Jag har letat lite nu här på rejsa för att hitta lite formler för hur man kollar om motorn man har stämmer överrens med det konceptet man planerar. Låter det luddigt?
Jag menar att man i förväg kanske vill räkna lite på hur väl en viss motor lämpar sig för en högvarvig räserapplikation t ex.

Allt jag har hittat är långa teoretiska utläggningar där teoretiska resonemang stöts och blöts i oändlighet (dubbelhänt formelonani ). Visst måste det finnas enkla formler för att tex få reda på max kolvacceleration och vid vilken vinkel det inträffar och medelhastighet för kolvarna osv?
Lätt förenklade tumregler skulle vara guld. Vevstakslängd verkar det finnas många teorier om men det talas i de flesta fall om flummiga mått såsom 'lång' och 'kort' och att de är gynnade i vissa fall. Går detta att räkna på? Finns det några kritiska tal?

Nu när jag skrivit så elakt så kommer det säkert postas en länk inom en minut till ett Excel-ark som låg fullt synligt...

Här är lite formler...som efterfrågades?

Kolvväg Sk=R*(1-cos(alpha)+(R/2L)*sin(alpha^2))

Kolvhastighet Ck=R*omega*(sin(alpha)+(R/2L)*sin(2*alpha))

Kolvacceleration Ak=R*omega^2*(cos(alpha)+(R/L)cos(2*alpha))

R=vevradie [m]
L=vevstakslängd [m]
R/L=vevstaksförhållande (1/3,6 - 1/4,5 för kolvmotorer enl. bok från sent 60-tal... )
alpha=vevvinkel (räknad från ÖD i rotationsriktning) [grader]
omega=2*pi*n/60=vinkelhastighet (rad/s) där n=motorvarvtal (rpm)

EDIT: Man skulle kunna ha gjort ett diagram i Excel för att rita upp kolvacc. Och se var max finns, har endast gjort ett liknande program i Matlab, med vevstakslängd, vevradie och varvtal som indata och sedan kolvacc. som funktion av vevvinkeln.

Finns en bra bok som heter "Design & Simulation of Four stroke engines" skriven av Gordon Blair. Med den följer en CD med ett simuleringsprogram. I boken hittar du allt du vill veta och med programmet slipper du programmera själv. Utgiven av SAE, så den finns i bokhandeln på deras hemsida. En fördel om man läst matte på teknisk högskola, men inte något absolut krav.

/ Jonas Jarlmark

Jonas Jarlmark skrev:

Finns en bra bok som heter "Design & Simulation of Four stroke engines" skriven av Gordon Blair. Med den följer en CD med ett simuleringsprogram. I boken hittar du allt du vill veta och med programmet slipper du programmera själv. Utgiven av SAE, så den finns i bokhandeln på deras hemsida. En fördel om man läst matte på teknisk högskola, men inte något absolut krav. / Jonas Jarlmark

Jo, jag har läst boken, men den är väl inte lättläst precis om man inte vet vad man är ute efter. Om man är intresserad av dessa frågor rent teoretiskt så rekomederas boken, men vill man på ett praktiskt eller
enkelt sätt få reda på i vilken riktning man ska bygga sin motor så vet jag inte om man ska fördjupa sig i ämnet.
Det är ofta själva motortypen som bestämmer vad man kan göra, och så långa stakar man kan få in i motorn brukar ALDRIG vara för långt. Det större problemet med höga tdc hastigheter är de pulser som kan genereras via overlapp till insugningsröret, men det stör mest förgasarmotorer och då i synnerhet IR-förgasare.
Göran Malmberg

Den enklaste parameter som finns när det gäller en motors karaktär är väl medelkolvhastigheten.

v=2*S*n/60

v=medelkolvhasighet
S=slaglängd i meter
n=varvtal i rpm

En F1 motor kommer upp till ca 29 m/s medan de flesta andra motorer disintegrerar i molekyler kring 25 m/s beroende på kolvens massa och vevstakens hållfasthet osv. Detta innebär alltså att ju mer man vill varva desto kortare slaglängd bör man ha. Kortare slaglängd ger också större kolvdiameter och därmed möjlighet till större ventiler för en given cylindervolym. Sen får man ju in längre stakar med kortare slag också om man tror att det kan ge något...

Så länge andningen hänger med så borde högre varvtal ge högre effekt.

