متوسط ​​سرعة المكبس

متوسط ​​سرعة المكبس هو متوسط ​​سرعة المكبس في المحرك الترددي . وهو دالة لطول الشوط وسرعة الدوران (RPM). ^{[ 1 ]} يوجد عامل 2 في المعادلة لحساب أن شوطًا واحدًا يحدث في نصف دورة عمود المرفق (أو بدلاً من ذلك: شوطين لكل دورة عمود مرفق واحدة)، ورقم 60 لتحويل الثواني من الدقائق في مصطلح سرعة الدوران.

${\displaystyle V_{\text{mean}}=2*{\frac {\text{Stroke [mm]}}{1000}}*{\frac {\text{RPM}}{60}}}$

 على سبيل المثال، سيكون للمكبس في محرك السيارة الذي يبلغ شوطه 90 مم متوسط ​​سرعة عند 3000 دورة في الدقيقة يساوي 2 * (90 / 1000) * 3000 / 60 = 9  م/ث.

يتميز محرك V10 سعة 5.2 لتر الذي ظهر لأول مرة في سيارة أودي R8 عام 2009 بأعلى متوسط ​​سرعة للمكبس لأي سيارة إنتاجية (26.9  م/ث) بفضل شوطه البالغ 92.8 مم وحد أقصى لدوران المحرك يبلغ 8700 دورة في الدقيقة. ^{[ 2 ]}

محركات الديزل منخفضة السرعة

~8.5  م/ث لتطبيقات توليد الطاقة البحرية والكهربائية

محركات ديزل متوسطة السرعة

 سرعة القطارات أو الشاحنات حوالي 11 م/ث

ديزل عالي السرعة

حوالي 14-17  م/ث لمحركات السيارات

بنزين متوسط ​​السرعة

حوالي 16  م/ث لمحركات السيارات

بنزين عالي السرعة

سرعة تتراوح بين 20 و25  متر/ثانية لمحركات السيارات الرياضية أو الدراجات النارية

مسابقة

ومن الأمثلة المتطرفة محركات سلسلة سباقات ناسكار سبرينت كاب ومحركات الفورمولا 1 بسرعة تقارب 25  م/ث ^{[ 3 ]} ومحركات سباقات توب فيول وموتو جي بي بسرعة تقارب 30  م/ث.

يشير متوسط ​​أي دالة إلى القيمة المتوسطة. في حالة متوسط ​​سرعة المكبس، بالمعنى الرياضي الدقيق، يكون المتوسط ​​صفرًا لأن المكبس يتحرك نصف الوقت لأعلى والنصف الآخر لأسفل؛ وهذا غير مفيد. يُستخدم المصطلح عادةً لوصف المسافة التي يقطعها المكبس في وحدة الزمن، مع اعتبار المسافة موجبة في كلا الاتجاهين. يرتبط هذا المتوسط ​​بمعدل شغل الاحتكاك المبذول على جدران الأسطوانة، وبالتالي معدل توليد الحرارة هناك. هذا ليس لغزًا. فهو يمثل مواصفةً يُصمم وفقًا لها وليس نتيجةً للتصميم، ومتوسط ​​سرعة المكبس دالة لعدد الدورات في الدقيقة، أي أن المكبس عند عدد دورات محدد سيكون بنفس السرعة عند قمة الرسم البياني كما هو عند قاعه، أي عند 286.071 درجة على عمود المرفق إذا تم تثبيت عدد الدورات. عند 0 و180 درجة، تكون سرعة المكبس صفرًا. تُعدّ سرعة المكبس اختبارًا لقوة مجموعة المكبس وذراع التوصيل . وتُحدد السبيكة المستخدمة في صناعة المكبس أقصى سرعة يمكن أن يصل إليها قبل أن تتجاوز معاملات الاحتكاك ومستويات الحرارة والإجهاد الترددي الحد الأقصى الذي يتحمله المكبس قبل أن يبدأ في التلف الهيكلي. ونظرًا لأن السبيكة تميل إلى أن تكون متسقة إلى حد كبير بين معظم المصنّعين، فإن أقصى سرعة للمكبس عند عدد دورات محدد في الدقيقة تُحدد بطول الشوط، أي نصف قطر محور عمود المرفق. تُصنع معظم أنواع المحركات الشائعة في الإنتاج على شكل مربع أو شبه مربع. أي أن المحرك المربع له نفس قطر تجويف الأسطوانة مثل الطول الكلي للشوط من 0 إلى 180 درجة، بينما في المحرك شبه المربع، يكون الطول الكلي للشوط أكبر من قطر التجويف. أما المحرك ذو الشكل شبه المربع، فيُستخدم غالبًا في المحركات عالية الأداء حيث يقترب منحنى عزم الدوران من ذروة أقصى سرعة للمكبس. في هذا النوع من المحركات، يُمكن عادةً زيادة حجم الأسطوانة صناعيًا باستخدام الشواحن التوربينية أو الشواحن الفائقة، مما يزيد من كمية خليط الوقود والهواء المتاحة للاحتراق. ومن الأمثلة على ذلك محركات سباقات الفورمولا 1، حيث يكون قطر الأسطوانة أكبر بكثير من طول الشوط، مما يؤدي إلى زيادة عدد دورات المحرك في الدقيقة، ولكنه يتطلب في المقابل متطلبات أعلى لقوة أذرع التوصيل والمكابس، بالإضافة إلى تحمل درجات حرارة أعلى للمحامل. ويكون قطر الأسطوانة في هذه المحركات صغيرًا نسبيًا (أقل من 45 درجة). يبلغ طول شوط المكبس (مم) أقل من ذلك، وذلك تبعًا لمنحنى عزم الدوران وأقصى سرعة دوران متاحة كما صممها المُصنِّع. ويُبلغ عزم الدوران ذروته عند سرعات دوران أعلى، ويتوزع على نطاق أوسع من سرعات الدوران. وتُعدّ مواصفات هذه العوامل معروفة ويمكن تصميمها وفقًا لذلك. يرتبط عزم الدوران بطول الشوط، فكلما كان الشوط أقصر، قلّ عزم الدوران المتاح عند سرعات الدوران المنخفضة، ولكن يمكن زيادة سرعة المكبس بشكل كبير، مما يعني زيادة سرعة دوران المحرك. وتُعدّ هذه الأنواع من المحركات أكثر حساسية وتتطلب مستوى أعلى من الدقة في الأجزاء المتحركة مقارنةً بالمحركات المربعة أو شبه المربعة. وحتى أوائل الستينيات، كان تركيز المصممين مُنصبًّا على عزم الدوران بدلًا من سرعة المكبس، ربما بسبب اعتبارات المواد وتقنيات التصنيع. ومع تحسّن المواد، زادت سرعة دوران المحرك.