a rotações mais baixas.

Em RPMs mais altas (cerca de 12.000 rpm para a maioria das aplicações), o tempo que as válvulas abrem e fecham é muito longo, usando apenas a tensão da mola, os motores precisam de uma solução de engenharia para isso, portanto, isso aumenta a complexidade e o custo do motor. É factível e já foi feito, mas um mecanismo de alta velocidade será sempre mais caro.