En un motor de pistón alternativo, la relación de carrera , definida por la relación diámetro / carrera o la relación carrera / diámetro , es un término para describir la relación entre el diámetro del cilindro y la carrera del pistón. Esto puede usarse para un motor de combustión interna, donde el combustible se quema dentro de los cilindros del motor, o un motor de combustión externa, como una máquina de vapor, donde la combustión del combustible tiene lugar fuera de los cilindros de trabajo del motor.
En Horseless Age , 1916, se publicó un estudio bastante completo pero comprensible de los efectos de accidente cerebrovascular / perforación.
Convención
En un motor de pistón, hay dos formas diferentes de describir la relación de carrera de sus cilindros, a saber: relación de diámetro / carrera y relación de carrera / diámetro .
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Relación diámetro / carrera
Diámetro / accidente cerebrovascular es el término más utilizado, con uso en América del Norte, Europa, Reino Unido, Asia y Australia.
El diámetro del diámetro del cilindro se divide por la longitud de la carrera del pistón para dar la relación.
Carrera / diámetro
La relación trazo / diámetro es menos común que la relación diámetro / trazo , pero es un término preferido principalmente en el texto alemán ( Hubverhältnis en alemán). También se usa en otros países, como Finlandia, probablemente debido a la influencia alemana.
La longitud de la carrera del pistón se divide por el diámetro del diámetro interior del cilindro para dar la relación.
Si bien hay muchos factores que contribuyen a la eficiencia de un motor, el factor principal que debe considerarse es la geometría del motor en sí. No solo importa el tamaño general del motor, sino que también importa la relación de aspecto de los cilindros del motor, definida por la relación carrera / diámetro. Para explicar por qué, uno debe considerar tres factores: transferencia de calor en el cilindro, barrido del cilindro y fricción.
Las relaciones geométricas simples muestran que un cilindro de motor con una relación carrera / diámetro más larga tendrá un área de superficie más pequeña expuesta a los gases de la cámara de combustión en comparación con un cilindro con una relación carrera-diámetro más corta. El área más pequeña conduce directamente a una transferencia de calor en el cilindro reducida, una mayor transferencia de energía al cigüeñal y, por lo tanto, una mayor eficiencia.
El barrido del cilindro, un fenómeno de dos tiempos en el que los productos de escape en el cilindro son reemplazados por aire fresco, también se ve fuertemente afectado por la relación carrera / diámetro en un motor de dos tiempos de barrido único, de pistón opuesto. A medida que aumenta la relación carrera / diámetro, también aumenta la distancia que el aire fresco tiene que viajar entre los puertos de admisión en un extremo del cilindro y los puertos de escape en el otro extremo. Esta distancia aumentada da como resultado una mayor eficiencia de barrido y, como resultado, un menor trabajo de bombeo porque se pierde menos aire fresco a través del cortocircuito de carga.
La fricción del motor se ve afectada por la relación carrera / diámetro debido a dos efectos competitivos: la fricción del cojinete del cigüeñal y la fricción del cilindro de potencia. A medida que disminuye la relación carrera-diámetro, la fricción del rodamiento aumenta porque el área más grande del pistón transfiere fuerzas más grandes a los rodamientos del cigüeñal. Sin embargo, la carrera más corta correspondiente da como resultado una menor fricción del cilindro de potencia que se origina en la interfaz anillo / cilindro.
En Achates Power, hemos realizado análisis exhaustivos en las tres áreas para identificar correctamente la geometría óptima del motor que brinda la mejor oportunidad de tener un motor de combustión interna altamente eficiente. Las simulaciones en el cilindro han demostrado que la transferencia de calor aumenta rápidamente por debajo de una relación carrera / diámetro de aproximadamente 2, las simulaciones de los sistemas del motor han demostrado que el trabajo de bombeo aumenta rápidamente por debajo de una relación carrera / diámetro de aproximadamente 2.2 (debido a disminución asociada en la eficiencia de barrido), y los modelos de fricción del motor han demostrado que los valores de fricción del cojinete del cigüeñal y del cilindro de potencia, en su mayor parte, se cancelan mutuamente para nuestro motor de dos tiempos de pistón opuesto.
Cabe señalar aquí que en un motor de pistón opuesto, donde hay dos pistones por cilindro trabajando en movimiento opuesto y alternativo, el “golpe” resulta de los movimientos combinados de los dos pistones y es aproximadamente el doble de la distancia que uno de los Los pistones viajan en media revolución. Este hecho permite que un motor de pistón opuesto tenga una relación carrera / diámetro mucho mayor que un motor con un pistón por cilindro sin tener velocidades medias de pistón excesivamente altas que son perjudiciales para la carga inercial y la fricción.
Para el contexto, a continuación se muestra una gráfica de la densidad de potencia versus la relación carrera / diámetro de algunos motores actuales de cuatro tiempos diseñados para una amplia gama de aplicaciones. Tenga en cuenta que todos los motores de la tabla tienen culatas, por lo que la carrera describe la carrera real del pistón. Los datos en la gráfica muestran una tendencia en la cual los motores que requieren una alta densidad de potencia, como los de los autos de carrera, tienen una pequeña relación de carrera / diámetro y los motores que requieren una alta eficiencia de combustible, como los de los camiones pesados y marinos. buques de carga: tienen una gran relación de carrera a diámetro.
El factor limitante en esta relación es el origen de las fuerzas de inercia del movimiento del pistón. Para lograr una alta densidad de potencia, el motor debe funcionar a una alta velocidad del motor (hasta 18,000 rpm para el motor de Fórmula 1), lo que conduce a altas fuerzas de inercia que deben limitarse mediante el uso de una pequeña relación carrera / diámetro. Para aplicaciones que exigen una alta eficiencia, es necesaria una relación carrera / diámetro larga y, nuevamente debido a las fuerzas de inercia del pistón, requiere una velocidad del motor más lenta y una menor densidad de potencia. Para la aplicación marina que tiene una carrera de 2.5 m, la velocidad del motor está limitada a 102 rpm.
En comparación, el motor de dos tiempos de pistón opuesto Achates Power está siendo diseñado con una relación carrera / diámetro en el rango de 2.2 a 2.6. Este rango de valores de relación carrera / diámetro nos permite crear un motor de combustión interna altamente eficiente mientras que todavía tiene velocidades medias de pistón comparables a los motores actualmente disponibles en aplicaciones de servicio mediano y pesado. Cualquier motor de dos tiempos de pistón opuesto con una relación de carrera a diámetro inferior a 2 sufrirá una alta transferencia de calor en el cilindro y un barrido deficiente, que actúan para reducir la eficiencia general del motor.