emner:
- introduktion
- Primære og sekundære stempelbevægelser
- Stempelhastighed
- Stempelacceleration
- Komplet oversigt over stempelvandring, hastighed og acceleration
Forord:
Stemplets op- og nedadgående (oversættende) bevægelse omdannes til en roterende bevægelse ved hjælp af krumtap-forbindelsesstangsmekanismen. Stemplet bevæger sig op og ned i en lige linje. Dette kaldes den primære stempelbevægelse. Forbindelsesstangen bevæger sig dog ikke kun op og ned, men også sidelæns. På grund af plejlstangens sideværts bevægelse vil stemplet rejse en lidt større afstand. Ud over den øgede afstand har stemplet også nået sin højeste bevægelseshastighed på dette tidspunkt. Denne ekstra afstand kaldes den sekundære stempelbevægelse.
Figuren viser stempelbevægelsen. Det øverste blå stempel angiver, hvor TDC (Top Dead Center) er. Det blå stempel i midten til højre angiver afstanden af den primære stempelbevægelse (dvs. hvor plejlstangen ikke er blevet skrå). Det nederste rødfarvede stempel angiver den ekstra afstand, der skabes af krumtapakslens rotation og plejlstangens hældning; dette er den sekundære stempelbevægelse.
Når krumtapakslen er drejet 90 grader, er stemplets bevægelseshastighed på sit højeste. Den sekundære stempelbevægelse sikrer en større tilbagelagt distance. Ved at lægge afstanden af den sekundære bevægelse til den af den primære bevægelse, kan den samlede afstand tilbagelagt af stemplet bestemmes.
Forholdet mellem længden af krumtapakselen og længden af plejlstangen bestemmer størrelsen af den sekundære bevægelse. Den sekundære stempelbevægelse har også betydning for stempelhastigheden og stempelaccelerationen.
Primære og sekundære stempelbevægelser:
Den primære og sekundære stempelbevægelse er vist i grafer i dette afsnit som den tilbagelagte afstand. Summen af den primære og sekundære stempelbevægelse er den samlede stempelbevægelse. Strukturen af den samlede stempelbane er forklaret nedenfor.
Primær stempelbevægelse:
Kraften i retningen TDC til TDC og kraften fra ODP til TDC forårsager tilsammen en vibration, der opstår én gang pr. krumtapakselomdrejning. Derfor kaldes denne kraft også for den primære kraft. Den primære kraft laver en primær bevægelse.
- Den primære stempelbevægelse er 0 ved 0° krumtapakselrotation og også 180 ved 0°;
- Ser vi udelukkende på den primære stempelbevægelse, er stemplet ved 90° krumtapakselrotation halvvejs gennem slaget (også halvvejs gennem cylinderen), nemlig på 90 mm.
Sekundær stempelbevægelse:
Den laterale bevægelse af plejlstangen giver den sekundære stempelbevægelse. Jo større forholdet mellem krumtap og plejlstangslængde er, jo større er den sekundære kraft og dermed den sekundære bevægelse.
- Hos TDC er den sekundære bevægelse 0;
- Ved 90° krumtapakselrotation er den sekundære bevægelse maksimal;
- Vi tilføjer den afstand, som stemplet tilbagelægger under den sekundære bevægelse, til den primære bevægelse. Dette er den faktiske vej, stemplet har tilbagelagt.
Faktisk stempelbevægelse:
Den egentlige stempelbevægelse er dannet af summen af den primære og sekundære stempelbevægelse. Dette kan læses som "total" i grafen.
- Stemplet er allerede halvvejs igennem sit slag i cylinderen, før krumtapakslen har drejet 90 grader. På grafen ser vi, at stemplet har kørt 110 mm ved 90 grader. Det er 61 % af det samlede slagtilfælde;
- Længden af krumtapakselen, og derfor krumtap-plejlstangsforholdet (ofte omtalt som lambda), bestemmer den sekundære og dermed den samlede stempelvandring.
Den sekundære stempelbevægelse forstærker motorens vibrationer. I en motor med fire eller færre cylindre, hvor de sekundære kræfter er relativt store, balanceaksler anvendes til at begrænse motorvibrationer.
Stempelhastighed:
Under arbejdsprocessen vender stemplet sin bevægelsesretning ved ODP og TDC. Ved ODP og TDC er stempelhastigheden nul. Dette skyldes, at stemplet skifter retning på disse punkter. Når stemplet bevæger sig fra TDC til ODP, øges stemplets hastighed. Den primære stempelhastighed når sin maksimale værdi omkring 90 graders krumtapakselrotation. Dette er resultatet af stemplets positive acceleration under den nedadgående bevægelse. Men efterhånden som plejlstangsvinklen øges, kommer sekundær stempelhastighed i spil. Den sekundære stempelhastighed er relateret til plejlstangens hældning og forårsager et yderligere bidrag til den samlede stempelhastighed. Denne sekundære stempelhastighed får den samlede stempelhastighed til at nå sin maksimale værdi hurtigere, end den primære stempelhastighed alene ville forårsage. Dette sker typisk før krumtapakselvinklen på 90 grader. I grafen nedenfor ser vi, at den samlede stempelhastighed allerede er maksimal på cirka 75%.
Stempelacceleration:
Stempelhastigheden blev diskuteret i det foregående afsnit. Grafen viser, at stempelhastigheden ved TDC og ODP er 0, og hastigheden stiger og falder under nedadgående og opadgående bevægelse. Med stempelacceleration ser vi på accelerationen og decelerationen af stemplet i cylinderen.
Når krumtapvinklen er 0 grader, er stemplet i toppen af sit slag, klar til at begynde sin nedadgående bevægelse. Stempelaccelerationen er maksimal på dette tidspunkt. Dette skyldes den bratte ændring i stemplets bevægelsesretning, fra at stoppe på det højeste punkt til at starte den nedadgående bevægelse. Mens man bevæger sig mod TDC, aftager accelerationen. Den primære stempelacceleration er 0 ved 90 graders krumtapakselrotation. I det foregående afsnit kan vi se, at stempelhastigheden falder igen ved 90 grader. Mellem 90 og 180 krumtapakselgrader bremser stemplet, indtil det når TDC. I grafen ser vi bremsning som negativ acceleration.
Den sekundære stempelacceleration skabes igen ved vipningen af plejlstangen. I en motor med en off-axis plejlstang står plejlstangen allerede i en lille vinkel, når stemplet er ved TDC. Som følge af den sekundære stempelacceleration stiger den samlede stempelacceleration i de første krumtapakselgrader.
Samlet oversigt over stempelvandring, hastighed og acceleration:
De foregående afsnit diskuterede de primære, sekundære og totale bevægelser og hastigheder for hver graf. I denne oversigt ser vi totalerne i én graf.
- Når stemplet bevæger sig nedad, stiger stempelvægten (fra 0 til 180°);
- Stemplet har vendt sin bevægelsesretning mellem det forrige slag og det aktuelle slag. På grund af den pludselige ændring i bevægelsesretningen er stempelaccelerationen maksimalt fra 0 krumtapakselgrad;
- Stempelhastigheden øges gradvist og når et maksimum, før krumtapakslen har roteret 90°;
- Ved 180° er både stempelhastighed og stempelacceleration 0;
- Mens du bevæger dig op til TDC, vender stempelaccelerations- og hastighedsgraferne om.
Relaterede sider:
