Anonim

Descrierea obișnuită a ciclului motorului cu patru pistoni în patru timpi face ca cursa de admisie să sune ca deschiderea unui film popular la un teatru local. Filmele sunt aliniate la casă, iar când ușile se deschid, se îndreaptă politicos pentru a umple toate locurile. Cei care nu găsesc locuri sunt rugați să aștepte a doua prezentare.

În această analogie, holul teatrului este căsuța de aer de admisie. Filmele sunt aerul de admisie, scaunele de teatru sunt deplasarea cilindrilor, iar în acest model simplist, „cilindrul” este plin atunci când toate locurile sunt ocupate.

Pentru ca un motor să fie întoarse manual, această analogie funcționează, dar la viteza de funcționare reală, lucrurile cu masă - cum ar fi aerul de admisie în sine și supapele care controlează mișcarea acestuia - necesită timp pentru a accelera. Pistonul atinge viteza maximă a alezajului la aproximativ 76 de grade după centrul mortal superior (ATDC), punctul în care brațul manivelei și tija de conectare sunt în unghi drept unul cu celălalt. Pentru un debit maxim, este de dorit ca robinetele de admisie să fie aproape complet deschise în acest moment, astfel încât acestea trebuie să înceapă ridicarea cu mult înaintea centrului mort (top TDC).

Deoarece aerul are inerție, este nevoie de timp pentru ca amestecul combustibil-aer din conducta de admisie să se miște. Într-un motor modern cu turație mare, prima jumătate a cursei de admisie realizează puțin mai mult decât acest lucru. Dacă motorul nostru învârte 12.000 rpm, acel sfert de revoluție durează 0, 00125 secunde, suficient de mult pentru „mesajul” - că pistonul a tras un vid adânc în cilindru - pentru a circula cu viteza sunetului în amonte prin conducta de admisie. iar în cutia aeriană. În acest proces, aerul accelerează până la câteva sute de metri pe secundă.

Pe măsură ce pistonul decelerează, apropiindu-se de fundul cursei de admisie, inerția aerului care se mișcă rapid își menține viteza foarte mare; este o avere în energia cinetică. Dacă am închide supapele de admisie în acest moment, cilindrul nu ar fi încă umplut și toată energia cinetică minunată ar fi irosită, acumulându-se ca presiune pe fețele din amonte ale robinetelor de admisie închise.

Câtă presiune? Mă întorc către un tovarăș constant de mulți ani, un grafic intitulat „Presiunea aerului pe care vine să se odihnească de la diverse viteze”. Îmi spune că dacă aerul de admisie din centrul mortului de jos (BDC) se mișcă la 500 de metri pe secundă, presiunea sa asupra opririi va deveni de 1, 14 ori mai mare decât presiunea atmosferică.

Cu cât vom închide mai târziu prizele în interesul maximizării umplerii cilindrilor la turații înalte, cu atât va fi mai slab capătul de jos al motorului și gradul mediu.

Unde am obținut acea cifră de 500 de metri pe secundă ca viteză de admisie? Modul vechi de a calcula ceea ce a fost numit „viteza medie de intrare” a fost să calculăm prin geometrie raportul dintre viteza pistonului și viteza de admisie. Dacă, de exemplu, un piston vechi Kawasaki Z1 are de cinci ori suprafața porturilor sale de admisie, atunci când viteza medie a pistonului este de 3.500 de metri pe minut, viteza medie de admisie va fi de cinci ori mai mare decât aceasta, sau 3.500 x 5 = 17.500 picioare pe minut, care este de 292 de metri pe secundă. Deci, de unde primesc acum 500 de metri pe secundă ca o posibilă viteză de admisie?

O obțin din faptul că prima jumătate a cursei de admisie a pistonului mișcă foarte puțin aer deoarece, într-un motor cu viteză mare, acest timp este consumat în accelerarea debitului. Aceste informații provin din motoarele cu funcționare instrumentate. Dacă cea mai mare parte a debitului are loc numai în a doua jumătate a cursei de admisie, care sugerează că vitezele reale de vârf atinse de debitul de admisie vor fi aproape de două ori mai mari decât vechea viteză medie de intrare calculată din geometria simplă. Cinci sute de metri pe secundă este aproape de două ori mai mare decât viteza medie de intrare de 292 de metri pe secundă.

