Jusqu'où pouvez-vous aller trop loin?

Je me demande quel est le (s) facteur (s) limitant (s) les rapports alésage / course, et comment un moteur trop carré peut aller dans la recherche de régimes et de puissances en chevaux plus élevés (les motos en particulier) ...

Je sais que le régime est limité par une vitesse moyenne du piston d'environ 25 m / s, et la réduction de la course permet un régime plus élevé, car il réduit la vitesse du piston. De nombreux vélos de sport ont des rapports b / s d'environ 1,6: 1 à 1,8: 1, avec des vitesses de piston légèrement inférieures à 25 m / s. Il semble que les ressorts de soupape soient probablement le facteur limitant pour le régime, et ils ont juste réglé le rapport aussi haut que nécessaire pour rester en dessous de 25 m / s, ce qui signifie que la limite trop carrée ne serait pas atteinte.

En supposant que le système de valve pourrait le gérer (tel que desmodromique), qu'est-ce qui limiterait le rapport alésage / course et à quelle hauteur pourrait-il atteindre? Le rapport de production le plus élevé que j'ai pu trouver est celui de la Ducati Desmosecidi RR à 2: 1 (86 x 43 mm). Je me demande également pourquoi il a gardé les mêmes 14000 tr / min que les autres litrebikes malgré une course plus faible (environ 17500 tr / min à 25 m / s), des soupapes desmo, des cames à engrenages et un V4 à 90 degrés parfaitement équilibré.

(Du point de vue cinématique du moteur)

L'augmentation du rapport alésage / course (B: S) a deux effets potentiels

1. Il réduit le jeu piston-tête

   Afin de maintenir le même rapport de déplacement et de compression (CR) du piston, l'écart entre le piston au point mort haut (PMH) et la tête doit se réduire. En effet, un alésage plus grand implique une course plus petite pour le même déplacement.

   J'ai croqué quelques chiffres pour un simple piston plat avec des dimensions similaires au moteur Desmosedici (0,25 l). À 13,5: 1 CR, le jeu entre la culasse et le piston est de 3,19 mm, donc les ingénieurs Ducatisti n'ont pas vraiment beaucoup de place pour jouer.

   J'ai croqué quelques chiffres supplémentaires pour différents rapports alésage / course.

   • À B: S 1,6, le jeu monte à 3,70 mm
   • À B: S 2,5, le jeu tombe à 2,75 mm

   Cela peut ne pas sembler beaucoup de différence, mais c'est ce que c'est.

   Je ne suis pas qualifié pour commenter combien ce genre de différence de jeu peut faire pour l'outillage et les coûts de fabrication.

2. Pour maintenir le jeu piston-à-tête, vous devez réduire le CR

   Notez que le CR affecte l'efficacité thermique, et par conséquent le couple et la puissance de sortie (je garderai les contraintes comme le cliquetis / l'auto-allumage hors de cette discussion).

   Crunched quelques chiffres pour B: S 2.5:

   Pour maintenir un jeu de 3,19 mm au PMH, le CR doit passer de 13,5 à 11,65.

   Cela représente une perte d'efficacité d'environ 4 à 5%. Toutes choses égales par ailleurs, si le moteur fait 170 ch à l'origine, vous devriez vous contenter d'environ 8 chevaux de moins avec un alésage accru.

Maintenant, on pourrait lutter contre la perte de couple attendue avec des régimes plus élevés, ce qui conduit à votre deuxième question.

Il pourrait y avoir de nombreuses raisons pour lesquelles les ingénieurs ont choisi de limiter le compte-tours à une certaine valeur, y compris les limites de matériaux, les exigences de fiabilité et (éventuellement) les préoccupations rotordynamiques. Ce n'est pas la cinématique qui retient la limite de régime, c'est quelque chose d'autre qui n'est connu que de Ducati.

Un autre facteur est un problème de «résistance des matériaux», combiné à l'augmentation du poids d'un piston de plus gros alésage.

Les forces alternatives au PMH sont énormes, et elles sont le type de force (tension) qui contribue à la fatigue. Les forces de compression à BDC sont beaucoup moins un problème en termes de contraintes de bielle / axe / piston.

Le poids est un facteur énorme, car si je me souviens bien, ce vecteur est multiplié par rapport au vecteur RPM qui est au carré , lors du calcul des forces de tension dans la zone de l'axe de piston pendant la réciprocité TDC. Dans tous les cas, le poids du piston est critique, tout comme la résistance du piston.

Cela dit, je jure que je me souviens d'un moteur de vélo Honda à piston ovale qui a augmenté de 20 K + RPM, et c'était il y a près de 3 décennies. Mais je ne me souviens pas que le BxS soit excessivement carré.

Un autre facteur est la géométrie de la chambre de combustion. @Zaid a déjà mentionné le jeu piston-à-tête. Mais à mesure que votre alésage augmente, la surface de votre chambre de combustion augmente également, vous perdrez donc plus de chaleur sur les murs, ce qui réduira l'efficacité.

La réduction de la course réduit également le couple produit par le moteur (la force de l'allumage est appliquée à un bras plus court), ce qui rend le moteur moins maniable à bas régime.

À des régimes plus élevés (environ 12 000 tr / min pour la plupart des applications), le temps nécessaire aux soupapes pour s'ouvrir et se fermer est beaucoup trop long en utilisant uniquement la tension du ressort, les moteurs ont besoin d'une solution d'ingénierie pour cela, donc cela ajoute à la complexité et au coût du moteur. C'est faisable et c'est fait, mais un moteur à haut régime sera toujours plus cher.