Войти
Перекрестная плоскость или перекрестная плоскость - это конструкция коленчатого вала для поршневых двигателей с углом 90 ° (фаза вращения кривошипа) между ходами кривошипа. Коленчатый вал с поперечным сечением - самая популярная конфигурация, используемая в дорожных автомобилях V8.
Помимо уже упомянутого V8, другие примеры конфигураций, в которых используются такие фазы поршня под углом 90 °, включают двигатели прямой 2, прямой 4, V2 и V4..
Коленчатые валы с перекрестными плоскостями могут быть использованы с очень многими другими конфигурациями цилиндров, но преимущества и недостатки, описанные ниже, могут не относиться ни к одному из них или ко всем из них и должны рассматриваться в каждом конкретном случае.
3D-модель коленчатого вала в поперечной плоскости, демонстрирующая угол 90 градусов между ходами кривошипа. 
Коленчатый вал Ford V8 Самый распространенный коленчатый вал с перекрестной плоскостью для 90 ° Двигатель V8 имеет четыре кривошипа, каждый из которых обслуживает два цилиндра на противоположных берегах, смещенных на 90 ° по отношению к соседним шейкам кривошипа. Первый и последний из четырех шатунных штифтов расположены под углом 180 ° друг к другу, как и второй и третий, при этом каждая пара под углом 90 ° относительно другой, так что если смотреть с конца, коленчатый вал образует крест.
Таким образом, шатуны в двух плоскостях пересекаются под углом 90 °, отсюда и название crossplane. Коленчатый вал V8 с перекрестной плоскостью может иметь до девяти коренных подшипников в случае восьмиходовой конструкции и обычно имеет пять подшипников, поддерживающих четыре прохода каждый с общим шатунным пальцем.
Конструкция кросс-плоскости была впервые предложена в 1915 году и разработана Cadillac и Peerless, оба из которых производили плоские V8 перед тем, как представить кросс-самолет. дизайн. Cadillac представил первый кросс-самолет в 1923 году, а Peerless последовал за ним в 1924 году.
Вся мотивация при разработке кросс-самолета V8 заключалась в том, чтобы улучшить ощущение шума от дизайна самолета. Поскольку четыре поршня останавливаются и запускаются вместе в одной плоскости в обоих берегах, силы второго порядка, присущие плоской конструкции, складываются и становятся заметными в двигателях с большим рабочим объемом. Каждый блок кросс-плоскостного двигателя имеет четыре отдельные фазы поршня, которые полностью нейтрализуют свободные силы второго порядка, поэтому вибрации такого рода нет, за исключением изменений в возвратно-поступательном движении веса из-за методов производства.
Однако расположение конца и среднего хода кривошипа на 180 ° действительно приводит к первичной (скорости кривошипа) качающейся паре, которой, к счастью, в случае с V-образным вырезом 90 ° можно легко противодействовать, утяжелив коленчатый вал соответствующим образом. как V-Twin. Для других углов V обычно требуется балансирный вал, чтобы все было гладко.
Из-за тяжелых противовесов на каждом ходу кривошипа большинство кросс-плоских V8 имеют очень тяжелые коленчатые валы, что означает, что они не так свободно вращаются в целом, как их плоские аналоги. Ранние Chrysler Hemi V8 имели тяжелые противовесы, но две средние позиции по обе стороны от центрального коренного подшипника (третья из пяти основных) не имели противовеса. Поскольку эти положения расположены близко к центру двигателя, они вносят меньший вклад в противодействие любым раскачивающим движениям - отсюда использование внешних балансировочных грузов (например, в шкиве передней части кривошипа), что требует меньшей дополнительной массы для того же эффекта балансировки.
