Poprzeczna
Płaszczyzna poprzeczna lub płaszczyzna poprzeczna to konstrukcja wału korbowego do silników tłokowych z kątem 90 ° (faza obrotu korby) między skokami korby. Wał korbowy typu crossplane jest najpopularniejszą konfiguracją stosowaną w samochodach drogowych V8 [ potrzebne źródło ] .
Oprócz wspomnianego już V8, inne przykłady konfiguracji wykorzystujących takie 90-stopniowe fazy tłoka obejmują silniki rzędowe 2 , rzędowe 4 , V2 i V4 .
Wały korbowe typu crossplane mogłyby być stosowane z wieloma innymi konfiguracjami cylindrów, ale opisane poniżej zalety i wady mogą nie dotyczyć niektórych lub wszystkich z nich i należy je rozpatrywać indywidualnie dla każdego przypadku.
Wał korbowy V8 typu Crossplane
.jpg)
Projekt
Najpopularniejszy wał korbowy typu crossplane dla silnika V8 90 ° ma cztery czopy korbowe , z których każdy obsługuje dwa cylindry na przeciwległych rzędach, przesuniętych o 90 ° od sąsiednich czopów korbowych. Pierwszy i ostatni z czterech czopów korbowych są ustawione pod kątem 180 ° względem siebie, podobnie jak drugi i trzeci, przy czym każda para jest pod kątem 90 ° względem siebie, tak że patrząc od końca wał korbowy tworzy krzyż.
Czopy korbowe są zatem w dwóch płaszczyznach skrzyżowanych pod kątem 90 °, stąd nazwa crossplane . Wał korbowy V8 o przekroju poprzecznym może mieć do dziewięciu łożysk głównych w przypadku konstrukcji z ośmioma skokami i zwykle ma pięć łożysk podtrzymujących cztery rzuty, każdy ze wspólnym czopem korbowym.
Projekt crossplane został po raz pierwszy zaproponowany w 1915 roku i opracowany przez Cadillaca i Peerless , z których obaj produkowali płaskie V8 przed wprowadzeniem projektu crossplane. Cadillac wprowadził pierwszy crossplane w 1923 roku, a Peerless w 1924 roku.
Równowaga i gładkość
Crossplane V8 został opracowany w celu wytworzenia płynniejszego silnika niż jest to możliwe w przypadku płaskiej konstrukcji. Ponieważ cztery tłoki zatrzymują się i ruszają razem w tej samej płaszczyźnie w obu rzędach, siły drugiego rzędu właściwe dla płaskiej konstrukcji kumulują się i stają się zauważalne w silnikach o dużej pojemności skokowej. Każdy rząd silnika typu crossplane ma cztery różne fazy tłoka, które całkowicie eliminują siły swobodne drugiego rzędu, pozostawiając jedynie niewielkie wibracje spowodowane zmianami masy komponentów podczas produkcji.
Jednak rozmieszczenie końcowych i środkowych skoków korby o 180 ° skutkuje pierwotną parą wahań (prędkość korby), której w przypadku V 90 ° można przeciwdziałać, odpowiednio obciążając wał korbowy, podobnie jak V-Twin. Inne kąty V zazwyczaj wymagają wałka wyważającego , aby wszystko było tak gładkie.
Ze względu na ciężkie przeciwwagi przy każdym rzucie korbą, większość silników V8 typu crossplane ma bardzo ciężkie wały korbowe, co oznacza, że generalnie nie obracają się one tak swobodnie, jak ich płaskie odpowiedniki. Wczesny Chrysler Hemi V8 miał ciężkie przeciwwagi, ale środkowe dwa położenia po obu stronach środkowego łożyska głównego (trzecie z 5 głównych) nie miały przeciwwagi. Ponieważ miejsca te znajdują się blisko środka silnika, w mniejszym stopniu przyczyniają się do przeciwdziałania wszelkim ruchom wahadłowym - stąd użycie zewnętrznych ciężarków wyważających (np. w kole pasowym korby), co wymaga mniejszej dodatkowej masy dla tego samego efektu wyważenia.
