因为现在人们所知道的最大速度是每分钟20000 rpm,这是一个2.4升的V8汽油引擎,在一级方程式的比赛中被使用。在那以前,活塞引擎的最高速度从未如此之高。
为什麽活塞引擎在超过每分钟20000 rpm时会有困难?理由如下:
1、材质强度
如果速度太快,引擎的材质就不能经受住很大的冲击。
由于发动机的活塞、连杆是不断地做着往复运动的,在发动机的运转中,活塞不断地重复着从静止加速到最高速度,然后再静止的过程。转速过高时,活塞的加速度过大,使曲轴、连杆既要承受活塞运动产生的惯性力,又要承受动力输出。
以本文开始的那台引擎为例,根据资料显示,当这台引擎的转速达到20000时,活塞的加速度会达到10616 g,如果活塞的重量是1 kg,那么活塞对连杆的惯性力就会达到5308 N,也就是说,这台引擎要承受550 kg的重量。这还不是最大的负担。
2、活塞杆转速
由于活塞环-缸壁为边界润滑,因此,在一定程度上,活塞环-缸壁的润滑状态不可能像强迫润滑那样可靠。在较高的转速下,活塞环和缸壁的相对运动速率较大,而在较高的转速下,活塞环和缸壁的摩擦阻力较大。
家用汽车的活塞线速度上限是27 m/s,超过该速度就会增大。这就是电影开头所说的引擎,因为它采用了大气缸直径、小气缸直径与气缸直径之比高达0.406/1 (这就意味着它的活塞非常平坦),即使在最大速度下,它的活塞线速度也只有每秒26.4米。
3、阀的浮动度
在发动机运转过程中,进、排气阀要定时开闭。随着引擎速度的增加,阀门开启和关闭的次数也会增加。
常规引擎阀门依靠阀簧的弹性来维持其闭合状态,当阀门要开启时,凸轮就会迫使阀尖克服弹簧的阻力而将阀门推出去。当凸轮脱离后,阀门通过弹簧的弹性力重新回到原位。
气门浮动是因为气门开启过快,导致弹簧压缩后回弹的速度无法跟上发动机的速度。本来,当凸轮离开的时候,阀门是要马上恢复正常的,但是阀门的恢复速度却是很慢的,这会影响到发动机的进气和排气,严重的话,会让活塞卡在阀门上。
就像前面说的F1引擎一样,为了将速度提升到两万转,它舍弃了普通的弹簧,改用了气动弹簧,通过压缩空气来重新调整阀门。
总而言之,只要不考虑成本,再加上新技术、新材料,这台车的速度就能超过两万转/分钟。但这并没有太大的意义。