Krefter i en motor.

For å forklare hvorfor prisene på deler noen ganger kan overstige forventingene og man plutselig må finne seg i å betale litt mer når man skal gå over til det ekstreme, den vanlige vekten på smidde deler er ca 900-1100gram pr sylinder i denne spesifikke motoren.
Tanken bak de “dyre” delene er krefter som påvirker delene. For å forstå hvilke krefter som virker på komponentene har vi valgt å bryte ned kreftene komponentvis på papiret fra formelen kraft er “masse*akselerasjon.” og for å bevise påstanden bruker vi:

  • Utifra bevegelses ligningen Ek=1/2mv^2 ser man at bevegelses energien øker med kvadratet av farten på komponentene. (2Ek)^sqroot = v, v er farten.  x er strekning stempel tilbakelegger iløpet av en veiv-rotasjon. Ek er energien for å gjøre bevegelsen med gitt masse.
    For rettlinjet bevegelse kan vi si at v^2= 2ax. dvs kvadratet av farten er 2 multiplisert med akselerasjonen og strekningen.
    2ax^root= v  dvs kvadratroten av 2 multiplisert med akselerasjonen er da fart.
  • Fart er strekning tilbakelagt innenfor en tidsperiode. I dette tilfellet stempelets tilbakelagte strekning med hensyn på motorens rotasjonshastighet.Stempel-akselerasjonen blir i positiv eller negativ retning avhengig av om man regner akselerasjon ved ØD eller ND og blir da den kvadratiske summen av stempelets høyeste hastighet, (startfart – sluttfart) dividert med ligningen 2*strekning, får man momentan akselerasjon.
  • Fartsretningen veksler ettersom hvilken posisjon stempelet har og er relevant ettersom man prøver å finne negativ eller positiv akselerasjon, så kan man se kreftene bølgevis der normalen er 0, og kreftene veksler mellom de to størst oppnådde ekstremalverdiene. Dette skjer hver gang stempelet akselererer fra eller til enten ØD eller ND.
  • Halve massen på komponentene reduserer kreftene som virker på delene (fra formelen kraft= masse * akselerasjon. Større masse gir større krefter og kraftbevegelsen er summen av krefter der R er friksjonskreftene som virker imot kreftene vi kan måle på veiva ofte i Newton meter.

Når vi skal utføre en praktisk regning:

For å sette en begrensning antar vi at den største kontinuerlige stempel hastigheten ikke bør overstige 25m/s for de fleste ettermarkedsdeler.
Stempelhastigheten får vi ved slaglengde på veiva og turtallet på motoren.

ligningen v = 2xn/60, v er fart, x er strekning, n er omdreiningstall pr minutt.

Eksempel:
Motor har 86mm slaglengde og 89mm borring. Motor sitter montert i en båt og går kontinuerlig på 5000rpm. Stempelhastigheten blir da:

v = 2xn/60, x = 0,089meter, n = 5000rpm.
v= 2*0,089*5000/60
v= 14,83 m/s , to streker under svaret.
Hvilket er akseptabelt på en moderne motor.

Litt om intern friksjon i motoren:
Den eneste måten stemplene kan akselerere på er dersom normalkreftene er større enn friksjonskreftene.  Derfor må motoren frigi mer mekanisk energi enn oppnådde friksjonskrefter på gitt turtall. Friksjonskreftene øker stort sett lineært med turtall, friksjonen har vanligvis en konstant verdi mellom komponentene i bevegelse.

Kraften til motoren avtar tilslutt fordi den ikke klarer å utføre mer arbeid enn den motstående friksjonskraften på det gitte turtallet der kraften synker. Vi har alle sett effektkurver som synker etter maks oppnådd effekt.

  • For å forstå hvor mye krefter vi snakker om så kan vi si at motoren er en 1600cc motor. Den har 74 mm slag og 81mm borring.
  • Ved maks turtall har motoren en stempelhastighet på 27,1m/s på 10500rpm  momentanakselerasjon er da 4741m/s^2, for at folk skal forstå akselerasjonen så kan man lage et bilde av noe man kjenner seg igjen i og si at det er en akselerasjon fra
    0->100km/t-> 0-> 100km/t hver gang motoren gjør en rotasjon, med en frekvens på 175 ganger per sekund

 

Kilder:
http://physics.info/newton-second/
https://www.jpl.nasa.gov/edu/news/2016/05/03/may-the-force-equals-mass-x-acceleration/