Niestety, nierównomierne spalanie w każdym rzędzie (patrz poniżej), jak również same fazy tłoka o 90°, przyczyniają się do skręcenia wału korbowego, co może być zauważalne - z tego powodu crossplane V8 mają zamontowane dostrojone amortyzatory masowe , znowu zwykle na wolnym końcu wału korbowego. Coventry Climax odkrył, że płaski silnik o wystarczająco krótkim skoku był płynniejszy i mocniejszy przy wyższych obrotach, co prawdopodobnie częściowo wynikało ze względnego braku tych drgań skrętnych, i przeszedł na ten projekt w swoim Mk.III FWMV w 1963 roku . ten sam przełącznik mniej więcej w tym samym czasie, co zostało przeniesione do ich samochodu P261 F1 z 1964 roku.
Interwały wypalania
Czterosuwowe silniki V8 typu crossplane mają nawet 90-stopniowe interwały zapłonu, ale nierównomiernie rozmieszczone wzorce zapłonu w każdym rzędzie cylindrów .
Kolejność zapłonu na lewym i prawym brzegu jest generalnie L R LL R L RR lub R L RR L R LL , przy czym każdy zapłon „L” lub „R” jest oddzielony obrotem korby o 90°, co daje w sumie 720° dla osiem zapłonów. Jak można zobaczyć, licząc cztery znaki po prawej stronie każdego „L” lub „R” (4 x 90° = 360°), cylindry, które zapalają (a tym samym wyczerpują) przy różnicy faz 360°, znajdują się w przeciwległych rzędach w płaszczyzna poprzeczna V8.
Rzeczywiste odstępy w każdym rzędzie wynoszą 180-90-180-270 stopni wału korbowego, w różnych rzędach w zależności od silnika i zwykle nie w tej samej kolejności w każdym rzędzie. Dokładne kombinacje zależą od „ręczności” wału korbowego, kierunku obrotów i tego, która z par 360° jest zapalana jako pierwsza w kolejności.
Dźwięk
Charakterystyczny „bulgot” V8 w płaszczyźnie poprzecznej pochodzi z konstrukcji kolektora wydechowego , który dla wygody zazwyczaj łączy wszystkie cztery otwory wydechowe na każdym rzędzie czterech cylindrów w jedno wyjście. To podkreśla wzór przedstawiony powyżej, czasami opisywany jako „ziemniak-ziemniak”, naśladujący naprzemienny interwał sekwencyjny i dłuższą przerwę.
Specyficzna kolejność zapłonu silnika i konfiguracja układu wydechowego mogą prowadzić do subtelnych różnic, które mogą być zauważalne lub nie dla entuzjastów.
Możliwe są inne dźwięki dzięki starannemu grupowaniu impulsów wydechowych, ale wymagania dotyczące opakowania (przestrzeń) generalnie sprawiają, że jest to niewykonalne w maszynach drogowych.
Strojenie
Przypomnij sobie, że nawet pary zapłonowe są rozmieszczone na przeciwległych brzegach, więc potrzebne są długie rury wydechowe o równej długości, aby połączyć te pary i uzyskać równomierne oczyszczanie.
Jeden z najwcześniejszych przykładów takiego dostrojonego układu wydechowego do crossplane V8 był zamontowany w 1,5-litrowych silnikach Coventry Climax FWMV Mk.I i Mk.II na początku lat 60. XX wieku - wiadomo było, że przeszkadzają one w serwisowaniu samego silnika , Jednakże.
Wiele wyścigowych silników V8 typu crossplane (takich jak Ford 4.2L DOHC V8 do wyścigów Indy) miało otwory wydechowe po wewnętrznej stronie kąta V, aby skrócić te długości rur wydechowych i ułatwić ich łączenie bez powodowania problemów z opakowaniem. Ford GT40 rozsławił tę koncepcję seryjnych silników V8 dzięki wyszukanemu układowi długich rur wydechowych, nazywanych „Bundle of Snakes”. Takie systemy są czasami nazywane „nagłówkami 180 stopni”, odnosząc się do odstępów 180 ° zebranych w każdej gałęzi, podobnie jak płaski samolot V8.
Wcześniej czasami stosowano proste pojedyncze „rury kominowe” lub „zoomy” (np. BRM), aby uniknąć negatywnego wpływu nierównomiernych zakłóceń impulsów wydechowych na oczyszczanie, kosztem braku korzyści z pozytywnych efektów łączenia, ekstrakcji, jak powyżej. Nawet później w wielu przypadkach akceptowano deficyt wydajności i dla wygody stosowano zwykłe systemy 4 w 1 na bank. Część luki można uzupełnić zorientowanymi na osiągi układami wydechowymi 4-w-2-w-1 lub „Tri-Y”, np. tymi stosowanymi w supersamochodach NASCAR i V8.
Czterorzędowy wał korbowy w płaszczyźnie poprzecznej
W przeciwieństwie do V8, układ poprzeczny w czterorzędowych silnikach rzędowych powoduje nierównomierny rozkład zapłonu, więc użycie jest zwykle ograniczone do silników o bardzo wysokich obrotach. W takich silnikach zaleta mniejszego niewyważenia wtórnego przeważa nad wadą nieregularnych odstępów między zapłonami. Ta konstrukcja, bez tłoków rozmieszczonych pod kątem 90 ° względem siebie w oddzielnych rzędach, wymaga wałka wyrównoważającego, aby przeciwdziałać wadom drgań kołysania wynikających z niewyważenia płaszczyzny masy poruszającej się ruchem posuwisto-zwrotnym i masy wirującej. znajdują się dotyczącym wyważania silnika .
2009+ Yamaha YZF-R1
Yamaha YZF-R1 z 2009 r. zastosowano poprzeczny wał korbowy, w którym zastosowano wałek wyrównoważający prędkość obrotową korby, aby przeciwdziałać nieodłącznym wibracjom kołysania (główna para kołysania) opisanym powyżej.
Zostało to zainspirowane modelami wyścigowymi Yamaha M1 MotoGP , które do dziś używają korb typu crossplane ze względu na ich znaczną przewagę momentu bezwładności przy ekstremalnie wysokich obrotach, jakie te silniki mają. Yamaha twierdzi, że postęp w technologiach kucia metalu sprawił, że jest to praktyczny sportowy motocykl do produkcji.
Silnik URS
Tak zwany rzędowy czterocylindrowy silnik Fath -Kuhn, używany do względnych sukcesów w wyścigach motocyklowych i bocznych od 1968 roku przez prywatny zespół wyścigowy URS, również był typu crossplane. Była to inna konfiguracja niż zwykle stosowana w silnikach V8 lub w Yamasze powyżej, z dwoma rzutami zamienionymi miejscami - tj. rzuty można opisać jako kąty bezwzględne 0, 90, 180 i 270 stopni, w porównaniu z bardziej typowymi 0, 90, 270, 180. Skutkuje to nieco zmniejszoną podstawową parą kołysania, ale wprowadza pary wyższego rzędu o znacznie mniejszej wielkości.
Inny układ został wybrany przede wszystkim w celu zmniejszenia wpływu bezwładnościowego skręcania charakterystycznego dla skoków korby oddalonych od siebie o 90 ° z powodu przyspieszania tłoków (ruch start-stop), biorąc pod uwagę, że ten silnik miał pracować na wysokich obrotach, a siły bezwładności były tak duże, jak kwadrat prędkości obrotowej silnika. Zmniejszenie skręcania osiągnięto poprzez rozdzielenie korby na dwie oddzielne części, połączone ze sobą, od ich odpowiednich punktów środkowych, za pośrednictwem wałka pośredniego, z którego moc była dostarczana do skrzyni biegów.
Jest prawdopodobne, że to bezwładne skręcanie w korbie jest powodem, dla którego Yamaha powołuje się na ulepszenia kucia korby jako powód, dla którego korba krzyżowa jest opłacalna w rowerze szosowym. W V8 jest to mniejszy problem, ponieważ każdy skok jest dzielony przez dwa tłoki już przesunięte o 90°.
Interwały wypalania
Wały korbowe typu crossplane zastosowane w czterosuwowym, czterocylindrowym silniku powodują nierówne zapłony, ponieważ naturalna separacja zdarzeń zapłonu wynosi w takim silniku (720°/4 =) 180° (stąd popularność płaskiej korby 180° ). Odstępy zapłonu (odstęp między zapłonami) dla silników crossplane R1 i URS wynoszą 90-180-270-180 (stopni korby), ale możliwe są inne odstępy, w tym wynikające z tak zwanych rzędów zapłonu typu big- bang . Nierówne wypalanie jest przyczyną charakterystycznego dźwięku tej konfiguracji, która z pozoru jest połączeniem 270-450 (90° V-Twin), 180-540 (180° prosty bliźniak) i 90-630 („twingled ” V -Twin) przedziały, przy czym dominującym interwałem percepcyjnym jest interwał 270°.