Hittade några länkar där man funderar på hurudana motorer passar för racing:

www.bath.ac.uk/mech-eng/auto/txnet/983036.pdf
www.fh-zwickau.de/ftz/Konferenzen/muenchen_2003/htm/Papers/06_Blair.pd . . . . (nåt problem med länken tydligen men sök i Google på 06_Blair.pdf)
www.n2performance.com/lectures/sample.pdf

När det gäller motorkonstruktion så gillar jag tyskarna t.ex.:
Kraftfahrzeugmotoren, Volkmar Küntscher (bra!)
otto- und Dieselmotoren, Heinz Grohe (föråldrad men med mycket formler)
Die Konstruktion Schnellaufender Verbrennungsmotoren, Hermann Mettig (föråldrad men annars bra)

Sten skrev:

En F1 motor kommer upp till ca 29 m/s medan de flesta andra motorer disintegrerar i molekyler kring 25 m/s beroende på kolvens massa och vevstakens hållfasthet osv.

Hmm, hur säker är du på det där?
Jag har för mig att en F1-motor har lite drygt 40 mm slaglängd och det ger ju också en hastighet obetydligt över 25 m/s, typ 26-27 m/s. Som kan ses i Davids formler för accelerationen och därmed belastningen, är den främst beroende av varvtalet och inte alls lika mycket av slaglängden, så jag tvivlar på att det är belastningen som sätter den där gränsen på lite drygt 25 m/s i snitthastighet, men jag kan ha fel. En gisssning skulle kunna vara oljans egenskaper att den inte pallar med högre hastigheter innan den "skär", men bara en gissning. Om du nu inte vet med säkerhet att det är belastningen som ger gränsen 25 m/s?

Jag satt här o letade efter den gamla slaglängdstråden. Jag har 4,5 tums slag så det blir en skaplig kolvhastighet redan vid 7000 rpm, och det verkar ju hålla. (Framöver också hoppas jag). Och då är det jämfört mot F-1 oerhört klumpiga grejor.
F-1 är ju nåt för sig själv. Jag undrar om det är kolvhastigheten eller dess acceleration som är deras problem. Ventilerna följer kolven på litet avstånd och kan sägas därmed sätta gränsen för kamtiden i dett läget. Både funktionsmässigt och tidsmässigt.
Kanske innebär en skärningspunkt för andningen. Även Edlund kliade sig i huvudet åt borr kontra slagproblematiken och han verkar ju ha läst en del. I och för sig var det effektiviteten i motorn som diskuterades men kolvhastigheten kom upp, dock inte som ett problem hållfasthetsmässigt.
Men vi ser ju att vevstakslängden lugnar ner accelerationen vid tdc, och F-1 motorn har ett bra förhållande därvidlag.

Det här tillförde inte särskillt mycket, bara lite fundering.
Göran Malmberg

Hmm tror några/alla dessa trådar berör ämnet
https://rejsa.nu/forum/viewtopic.php?t=7582&highlight=vevstaksl%E4 . . . .
https://rejsa.nu/forum/viewtopic.php?t=10454&highlight=
https://rejsa.nu/forum/viewtopic.php?t=8961&highlight=
https://rejsa.nu/forum/viewtopic.php?t=8101&highlight=

Göran:
citat:
Även Edlund kliade sig i huvudet åt borr kontra slagproblematiken och han verkar ju ha läst en del. I och för sig var det effektiviteten i motorn som diskuterades men kolvhastigheten kom upp, dock inte som ett problem hållfasthetsmässigt.

Var det någon av dessa trådar du tänkte på???

Jo, det var dessa trådar. Det förekom en hel del orväxling privat oxå så allt som sades i ämnet är inte med.

Huruvida en motor lämpar sig för en högvarvig aplikation, som frågeställningen var, är ju avhängigt många saker, men nu efterfrågades...
1
Vinklarna för vevstaken.
2
Kolvaxeleration.
3
Enkla tumregler för detta.

Annars måste även kamtider, materialval, stabilt block, kanallängder mm tas med.
En enkel regel är, så långa vevstakar det går! Ju längre stake ju bättre högvarvsegenskaper. Men man får anpassa kamtiderna därefter. Vi måste se på durationen utifrån motorns geometri och effektivitet som luftpump. FÖR, långa stakar finns men det sätter motorblockets mått stopp för.

Vi får några punkter att beakta.
a.Kolvaxeleration ur en hållfasthetssynvinkel.
b.Kolvens possition i loppet när ventilerna öppnar-stänger.
c.Hur högt vi kan placera kolvbulten i kolven.
d.Diameter på storändens lager o därmed lagerhastigheten.
e.Sidobelastningar i loppen som ökar mad kortare stakar.

a.Med bra stakar och en längd av över 1,7:1 så bör hållfastheten accelerationsmässigt vara i hamn.
b.ordnas med att beställa rätt overlapstider. Men en kombination med längre stakar än 1,7:1 är bättre.
c.Åker man turbo behövs lite mer avstånd till första ringen.
d.Antagligen inget större problem under 10000rpm.
e.Under 1:5-1 så kan det bli bekymmer med slitage.

Göran Malmberg

Jag har sett 29 m/s någonstans men kan inte komma på var. 42 mm i slag och 20000 rpm ger 28 m/s så gränsen kan lika gärna ligga där. J. Edlund (som vet mycket mer om detta än jag) beräknade BMW P83:ans slag till 39 mm på:
http://forums.atlasf1.com/showthread.php?s=&threadid=61653%20http: . . . .
Då blir ju kolvhastigheten betydligt lägre. Det intressanta i sammanhanget är ju att det inte är nån större skillnad i medelkolvhastighet mellan en F1:a och Görans gjutjärnklump (26,7 m/s @ 7000 rpm).

25 m/s är naturligvis ingen absolut gräns men högre skulle jag inte gå utan smidda kolvar och bra stakar. Det kan bli trångt mellan kolv och ventiler redan kring 20 m/s i en standard motor.

Davids formel ger kolvens acceleration i cylinderns riktning och kraften i den riktningen ha ju naturligtvis betydelse. Jag vet inte vad som gör att en kolv går sönder men jag tror att vid höga varv blir också vevlagrets friktion betydande vilket ger en högre sidokraft på kolven och ett böjmoment på vevstaken. Högre hastighet ger också högre friktionsvärme vilket gör kolven mjukare (aluminium) och försämrar oljefilmens bärförmåga. Högre kolvhastighet borde väl annars öka oljefilmens bärförmåga?

PS. Har inte haft tid att läsa de tidigare trådarna

Alltså, medelkolvhastigheten är ju inte speciellt intressant. Det som sätter gränser är kolvens acceleration i vändningarna, det skapar stora krafter i vevstaken, kolvbulten och kolven. Ju mer prylarna väger desto större krafter.

Har du en kolv med medelhastighet på 25m/s som går med 20000 rpm så är accelerationerna dubbelt så stora som i en motor med samma medelhastighet men som går med 10000rpm.

/ Jonas Jarlmark

Jonas Jarlmark skrev:

Har du en kolv med medelhastighet på 25m/s som går med 20000 rpm så är accelerationerna dubbelt så stora som i en motor med samma medelhastighet men som går med 10000rpm. / Jonas Jarlmark

Jo, vikten. Skulle inte förvåna mig om mina kolvar väger mer än dubbelt så mycket som F-1 kolvar. Komplett med ringar o kolvbult väger den 1014g! Vevstakarna är 177 mm långa så även om det är långt så är förhållandet bara 1,55:1 vilket inte direkt gynnar låga krafter i vändningen.
Göran Malmberg

antar att formlerna för kolvacc är maximalt kolvacc som då infinner sig vid den övre vändningen.

kolven vänder ju långasammare i N.D.P

LuddeR skrev:

antar att formlerna för kolvacc är maximalt kolvacc som då infinner sig vid den övre vändningen. kolven vänder ju långasammare i N.D.P

Vad menar du? Alpha är ju tidsberoende (f(omega*t)), så det är ju momentanaccet vid varje tidpunkt.

AndersY skrev:

LuddeR skrev: antar att formlerna för kolvacc är maximalt kolvacc som då infinner sig vid den övre vändningen. kolven vänder ju långasammare i N.D.P Vad menar du? Alpha är ju tidsberoende (f(omega*t)), så det är ju momentanaccet vid varje tidpunkt.

irrar.. det var inget.

ok, så det är egentligen kolvaccelerationen som är den begränsande faktorn för bottendelen? och iom att förhållandet mellan slaglängd och vevstakslängd inte varierar så väldigt mellan produktionsmotorer så har man approximerat detta till medelhastighet? Låter så i mina öron iaf.
Så vad kan man säga är en rimlig maximal kolvacceleration då? Anta "riktiga" delar, smidda lättast möjliga kolvar + lätt bult och smidda kvalitetsstakar.

fuling: Kan man på nåt sätt muta dig så du knåpar ihop ännu ett Excel dokument?
Jag har haft mycket användning av ditt varv/växel/hastighetsdokument.

MaZ skrev:

1 ok, så det är egentligen kolvaccelerationen som är den begränsande faktorn för bottendelen? 2 och iom att förhållandet mellan slaglängd och vevstakslängd inte varierar så väldigt mellan produktionsmotorer så har man approximerat detta till medelhastighet? Låter så i mina öron iaf. 3 Så vad kan man säga är en rimlig maximal kolvacceleration då? Anta "riktiga" delar, smidda lättast möjliga kolvar + lätt bult och smidda kvalitetsstakar. fuling: Kan man på nåt sätt muta dig så du knåpar ihop ännu ett Excel dokument? Jag har haft mycket användning av ditt varv/växel/hastighetsdokument.

1
Tja, det kan man kanske säga. Vad jag har sett så är det att UNDRE lagerhalvan i vevstaken fått stryk.
När man kanske skule tro att det är den övre pga förbränningstrycket. Men det påminner om spikningsskador i övre halvan. Då har jag dragit slutsattsen att vändningshastigheten i tdc varit för hög och resulterat i ett kort "piskrapp". Men aldrig med skaplig vevstakslängd. Så även om man räknar på saken så måste man veta vid vilken belastning det är kris.
2
Jag vet inte om jag sett så mycket i böcker om kolvhastigheter. Mera så här i allmänt prat. Som Jonas påpekar så är det självklart accelerationen som sådan som avgör, och inte medelhastigheten. Men som i mitt fall så även om jag har ett lägre varvtal med samma kolvhastighet så blir det en skaplig belastning i alla fall, så en lathund kan ändå närma sig medelhastigheten. Men jag orkar inte fördjupa mig i ämnet just nu, så det är bara en tanke.
3
Måste bli acc*vikt som ger belastningen och inte enbart acc. Och där följer ju största delen av vevstaksvikten vevaxeln. Jfr med balansering.

Så om vi ska fastställa någon form av maxbelastning så skulle vi kunna titta på de exempel på geometrier jag sett som tagit stryk på ett för den här situationen tänkbart sätt. Eller, leta upp några uppgifter på nätet eller i böcker. Det var även teorier om att mottryck som förbränning motverkade belastning av acc-krafterna.

Vad vi än får fram fär resultat av en uträkning så kan vi inte göra annat än sätta i så långa och kvalitaiva stakar det går. Så lätta och kvalitativa kolvar som finns. Vi lär inte hamna i en situation där en uträkning skulle ge motsattsen vid handen. Jag är övertygad om att ett sådant bygge inte ger problem vid de varvtal som kommer i fråga. Men det är ju skoj att veta, så jag ska kolla när jag får inspiration å se vad för belastningar jag har sjäv.

Göran Malmberg

Hej, en tabell från 'Formel 1 Motoren - Leistung am Limit' kanske kan vara till nån hjälp...

citat:
fuling: Kan man på nåt sätt muta dig så du knåpar ihop ännu ett Excel dokument?
Jag har haft mycket användning av ditt varv/växel/hastighetsdokument.

Jo jag har en fil men den är ganska användarfientlig, så vidrig att jag måste fundera vare gång jag skall använda den

ps
om vartaletet dubblas så ökar max spänningen i staken med ca 4 och den ligger ca vevaxel 30grd efter ÖDP.

fuling skrev:

citat: ps om vartaletet dubblas så ökar max spänningen i staken med ca 4 och den ligger ca vevaxel 30grd efter ÖDP.

4?
cit
"Har du en kolv med medelhastighet på 25m/s som går med 20000 rpm så är accelerationerna dubbelt så stora som i en motor med samma medelhastighet men som går med 10000rpm. "

och om vikten dubblas?
Göran Malmberg

citat:
och om vikten dubblas?

om det är skaken du mera så ökar spänningen ca 1,5g om vikten ökas med 2 på staken.
Hmm om jag nu räknat rätt

Ja det blir 4 gånger så hög spänning om varvet dubblas.