К сожалению, неравномерное срабатывание в каждом ряду (см. Ниже), а также сами фазы 90 ° поршня действительно способствуют скручиванию коленчатого вала, которое может быть заметным - именно по этой причине кросс-плоскость V8 имеет настроенные демпферы массы, установленные на них, опять же, обычно на свободном конце коленчатого вала. Coventry Climax обнаружил, что достаточно короткоходный плоский двигатель был более плавным и более мощным при более высоких оборотах, вероятно, частично из-за относительного отсутствия этих крутильных колебаний, и переключился на эту конструкцию с их Mk.III FWMV в 1963 году. BRM сделала такой же переход примерно в то же время, и это было перенесено в их автомобиль 1964 P261 F1.
Четырехтактные двигатели V8 с перекрестной плоскостью имеют интервалы зажигания даже на 90 градусов, но неравномерно распределенные схемы зажигания в каждом ряду цилиндров .
Порядок зажигания на L левом и правом берегах, как правило, LRLLRLRR или R LRRLRLL, причем каждое зажигание «L» или «R» отделено кривошипом на 90 °. вращение на 720 ° за восемь зажиганий. Как можно увидеть, посчитав четыре символа справа от каждого 'L' или 'R' (4 x 90 ° = 360 °), цилиндры, которые запускают (и, следовательно, выпускают) при разности фаз в 360 °, находятся в противоположных рядах в крестовина V8.
Фактические интервалы в каждом ряду составляют 180-90-180-270 градусов коленвала в различном порядке в зависимости от двигателя и обычно не в одном и том же порядке в каждом ряду. Точные комбинации зависят от «управляемости» коленчатого вала, направления вращения и того, какая из пар на 360 ° зажигается первой по порядку.
1963 BRM P578 с отдельными выхлопными трубами. 
Это современная, менее извилистая уличная версия выхлопной трубы кроссовера на Ford GT40. Характерный «гул» кросс-плейна V8 основан на конструкции выпускного коллектора , которая для удобства обычно объединяет все четыре выпускных отверстия на каждом ряду из четырех цилиндров в один выход. Это подчеркивает узор, описанный выше, иногда описываемый как «картофель-картофель», имитируя чередующийся последовательный интервал и более длинный промежуток.
Конкретный порядок включения двигателя и конфигурация выхлопа могут привести к незначительным изменениям, которые могут быть или не быть заметными для энтузиастов.
Другие звуки возможны при тщательном группировании импульсов выхлопа, но требования к упаковке (пространству) обычно делают это невозможным для дорожных машин.
Двигатель NASCAR V8 с выхлопом Tri-Y Напомним, что даже пусковые пары расположены на противоположных берегах, поэтому для слияния требуются длинные выхлопные трубы одинаковой длины эти пары и обеспечивают равномерную продувку.
Одним из первых примеров такого настроенного выхлопа для кроссового V8 был двигатель 1,5 л Coventry Climax FWMV Mk.I и Mk.II двигатели в начале 1960-х годов - однако было известно, что они мешали обслуживать сам двигатель.
Многие гоночные двигатели V8 с кросспланами (например, Ford 4.2L DOHC V8 для Indy Racing) имели выхлопные отверстия на внутренней стороне V-образного угла, чтобы эти выхлопные трубы были короче, а слияние было легче осуществить без проблем с упаковкой. Ford GT40 прославил концепцию серийных двигателей V8 за счет продуманного расположения длинных выхлопных труб, получивших прозвище «Связка змей». Такие системы также иногда называют «180-градусными заголовками», ссылаясь на 180-градусные интервалы, собранные в каждой ветви, аналогично плоскому V8.
До этого иногда использовались прямые отдельные «дымовые трубы» или «трансфокаторы» (например, BRM), чтобы избежать негативного воздействия неравномерных помех выхлопных импульсов на продувку за счет отсутствия выгоды от положительный эффект экстракции от слияния, как указано выше. Даже впоследствии во многих случаях дефицит производительности признавался, и для удобства использовались обычные системы 4-в-1 на банк. Некоторый разрыв можно восполнить с помощью выхлопных труб 4-в-2-в-1, ориентированных на производительность, или "Tri-Y", например те, которые используются в суперкарах NASCAR и V8.
Ориентация кривошипа на этом чертеже вверх-влево-вправо-вниз в отличие от плоской плоскости вверх-вниз- вниз-вверх В отличие от V8, перекрестная компоновка в четырехрядных двигателях приводит к неравномерно распределенному режиму зажигания, поэтому использование, как правило, ограничивается двигателями с очень высокими оборотами. В таких двигателях преимущество меньшего вторичного дисбаланса перевешивает недостаток неравномерного интервала зажигания. Эта конструкция, не имеющая поршней, расположенных под углом 90 ° друг к другу в отдельных рядах, требует уравновешивающего вала для противодействия недостаткам вибрации качания, возникающим из-за плоского дисбаланса возвратно-поступательной массы и вращающейся массы. Подробности см. В статье баланс двигателя.
Мотоцикл Yamaha YZF-R1 2009 года выпуска использует коленчатый вал с крестообразным шлицем, в котором используется балансирный вал частоты вращения коленчатого вала для противодействия присущей качательной вибрации ( первичная качающаяся пара), описанная выше.
Это было вдохновлено гоночными моделями Yamaha M1 MotoGP, в которых до сих пор используются кросс-шатуны из-за их значительного преимущества по инерционному крутящему моменту при работе этих двигателей на очень высоких оборотах. Yamaha утверждает, что достижения в области технологий ковки металла сделали этот спортивный мотоцикл практичным.
Так называемый четырехцилиндровый двигатель Fath -Kuhn, используемый для Успех в гонках на мотоциклах и мотоциклах с коляской с 1968 года, достигнутый частной гоночной командой URS, также был кросспланом. Это была конфигурация, отличная от той, которая обычно использовалась в V8 или даже в вышеупомянутой Yamaha, с двумя из бросков, которые менялись местами - то есть броски можно описать как идущие под абсолютными углами 0, 90, 180 и 270 градусов по сравнению с более обычными 0, 90, 270, 180. Это приводит к немного уменьшенному первичному колебанию пары, но вводит пары более высокого порядка гораздо меньшей величины.
Другая компоновка была выбрана в первую очередь для уменьшения воздействия инерционного скручивания, присущего ходу кривошипа, разнесенному на 90 °, из-за ускорения поршней (старт-стоп), учитывая, что этот двигатель должен был работать с высокими оборотами. и инерционные силы масштабируются как квадрат скорости двигателя. Уменьшение кручения было достигнуто путем разделения кривошипа на две отдельные части, соединенные вместе, от их соответствующих средних точек через контрвал, от которого мощность передавалась на коробку передач.
Вероятно, это инерционное кручение внутри кривошипа является причиной того, что Yamaha ссылается на улучшение ковки кривошипа как на причину, по которой кривошип с поперечной плоскостью является жизнеспособным в дорожном велосипеде. В V8 это меньше проблем, потому что каждый ход делится на два поршня, уже смещенных на 90 °.
Коленчатые валы Crossplane, используемые в четырехтактном четырехцилиндровом двигателе, приводят к неравномерному зажиганию, поскольку естественное разделение событий зажигания составляет (720 ° / 4 =) 180 ° такой двигатель (отсюда популярность кривошипа с плоскостопием 180 °). Интервалы зажигания (интервал между событиями зажигания) для двигателей crossplane R1 и URS составляют 90-180-270-180 (градусы поворота коленчатого вала), но возможны и другие интервалы, в том числе из-за так называемых порядков зажигания большого взрыва.. Неравномерная стрельба является причиной характерного звука этой конфигурации, которая внешне представляет собой комбинацию 270-450 (90 ° V-Twin), 180-540 (180 ° прямой двухцилиндровый двигатель) и 90-630 ("скрученные "V-образные близнецы) интервалы, доминирующим интервалом для восприятия является 270 °.
Разделение хода на 90 ° сделало бы кривошип с поперечной плоскостью естественным выбором для двухтактного прямого четырехтактного двигателя, обеспечивая преимущества как равномерно распределенного срабатывания, так и меньшей вторичной вибрации, когда повышенным колебаниям качания противодействует Уравновешивающий вал коленчатого вала.
Прямо-сдвоенные мотоциклетные двигатели (также известные как «параллельно-сдвоенные» и «вертикальные сдвоенные») исторически были двух типов, ни один из которых не был «поперечным»: 360 ° кривошипы с их поршнями, движущимися в тандеме, или кривошипы на 180 ° с их поршнями, движущимися в противоположной фазе.
Начиная с модели Эдварда Тернера Triumph Speed Twin, большинство классических английских 4-тактных родстеров (Triumph, BSA, Norton, Royal Enfield и т. Д.) Использовали модель 360 ° кривошипы; но в 1960-х годах Honda применила шатуны 180 ° для своих 4-тактных параллельных близнецов OHC, таких как 450cc "Black Bomber" и CB500T. На велосипеде с небольшим рабочим объемом пара качелей была приемлемой без уравновешивающего вала, особенно по сравнению с близнецом на 360 ° аналогичного размера, у которого также отсутствовал балансирный вал. 400-кубовый Dream / Hawk CB250 / 400T заменил 4-цилиндровый CB400F, и для обеспечения более плавного хода у него был сдвоенный 360 ° сдвоенный вал с балансирным валом - ровное срабатывание кривошипа на 360 ° заметно более плавное, чем у неровного 180 °.
В 1995 году Yamaha установила коленчатый вал 270 ° на свой TRX850, а в 1996 году на TDM850 MK2, а также на балансирный вал, чтобы противостоять результирующей комбинации свободных сил и раскачивания. пары. Кривошип 270 ° имеет меньшие свободные силы, чем кривошип 360 ° (но намного больше, чем кривошип 180 °), и меньшие пары качания, чем кривошип 180 ° (кривошип 360 ° не имеет такой пары). Хотя стрельба была такой же неравномерной, как у 90 ° V-Twin, кривошип на 270 ° не был таким же неравномерным, как у 180 °. Конфигурация 270 ° представляет собой удачный компромисс и была принята на модели Honda NC700 и 2016 Africa Twin, Scrambler Hinckley Triumph и круизеры Thunderbird., Yamaha MT-07 / FZ-07 и ряд других.
Некоторые инженеры по настройке модифицировали мотоциклы British и Yamaha XS 650, чтобы они стали двигателями под углом 277 °, близкими к коленчатым валам с поперечным смещением (также известным как коленчатый вал со смещением или измененный фазовый вал), с успехом в уменьшении вибрация со склада 360 ° вертикальные двойники. Таким модифицированным двигателям не были предоставлены дополнительные системы балансировки, но они могут иметь более легкие маховики, поскольку поршни никогда не бывают одновременно неподвижными, поэтому нет необходимости накапливать момент вращения для компенсации, он просто передается между поршнями напрямую (через коленчатый вал). Это, по-видимому, вдохновлено более ранней работой Фила Ирвинга.
. Это тот же принцип, что и в четырехцилиндровых двигателях Yamaha crossplane, где дополнительные два цилиндра обеспечивают несимметричность движения поршня в верхнем и нижнем половину их хода, что приводит к большей минимизации инерционного момента, вызванного изменениями момента вращения.
На двухтактных двухтактных двигателях конфигурация кривошипа 180 ° была почти повсеместно принята, давая два рабочих хода на каждый оборот. Примеры включают мотоциклы довольно большой вместимости, такие как 598cc Scott Squirrel или 498cc Suzuki T500. Двумя исключениями с коленчатыми валами на 360 ° являются Yankee и военная версия Jawa 350.
