çapraz düzlem - Crossplane

Crossplane veya crossplane a, krank mili tasarım pistonlu motorlara 90 ° açı (krank dönme faz) ile krank atar arasındadır. Çapraz krank mili, V8 yol arabalarında kullanılan en popüler konfigürasyondur.

Daha önce bahsedilen V8'in yanı sıra, bu tür 90° piston fazlarını kullanan diğer konfigürasyon örnekleri arasında düz-2 , düz-4 , V2 ve V4 motorları bulunur .

Çapraz düzlem krank milleri, diğer birçok silindir konfigürasyonu ile uygulanabilir bir şekilde kullanılabilir, ancak aşağıda açıklanan avantajlar ve dezavantajlar, bunların herhangi biri veya tümü için geçerli olmayabilir ve duruma göre değerlendirilmelidir.

Krank atışları arasındaki 90 derecelik açıyı gösteren çapraz düzlemli bir krank milinin 3 boyutlu modeli.

Çapraz düzlem V8 krank mili

Ford V8 krank mili

Tasarım

90° V8 motor için en yaygın çapraz düzlemli krank milinde , her biri karşı sıralarda iki silindire hizmet eden, bitişik krank pimlerinden 90°'de dengelenmiş dört krank pimi bulunur. Dört krank piminin birincisi ve sonuncusu, ikincisi ve üçüncüsü gibi birbirlerine göre 180°'dir, her bir çift diğerine 90°'dir, böylece uçtan bakıldığında krank mili bir haç oluşturur.

Krank pimleri bu nedenle 90°'de kesişen iki düzlemdedir , bu nedenle çapraz düzlem adı verilir . Bir çapraz düzlem V8 krank mili, sekiz atışlı tasarım durumunda dokuz adede kadar ana yatağa sahip olabilir ve genellikle her biri ortak bir krank pimi ile dört atış destekleyen beş yatağa sahiptir.

Crossplane tasarım ilk 1915 yılında önerilen ve tarafından geliştirilen Cadillac ve Peerless üretilen her ikisi de, flatplane crossplane tasarım tanıtmadan önce V8s. Cadillac ilk çapraz uçağı 1923'te, Peerless 1924'te takip etti.

Denge ve Pürüzsüzlük

Çapraz düzlem V8'in geliştirilmesindeki tüm motivasyon, düz düzlem tasarımının vızıltı hissini iyileştirmekti. Dört piston her iki sırada da aynı düzlemde durup birlikte çalıştığından, düz düzlem tasarımına özgü ikinci dereceden kuvvetler birikir ve büyük deplasmanlı motorlarda fark edilir hale gelir. Çapraz düzlemli motorun her bankası, ikinci dereceden serbest kuvvetleri tamamen iptal eden dört farklı piston fazına sahiptir, bu nedenle, üretim yöntemleri nedeniyle karşılıklı ağırlıklardaki varyasyonları engelleyen bu tür bir titreşim yoktur.

Bununla birlikte, uç ve orta krank atışlarının 180° yerleşimi, birincil (krank hızı) sallanan bir çift ile sonuçlanır, neyse ki 90° V durumunda, krank milini bir V-Twin gibi uygun şekilde ağırlıklandırarak kolayca karşılanabilir. Diğer V açıları, işleri düzgün tutmak için genellikle bir denge mili gerektirir .

Her bir krank atımı üzerindeki ağır karşı ağırlıklar nedeniyle, çapraz düzlemli V8'lerin çoğu çok ağır krank millerine sahiptir, bu da genel olarak düz düzlem muadilleri kadar serbest devirli olmadıkları anlamına gelir. Erken Chrysler Hemi V8'in ağır karşı ağırlıkları vardı, ancak merkez ana yatağın her iki tarafındaki orta iki konumda (5 şebekenin üçüncüsü) herhangi bir karşı ağırlık yoktu. Bu konumlar motorun merkezine yakın yerleştirildiğinden, herhangi bir sallanma hareketine karşı daha az katkıda bulunurlar - bu nedenle aynı dengeleme etkisi için daha az ekstra kütle gerektiren harici denge ağırlıklarının (örneğin krank burun kasnağında) kullanılmasına neden olur.

Ne yazık ki, her bir sıradaki (aşağıya bakınız) eşit olmayan ateşleme ve 90° piston fazlarının kendileri, krank milindeki fark edilebilir burulmaya katkıda bulunur - bu nedenle çapraz düzlem V8'lerde ayarlanmış kütle damperleri vardır. , yine genellikle krank milinin serbest ucunda. Coventry doruk yeterince kısa stroklu flatplane motor muhtemelen kısmen bu burulma titreşimleri göreli olmaması hem yumuşak ve daha yüksek rpm değerlerinde daha güçlü olduğunu keşfettik ve bunların Mk.III bu tasarıma geçirildi FWMV 1963 yılında BRM yapılan yaklaşık aynı anda aynı şalter ve bu 1964 P261 F1 arabalarına taşındı .

Ateşleme aralıkları

Dört zamanlı çapraz düzlemli V8 motorları, 90 derecelik ateşleme aralıklarına sahiptir, ancak her silindir sırası içinde eşit olmayan aralıklı ateşleme düzenleri vardır .

Sol ve Sağ sıralardaki ateşleme sırası genellikle L R LL R L RR veya R L RR L R LL şeklindedir ve her bir 'L' veya 'R' ateşlemesi, toplamda 720° olmak üzere 90° krank dönüşü ile ayrılır. sekiz ateşleme. Her 'L' veya 'R' (4 x 90° = 360°) sağında dört karakter sayılarak görülebileceği gibi, 360° faz farkıyla ateşlenen (ve dolayısıyla egzoz yapan) silindirler bir çapraz düzlem V8.

Her bir sıradaki gerçek aralıklar, motora bağlı olarak çeşitli sıralarda ve genellikle her kümede aynı sırada olmayan 180-90-180-270 krank mili derecedir. Kesin kombinasyonlar, krank milinin "kullanımına", dönüş yönüne ve sırayla 360° çiftlerinden hangisinin ilk ateşlendiğine bağlıdır.

1963 BRM P578, ayrı egzoz bacaları ile.
Bu, Ford GT40'taki çapraz egzozun modern, daha az serpantinli sokak versiyonudur.

Ses

Bir çapraz düzlem V8'in karakteristik "gürültüsü", kolaylık sağlamak için tipik olarak dört silindirin her bir bankasındaki dört egzoz portunu tek bir çıkışta birleştiren egzoz manifoldu tasarımından gelir . Bu, yukarıda özetlenen, bazen "patates-patates" olarak tanımlanan, değişen ardışık aralığı ve daha uzun aralığı taklit eden modeli vurgular.

Motorun belirli ateşleme sırası ve egzoz konfigürasyonu, meraklılar için farkedilebilecek veya edilmeyebilecek ince değişikliklere yol açabilir.

Egzoz darbelerinin dikkatli bir şekilde gruplandırılmasıyla başka sesler de mümkündür, ancak paketleme (boşluk) gereksinimleri, yoldaki makinelerde genellikle bunu olanaksız kılar.

Tri-Y egzozlu bir NASCAR V8 motoru

akort

Ateşleme çiftlerinin bile karşı sıralara yerleştirildiğini hatırlayın, bu çiftleri birleştirmek ve tek tip süpürme elde etmek için eşit uzunlukta uzun egzoz borularına ihtiyaç vardır.

Bir çapraz düzlem V8 için böyle ayarlanmış bir egzozun en eski örneklerinden biri, 1960'ların başında 1.5 Litre Coventry Climax FWMV Mk.I ve Mk.II motorlarına takıldığı şekliyleydi - bunların motorun kendisine bakım yapılmasının önüne geçtiği biliniyordu. , Yine de.

Birçok yarış çapraz kanatlı V8 motorunda (Indy yarışları için Ford 4.2L DOHC V8 gibi), bu egzoz borusu uzunluklarını kısaltmak ve birleştirmelerin paketleme sorunlarına yol açmadan daha kolay gerçekleştirilmesi için V açısının iç kısmında egzoz portları vardı. Ford GT40 "Yılanların Paketi" lakaplı uzun egzoz borularının ayrıntılı bir düzenleme ile üretim tabanlı V8s meşhur kavramını yaptı. Bu tür sistemlere bazen "180 derecelik başlıklar" da denir ve her dalda bir düz düzlem V8'e benzer şekilde toplanan 180° aralıklara atıfta bulunur.

Bundan önce, düz bireysel "yığın boruları" veya "zoomiler" bazen, eşit olmayan egzoz darbe girişiminin süpürme üzerindeki olumsuz etkisini önlemek için, birleştirmenin olumlu ekstraksiyon etkilerinden yararlanmama pahasına kullanılıyordu (örneğin BRM), yukarıdaki gibi. Daha sonra bile birçok durumda performans açığı kabul edildi ve kolaylık sağlamak için banka başına sıradan 4'ü 1 arada sistemler kullanıldı. Boşluğun bir kısmı performans odaklı 4'e 2'ye 1 veya "Tri-Y" egzozlarıyla kapatılabilir, örneğin NASCAR ve V8 Supercar'larda kullanılanlar.

Sıralı dört çapraz düzlem krank mili

Bu çizimde, düz düzlemin yukarı-aşağı-aşağı-yukarı yönünün aksine, krank atış yönü yukarı-sol-sağ- aşağıdır .

Bir V8'den farklı olarak, sıralı dört motorlardaki çapraz düzlem düzenlemesi, eşit olmayan bir şekilde dağıtılmış ateşleme düzenine neden olur, bu nedenle kullanım, aşırı yüksek devirli motorlarla sınırlı olma eğilimindedir. Bu tür motorlarda, daha az ikincil dengesizliğin avantajı, düzensiz ateşleme aralığı dezavantajından daha ağır basar. Ayrı sıralarda birbirine 90° olarak yerleştirilmiş pistonlara sahip olmayan bu tasarım, pistonlu kütle ve dönen kütle üzerindeki düzlem dengesizliklerinden kaynaklanan sallanma titreşimi dezavantajlarına karşı koymak için bir denge mili gerektirir. Bakınız motor balans detayları için makale.

2009+ Yamaha YZF-R1

2009 Yamaha YZF-R1 motosikleti, yukarıda açıklanan doğal sallanan titreşime (birincil sallanan çift) karşı koymak için bir krank hızı denge mili kullanan çapraz düzlemli bir krank mili kullanır.

Bu, Yamaha'nın , bu motorların gördüğü aşırı yüksek devirde çalışmadaki önemli atalet torku avantajları nedeniyle bu tarihe kadar çapraz düzlem kranklarını kullanmaya devam eden M1 MotoGP yarış modellerinden ilham almıştır . Yamaha, metal dövme teknolojilerindeki ilerlemelerin bunu pratik bir üretim spor motosikleti haline getirdiğini iddia ediyor.

URS motoru

Sözde Feth -Kuhn düz dört motor, takımı yarış özel URS tarafından 1968'den motosiklet ve yan araba yarışı göreceli başarısı için kullanıldığı gibi, aynı zamanda bir crossplane türü oldu. Normalde bir V8'de veya aslında yukarıdaki Yamaha'da kullanılandan farklı bir konfigürasyondu, iki atış yer değiştiriyordu - yani atışlar 0, 90, 180 ve 270 derecelik mutlak açılarda olarak tanımlanabilir, daha olağan olan 0, 90, 270, 180'e karşı. Bu, biraz azaltılmış birincil sallanan çift ile sonuçlanır, ancak çok daha düşük büyüklükte daha yüksek dereceli çiftler sunar.

Bu motorun yüksek devirli olması ve atalet kuvvetleri ölçeğinin aşağıdaki gibi olması gerektiği göz önüne alındığında, pistonların hızlandırılması (start-stop hareketi) nedeniyle 90° aralıklı krank atışlarının doğasında bulunan atalet burulmasının etkisini azaltmak için farklı düzen öncelikle seçilmiştir. motor hızının karesi. Burulmadaki azalma, krank, gücün dişli kutusuna iletildiği bir karşı mil aracılığıyla, ilgili orta noktalarından birbirine dişli iki ayrı parçaya bölünerek elde edildi.

Krank içindeki bu atalet burulması, Yamaha'nın bir yol bisikletinde çapraz düzlem krankının uygulanabilir olmasının bir nedeni olarak krank dövme iyileştirmelerini belirtmesinin nedeni olabilir. V8'de daha az sorun var çünkü her atış zaten 90° dengelenmiş iki piston tarafından paylaşılıyor.

Ateşleme aralıkları

Dört zamanlı, dört silindirli bir motorda kullanılan çapraz düzlemli krank milleri, ateşleme olaylarının doğal ayrımı (720°/4 =) böyle bir motorda 180° olduğundan düzensiz ateşlemeye neden olur (bu nedenle 180° düz düzlem krank krankının popülaritesi ). Çapraz düzlemli R1 ve URS motorları için ateşleme aralıkları (ateşleme olayları arasındaki boşluk) 90-180-270-180'dir (krank dereceleri), ancak sözde büyük patlama ateşleme siparişlerinden kaynaklananlar da dahil olmak üzere başka aralıklar da mümkündür . Düzensiz ateşleme, yüzeysel olarak 270-450 (90° V-Twin), 180-540 (180° düz ikiz) ve 90-630 (" twingled " V ) kombinasyonu olan bu konfigürasyonun ayırt edici sesinin nedenidir. -İkiz) aralıklar, baskın aralık algısal olarak 270° olan aralıktır.

90°'lik atış ayrımı, çapraz düzlem krankını iki zamanlı düz dörtlü için doğal bir seçim haline getirecek ve artan sallanma titreşimleri bir krank hızı denge mili ile karşılandığında hem eşit aralıklı ateşleme hem de daha az ikincil titreşim avantajlarını sağlayacaktır.

Düz ikiz kranklar

Düz-ikiz motosiklet motorları (aka "paralel-ikiz" ve "dikey ikiz") tarihsel olarak ikisi de "çapraz düzlem" olmayan iki tipte gelir: pistonları birlikte hareket eden 360 ° krank veya pistonlarıyla 180 ° krank zıt fazda hareket eder.

İle başlayan Edward Turner 'ın Triumph Speed Twin , en klasik İngiliz 4 zamanlı roadster (vb Triumph, BSA, Norton, Royal Enfield,) 360 ° krank kullanılan; ancak 1960'larda Honda , 450cc "Black Bomber" ve CB500T gibi OHC 4 zamanlı paralel ikizleri için 180° kranklarını benimsedi. Küçük bir deplasmanlı bisiklette, sallanan çift, denge şaftı olmadan kabul edilebilirdi, özellikle de benzer şekilde bir denge şaftı olmayan benzer boyutta 360° ikiz ile karşılaştırıldığında. 400cc Dream/Hawk CB250/400T, 4 silindirli CB400F'nin yerini aldı ve daha düzgün bir yakınlaşma elde etmek için, bir denge şaftlı 360° ikizi vardı - 360° krankın eşit ateşlemesi, düzensiz 180° kranktan belirgin şekilde daha yumuşaktı.

1995'te Yamaha, TRX850'ye ve 1996'da TDM850 MK2'ye 270° krank mili taktı ve ayrıca sonuçta ortaya çıkan serbest kuvvetler ve sallanan çiftler kombinasyonuna karşı koymak için bir denge mili taktı . 270° krank, 360° kranktan (ancak 180° kranktan çok daha büyük) daha küçük serbest kuvvetlere ve 180° kranktan daha küçük sallanan çiftlere (360° krankta böyle bir çift yoktur) sahiptir. Ateşleme 90° V-Twin kadar düzensizken, 270° krank 180° kadar düzensiz değildi. 270° konfigürasyon başarılı bir uzlaşmayı temsil eder ve Honda'nın NC700 ve 2016 Africa Twin , Hinckley Triumph'un Scrambler ve Thunderbird kruvazörü, Yamaha'nın MT-07 / FZ-07 ve bir dizi diğerleri için benimsenmiştir .

Bazı özelleştirme mühendisleri, İngiliz ve Yamaha XS 650 paralel ikiz motosikletleri , stok 360° dikey-ikizlerden kaynaklanan titreşimi azaltmada başarı ile çapraz düzlem krank millerine yakın (diğer bir deyişle ofset krank mili veya yeniden fazlı krank mili ) 277° motor olacak şekilde değiştirdiler . Bu tür modifiye motorlara ek dengeleme sistemleri verilmemiştir, ancak pistonlar asla aynı anda sabit olmadığı için daha hafif volanlara sahip olabilirler, bu nedenle dönme momentumunun telafi etmek için çok fazla depolanması gerekmez, sadece pistonlar arasında doğrudan aktarılır (aracılığıyla). krank mili). Bu görünüşte Phil Irving'in daha önceki çalışmalarından esinlenmiştir .

Bu, Yamaha'nın çapraz düzlemli dört silindirli motorlarındakine benzer bir ilkedir; burada fazladan iki silindir, stroklarının üst ve alt yarısındaki piston hareketinin simetrik olmamasını hesaba katar ve bu, değişikliklerin neden olduğu atalet torkunun daha fazla en aza indirilmesiyle sonuçlanır. dönme momentumu.

Açık 2-zamanlı paralel çift motor, 180 ° krank yapılandırma neredeyse evrensel her dönüşünde iki güç vuruş vererek, kabul edilmiştir. Örnekler, 598cc Scott Squirrel veya 498cc Suzuki T500 gibi oldukça büyük kapasiteli bisikletleri içerir . 360 ° krank milleri ile iki istisna, Yankee ve Jawa 350'nin askeri versiyonudur .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar