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Question
Je me demande quel(s) facteur(s) limitant(s) pour les rapports alésage/course, et dans quelle mesure un moteur peut-il être trop carré dans la recherche d'un régime et d'une puissance plus élevés (les motos en particulier)...
< p>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 elle abaisse la vitesse du piston. De nombreuses motos de sport ont des rapports b/s de seulement 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 se contentent de régler le rapport aussi haut que nécessaire pour rester en dessous de 25 m/s, ce qui signifie que la limite de sur-carré ne serait pas atteinte.En supposant que le système de vannes puisse le gérer (comme la desmodromique), qu'est-ce qui limiterait le rapport alésage/course et jusqu'où pourrait-il atteindre ? Le rapport de production le plus élevé que j'ai pu trouver est le Desmosecidi RR de Ducati à 2:1 (86 x 43 mm). Je me demande également pourquoi il a conservé les mêmes 14 000 tr/min que les autres vélos de litre malgré une course inférieure (environ 17 500 tr/min à 25 m/s), des soupapes desmo, des cames à engrenages et un V4 à 90 degrés parfaitement équilibré.
Réponse populaire
(Du point de vue de la cinématique du moteur)
L'augmentation du rapport alésage/course (B:S) a deux effets potentiels
Il réduit le jeu piston-tête
Afin de maintenir la même cylindrée et le même taux de compression (CR), l'écart entre le piston au point mort haut (PMH) et la tête doit devenir plus petit. En effet, un alésage plus grand implique une course plus petite pour la même cylindrée.
J'ai cru 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 avec.
J'ai calculé d'autres chiffres pour différents alésages- rapports de 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 sembler peu différent, mais c'est ce que c'est.
Je ne suis pas qualifié pour commenter à quel point ce genre de différence de dégagement peut avoir un impact sur les coûts d'outillage et de fabrication.
Pour maintenir le jeu piston-tête, vous devez réduire le CR
Remarque que CR affecte l'efficacité thermique, et par la suite le couple et la puissance de sortie (je garderai les contraintes comme le cognement/l'auto-allumage hors de cette discussion).
Crédit 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.
C'est environ 4 à 5 % de perte d'efficacité. Toutes choses égales par ailleurs, si le moteur fait à l'origine 170 ch, vous devrez vous contenter d'environ 8 chevaux de moins avec l'alésage accru.
Maintenant, on pourrait combattre la perte de couple attendue avec des régimes plus élevés, ce qui mène à votre deuxième question.
Il peut y avoir de nombreuses raisons pour lesquelles les ingénieurs ont choisi de limiter le compte-tours à une certaine valeur, y compris les limites matérielles, les exigences de fiabilité et (éventuellement) des problèmes de dynamique du rotor. Ce n'est pas une cinématique qui retient la limite de régime, c'est quelque chose d'autre qui n'est connu que de Ducati.
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Un autre facteur est un problème de "résistance des matériaux", combiné à l'augmentation du poids d'un piston à plus grand alésage.
Les forces de va-et-vient au PMH sont énormes, et elles sont le type de force (tension) qui contribue à la fatigue. Les forces de compression au BDC sont beaucoup moins un problème en termes de contraintes de bielle/goupille/piston.
Le poids est un facteur énorme, car si je me souviens bien, ce vecteur est multiplié par le vecteur RPM qui est au carré, lors du calcul des forces de tension dans la zone de l'axe de piston pendant le mouvement alternatif du PMH. Dans tous les cas, le poids du piston est essentiel, mais la résistance du piston l'est aussi.
Cela dit, je jure que je me souviens d'un moteur de vélo Honda à piston ovale qui tournait à plus de 20 000 tr/min, et c'était il y a près de 30 ans. Mais je ne me souviens pas que le BxS ait été grossièrement trop carré.
Un autre facteur est la géométrie de la chambre de combustion. @Zaid a déjà mentionné le jeu piston-tête. Mais à mesure que votre alésage grandit, la surface de votre chambre de combustion augmente également, vous perdrez donc plus de chaleur vers les murs, réduisant ainsi 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), rendant le moteur moins maniable à bas régime.
À des régimes plus élevés (autour de 12 000 tr/min pour la plupart des applications), le temps nécessaire à l'ouverture et à la fermeture des soupapes 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 coût du moteur. C'est faisable et c'est fait, mais un moteur à haut régime coûtera toujours plus cher.