Deci cum cheltuim „averea în energie cinetică” a fluxului de admisie la 500 de metri pe secundă? Nu lăsând-o să se strângă împotriva unor supape închise, asta e sigur! Nu, menținem acele valve de admisie deschise, nu doar după ce pistonul s-a oprit la BDC la sfârșitul cursei de admisie, ci pe măsură ce pistonul începe să crească pe cursa de compresie. Toată acea energie cinetică păstrează aerul în viteză.

Doar atunci când coloana cu mișcare rapidă a fluxului de admisie este înclinată de pistonul în ascensiune, închidem supapele de admisie. Aceasta este, într-un anumit sens, supraalimentare gratuită, deoarece utilizează viteza de admisie pentru a supraîncărca cilindrul la o presiune mai mare decât cea atmosferică. Despre asta vorbeau vechii cronometri atunci când se refereau la „presiunea ramelor de admisie”.

RELATED: Cât Dick Mann și BSA au câștigat Daytona

După cum se dovedește, cu o formă și dimensiune a portului de admisie excelentă, doar cu zona de supapă și cu o sincronizare potrivită, este posibil să umpleți astfel cilindrii motorului până la 125 la sută din presiunea atmosferică. Funcționând înapoi pe graficul menționat anterior, descoperim că viteza necesară pentru a supraîncărca un cilindru în acel grad corespunde unei viteze de admisie de 675 de metri pe secundă. (În practica reală, atingerea acelei 125 de procente de umplere a cilindrilor necesită o combinație de ramă de admisie maximă, efecte de undă de admisie, plus un plus de la o aeronavă rezonantă.)

Această sumă de 25% din supraîncărcarea naturală nu este de fapt gratuită, deoarece odată cu ea vin compromisuri. Cu cât vom închide mai târziu prizele în interesul maximizării umplerii cilindrilor la turații înalte, cu atât va fi mai slab capătul de jos al motorului și gradul mediu. De ce? Deoarece la turații mai mici, viteza de admisie este mai mică, astfel încât pistonul, în creșterea cursei de compresie, este capabil să-l oprească mai devreme și apoi să împingă ceva amestec înapoi din cilindru în conducta de admisie și înapoi spre cutia de aer. Această pierdere de sarcină se traduce într-un cuplu mai mic, care devine mai slab, cu atât mai lent se transformă motorul nostru.

Inginerii pot juca jocuri cu toate aceste efecte, în speranța de a construi ceva care să le placă călăreților. Dacă ne deplasăm motorul pentru interval mediu (închiderea admisiei anterioare!) Și creștem viteza de admisie la orice viteză, făcând porturile de admisie mai mici, putem termina cu un moment de vârf la rotația motorului din jurul orașului, ca în triplul de 765 cm al lui Triumph. Toți călăreții adoră un motor cuplu. Dar dacă este anul 2005 și misiunea este de a câștiga cursele AMA Supersport, indiferent de situație, compromisul trebuie să fie împins în alt mod, cu închiderea valvulului de admisie ulterioară, care oferă o umplere de cilindru de vârf peste 10.000 rpm. Porturile de admisie sunt lărgite pentru a oferi un cuplu de vârf foarte mare, producând puterea de vârf necesară pentru un ritm câștigător la Daytona (1988–2005 câștigă cursa AMA Supersport vândută o mulțime de 600).

Dacă slujba face turnee sau urcă peste grămezi de stâncă, avem nevoie de un cuplu puternic de la turații de jos. Cronologiile pentru aceste locuri de muncă arată cam la fel ca în 1910: prizele încep să se deschidă imediat după TDC și se închid curând după BDC. Capăt de top? Nu-ți face griji. Cu motoarele de dimensiuni de astăzi, puteți obține totuși cât mai multe bilete de viteză doriți, cu cronometri scurte cu came și porturi de admisie reduse.