Separacja rzutu 90 ° sprawiłaby, że korba w płaszczyźnie poprzecznej byłaby naturalnym wyborem dla dwusuwowej prostej czterosuwowej, zapewniając zalety zarówno równomiernego strzelania, jak i mniejszych wibracji wtórnych, gdy zwiększone wibracje kołysania są przeciwdziałane za pomocą wałka wyważającego prędkość obrotową korby.
Proste podwójne korby
z bliźniaczymi prostymi (znane również jako „bliźniacze równoległe” i „bliźniacze pionowe”) historycznie występowały w dwóch typach, z których żaden nie był „poprzeczny”: korby 360 ° z tłokami poruszającymi się w tandemie lub korby 180 ° z ich tłoki poruszający się w przeciwnej fazie.
Począwszy od Triumph Speed Twin Edwarda Turnera , większość klasycznych angielskich 4-suwowych roadsterów (Triumph, BSA, Norton, Royal Enfield itp.) Używała korb 360°; ale w latach sześćdziesiątych Honda zastosowała korby 180 ° do swoich OHC , takich jak „Black Bomber” o pojemności 450 cm3 i CB500T. W rowerze o małej pojemności skokowej para wahadłowa była akceptowalna bez wałka wyrównoważającego, szczególnie w porównaniu z bliźniakiem o podobnej wielkości 360°, który podobnie nie miał wałka wyrównoważającego. CB250/400T Dream/Hawk o pojemności 400 cm3 zastąpił 4-cylindrowy model CB400F, a aby uzyskać płynniejszą pracę, wyposażono go w dwucylindrowy silnik 360° z wałkiem wyrównoważającym — równomierne odpalanie korby 360° jest zauważalnie płynniejsze niż w przypadku nierównej korby 180°. [ potrzebne źródło ]
W 1995 r. Yamaha zamontowała wał korbowy 270° w swoim TRX850 , aw 1996 r. w TDM850 MK2, a także w wałek wyrównoważający, aby przeciwdziałać wynikowej kombinacji wolnych sił i wahających się par. Korba 270° ma mniejsze siły swobodne niż korba 360° (ale znacznie większa niż korba 180°) i mniejsze pary wahań niż korba 180° (korba 360° nie ma takiej pary). Podczas gdy strzelanie było tak nierówne jak V-Twin 90 °, korba 270 ° nie była tak nierówna jak 180 °. Konfiguracja 270° stanowi udany kompromis i została zastosowana w modelach Honda NC700 i Africa Twin 2016, Scrambler i Thunderbird cruiser Hinckley Triumph , Yamaha MT-07 / FZ-07 i wielu innych.
Niektórzy inżynierowie zajmujący się dostosowywaniem zmodyfikowali motocykle brytyjskie i Yamaha XS 650 z równoległymi bliźniakami, aby stały się silnikami 277 °, zbliżonymi do wałów korbowych w płaszczyźnie poprzecznej (inaczej przesunięty wał korbowy lub wał korbowy o zmienionej fazie ), z powodzeniem zmniejszając wibracje z seryjnych bliźniaczych bliźniaków pionowych 360 °. Tak zmodyfikowane silniki nie otrzymały dodatkowych systemów wyważania, ale mogą mieć lżejsze koła zamachowe, ponieważ tłoki nigdy nie są jednocześnie nieruchome, więc moment obrotowy nie musi być magazynowany tak bardzo, aby skompensować, jest po prostu przenoszony między tłokami bezpośrednio (poprzez wał korbowy). Jest to pozornie inspirowane wcześniejszą pracą Phila Irvinga .
Jest to podobna zasada do czterocylindrowych silników Yamaha typu crossplane, w których dodatkowe dwa cylindry odpowiadają za niesymetrię ruchu tłoków w górnej i dolnej połowie ich skoku, co skutkuje większą minimalizacją momentu bezwładności spowodowanego zmianami w pęd obrotowy.
W 2-suwowych, równoległych silnikach bliźniaczych konfiguracja korby 180° była prawie powszechnie stosowana, dając dwa suwy mocy na każdy obrót. Przykłady obejmują motocykle o dość dużej pojemności, takie jak Scott Squirrel o pojemności 598 cm3 lub Suzuki T500 o pojemności 498 cm3 . Dwa wyjątki z wałami korbowymi 360° to Yankee i wojskowa edycja Jawa 350 .
Zobacz też
Linki zewnętrzne
- Silniki V8
- Rozgrzewany zestaw bocznego wózka URS z silnikiem typu crossplane (wideo na YouTube)