Кіріспе

Кросплана немесе крест жазықтығы – поршеньді қозғалтқыштардағы кранкшафт конструкциясы, онда кранктардың арасында 90° бұрыш (кранк айналысының фазасы) болады. Кроспланалық коленвал V8 автомобильдерінде ең көп қолданылатын конфигурация болып табылады. Бұрын айтылған V8-ден басқа, мұндай 90° поршеньдік фазаларды пайдаланатын конфигурациялардың мысалдары: тік 2, тік 4, V2 және V4 қозғалтқыштар. Кроспланалық коленвалдарды көптеген басқа цилиндр конфигурацияларымен де қолдануға болады, бірақ төменде сипатталған артықшылықтары мен кемшіліктері олардың барлығына немесе кейбіреулеріне қатысты болмауы мүмкін, сондықтан әр жағдайды жеке қарастыру қажет.

Дизайн

90° V8 қозғалтқышы үшін ең көп таралған қиылысқан коленвал төрт коленбасқаға ие, әрқайсысы қарама-қарсы қатарлардағы екі цилиндрге қызмет етеді және көршілес коленбасқалардан 90° бұрышпен смещенген. Төрт коленбасқаның біріншісі мен соңғысы бір-біріне қатысты 180° бұрышта орналасқан, сондай-ақ екіншісі мен үшіншісі де, әрбір жұп 90° бұрышта, сондықтан соңынан қарағанда коленвал крест тәрізді болады. Сондықтан коленбасқалар 90° бұрышпен қиылысқан екі жазықтықта орналасқан, осыдан олардың аты – қиылысқан жазықтық. Қиылысқан V8 коленвалы сегіз шатун конструкциясында тоғыз негізгі подшипникке дейін ие болуы мүмкін, әдетте төрт шатунды қолдайтын бес подшипник болады, олардың әрқайсысы ортақ коленбасқаға ие. Қиылысқан дизайн алғаш рет 1915 жылы ұсынылды және Cadillac және Peerless компанияларымен әзірленді, екеуі де қиылысқан дизайнды енгізгенге дейін flatplane V8 қозғалтқыштарын өндірді. Cadillac алғашқы қиылысқан коленвалды 1923 жылы, ал Peerless 1924 жылы ұсынды.

Тең салмақтылық пен тегіс

Кроспланалық V8 қозғалтқышы, жазық конструкциямен салыстырғанда, тегіс жұмыс істейтін қозғалтқыш жасау үшін әзірленді. Екі қаптамадағы төрт поршень бірдей жазықтықта тоқтап, бірге іске қосылғандықтан, жазық конструкцияға тән екінші реттік күштер жиналып, үлкен көлемді қозғалтқыштарда байқалады. Кроспланалық қозғалтқыштың әрбір қаптамасындағы төрт түрлі поршень фазасы екінші реттік еркін күштерді толығымен жояды, тек өндіріс кезінде компоненттердің массасының өзгеруіне байланысты шағын дірілдерді қалдырады. Дегенмен, аяқ және орталық коленвал сақиналарының 180° бұрышпен орналасуы бастапқы (коленвал айналу жиілігіндегі) тербеліске әкеледі, бұл 90° V конфигурациясында коленвалды тиісінше салмақтап, V-тәріздес қозғалтқыштардағыдай теңгеруге болады. Басқа V бұрыштарында әдетте теңгерімдеу білігі қажет болады. Әрбір коленвал сақинасындағы ауыр қарсы салмақтардың болуына байланысты, көптеген кроспланалық V8 қозғалтқыштарында коленвал өте ауыр болады, сондықтан олар, жалпы алғанда, жазық конструкциялы әріптестерінен гөрі айналуға жақын емес. Алғашқы Chrysler Hemi V8 қозғалтқыштарында ауыр қарсы салмақтар болған, бірақ орталық бас тіреуінің екі жағындағы ортаңғы екі позицияда (5-тен 3-і) қарсы салмақ болмаған. Бұл позициялар қозғалтқыштың ортасына жақын орналасқандықтан, қандай да бір тербеліс қозғалыстарын теңгеруге аз үлес қосады, сондықтан бірдей теңгерім әсерін алу үшін сыртқы теңгерім салмақтарын қолдану қажет (мысалы, коленвалдың алдыңғы шкивінде), бұл үшін аз қосымша масса жеткілікті. Өкінішке орай, әрбір қаптамадағы біркелкі емес оттегілу (төменде қараңыз), сондай-ақ 90° поршень фазаларының өзі коленвалда бұрылуға себеп болады, ол байқалуы мүмкін. Осы себепті кроспланалық V8 қозғалтқыштарына, әдетте коленвалдың бос ұшына орнатылатын, массалық демпферлер орнатылады. Coventry Climax жеткілікті қысқа такті жазық конструкциялы қозғалтқыштың жоғары айналымдарда тегіс және қуатты екенін анықтады, бұл, мүмкін, осы торсиондық дірілдердің салыстырмалы түрде аз болуына байланысты болды, және 1963 жылы олар Mk. III FWMV моделінде осы конструкцияға көшті. BRM да шамамен сол уақытта осыған ұқсас өзгерістер жасады, және бұл өзгеріс олардың 1964 жылғы P261 F1 машинасына да көшті.

Ату аралықтары

Төрт тактілі қиылысқан V8 қозғалтқыштарында тұтану аралықтары 90 градусқа тең, бірақ әрбір цилиндр қанатындағы өртеу тізбегі біркелкі емес. Сол және оң қанаттардағы ату реті әдетте LRLLRLRR немесе RLRRLRLL болып келеді, мұнда әрбір "L" немесе "R" тұтануы 90 градусқа бұрылумен бөлінеді, жалпы сегіз тұтану үшін 720 градусқа жетеді. Әрбір "L" немесе "R" белгісінен оңға қарай төрт таңбаны санағанда (4 x 90° = 360°), 360 градус фазалық айырмашылықта от жағатын (демек, газ шығаратын) цилиндрлер қиылысқан V8 қозғалтқышында қарама-қарсы қанаттарда орналасқанын көруге болады. Әрбір қанаттағы нақты аралықтар 180, 90, 180, 270 коленвал градустарынан тұрады, бұл қозғалтқыш конструкциясына байланысты әртүрлі ретпен, бірақ әдетте әр қанатта бірдей емес. Нақты комбинациялар коленвалдың "қолдылығына", айналу бағытына және тұтану тізбегінде 360 градустық қай жұптар бірінші болып жағылатынына байланысты.

Дыбыс

V8 кросспланасының ерекше "құбылу" дыбысы шығарылатын газ коллекторының құрылысынан туындайды, ол әдетте төрт цилиндрдің әр қанатындағы төрт шығару тесігін бір шығысқа біріктіреді. Бұл жоғарыда сипатталған үлгіні күшейтеді, кейде "картоп-картоп" деп сипатталатын, бірыңғай екі аралық пен ұзақ үзілісті имитациялайды. Қозғалтқыштың нақты тұтандыру реті және шығарылатын газдың конфигурациясы энтузиастарға байқалар-байқалмауы мүмкін ұсақ өзгерістерге әкелуі мүмкін. Шығарылатын импульстарды мұқият топтастыру арқылы басқа да дыбыстарға қол жеткізуге болады, бірақ конструкциялық (орналасу) талаптары көбінесе жол машиналарында мұны іске асыру қиын.

Тюнинг

Естеріңізге сала кетейік, тіпті оттық жұптары қарама-қарсы жағалауларда орналасқан, сондықтан осы жұптарды біріктіру және біркелкі тазалау үшін бірдей ұзындықтағы эвакуациялық құбырлар қажет. Мұндай реттелген эвакуациялық жүйеге арналған ең алғашқы мысалдардың бірі 1960 жылдардың басында 1.5 литрлік Coventry Climax FWMV Mk. I және Mk. II қозғалтқыштарында қолданылды – алайда, олар қозғалтқышқа қызмет көрсетуге кедеріл келтіретіні белгілі болды. Көптеген жарыстық кросспланетті V8 қозғалтқыштары (мысалы, Indy жарыстарына арналған Ford 4.2L DOHC V8) эвакуациялық құбырлардың ұзындығын қысқарту және біріктіруді жеңілдету үшін V бұрышының ішкі жағында эвакуациялық порттарға ие болды, бұл орналасу мәселелерін тудырмады. Ford GT40 ұзын эвакуациялық құбырларының "Жылан шоғыры" деген лақап атымен белгілі күрделі орналасуымен өндірістік V8 қозғалтқыштарында осы концепцияны танымал етті. Мұндай жүйелерді кейде "180 градустық коллекторлар" деп те атайды, себебі әр тармақта жиналған аралық 180° шамасына тең, бұл жазық V8 қозғалтқыштарына ұқсас. Бұрын, жоғарыда айтылғандай, біріктірудің оңтайлы әсерінен айырылудың орнына, эвакуациялық импульстің теріс әсерінен аулақ болу үшін кейде тікелей жеке "түтіктер" немесе "зуммилер" қолданылды (мысалы, BRM). Содан кейін де көптеген жағдайларда өнімділіктің төмендеуі қабылданды және ыңғайлылық үшін әр жаққа 4-1 жүйесі қолданылды. Кейбір кемшіліктерді NASCAR және V8 Supercars-та қолданылатын 4x2x1 немесе "Tri Y" эвакуациялық жүйелерімен толықтыруға болады.

Төрт сызықты қиылыстырмалы краншафт

V8 қозғалтқышынан өзгеше, тізбекті төрт қозғалтқыштағы кросспланалық орналасу оттегінің тең емес таралуына себеп болады, сондықтан оның қолданылуы өте жоғары айналымды қозғалтқыштармен шектеледі. Мұндай қозғалтқыштарда екінші деңгейдегі тепе-теңдіктің артықшылығы, атылу аралығының нашарлығынан басым. Бұл конструкцияда поршеньдер бір-біріне 90 градус бұрышпен бөлек блоктарда орналаспағандықтан, поршеньнің қозғалысы мен айналатын массаның жазықтықтағы тепе-теңдігізсіздігінен туындайтын дірілді жою үшін теңгерімді білік қажет. Толық мәліметтер үшін қозғалтқышты теңгеру туралы мақаланы қараңыз.

2009+ Yamaha YZF-R1

2009 жылғы Yamaha YZF R1 мотоциклі жоғарыда сипатталған ілгері тербеліс (біріншілік шайқалу моменті) күшіне қарсы тұру үшін бұранда жылдамдығын теңдестіретін баланс білігін қолданады. Бұл идея Yamaha-ның M1 MotoGP жарыс модельдерінен алынған, олар осы күнге дейін кросспланалық коленвалдарды пайдаланады, себебі олардың жоғары айналымдардағы инерциялық моменттік күшінің айтарлықтай артықшылығы бар. Yamaha компаниясы металл құю технологияларындағы жетістіктердің арқасында мұны практикалық спорттық мотоциклге айналдыруға қол жеткізгенін мәлімдейді.

URS қозғалтқышы

1968 жылдан бастап жеке URS жарыс командасы мотоциклдер мен коляскалы мотоциклдерде белгілі бір табысқа жеткен Fath Kuhn тік төрт қозғалтқышы да кросспланалық типте болды. Бұл V8 қозғалтқыштарында немесе жоғарыда аталған Yamaha-да әдетте қолданылатын конфигурациядан өзгеше болды, екі кривошип иығы орны ауыстырылды, яғни кривошип иықтарын 0, 90, 180 және 270 градус абсолютті бұрыштарында сипаттауға болады, бұл әдеттегі 0, 90, 270, 180 градусқа қарағанда ерекше. Бұл біріншілік инерциялық күштерді сәл төмендетті, бірақ одан әлдеқайда кішкентай жоғары ретті күштерді тудырды. Осы ерекше конструкцияның негізгі себебі – 90 градусқа орналасқан кривошип иықтарынан туындайтын инерциялық бұрылудың әсерін азайту болды, себебі қозғалтқыш жоғары айналымдарға арналған және инерциялық күштер қозғалтқыш айналымдарының квадратына пропорционалды. Бұрылуды азайту үшін кривошип екі бөлек бөлікке бөлінді, олардың орталық нүктелерінен қарсы білік арқылы байланыстырылды, ал одан қуат беріліс қорабына берілді. Ұзын қозғалтқыштағы осы инерциялық бұрылу Yamaha компаниясының кривошиптің сапасын жақсартуын жол велосипедінде кросспланалық кривошиптің қолданылуына себеп болғаны мүмкін. V8 қозғалтқыштарында бұл мәселе туындамайды, өйткені әрбір кривошип иығы екі поршеньмен бөліседі, олар 90 градусқа ығысқан.

Ату аралықтары

Төрт тактілі, төрт цилиндрлі қозғалтқышта қолданылатын кросспланалық коленвалдар тең емес жануға себеп болады, себебі мұндай қозғалтқышта тұтану оқиғаларының табиғи аралығы (720°/4 =) 180° құрайды (сондықтан 180° жазық коленвалдың танымалдылығы). Ату аралықтары (тұтану оқиғалары арасындағы уақыт) R1 және URS қозғалтқыштары үшін 90 180 270 180 (коленвал градустары) шамасында, бірақ басқа аралықтар да мүмкін, соның ішінде «үлкен жарылыс» ату ретіне байланысты аралықтар да болуы мүмкін. Тең емес жану осы конфигурацияның ерекше дыбысының себебі болып табылады, ол сырттай 270 450 (90° V тәрізді қозғалтқыш), 180 540 (180° тік тәрізді қозғалтқыш) және 90 630 («бұралаған» V тәрізді қозғалтқыш) аралықтарының комбинациясынан тұрады, ал сезімдік тұрғыдан басым аралық 270° құрайды. 90° лақтыру аралығы екі тактілі тік төрт цилиндрлі қозғалтқыш үшін табиғи таңдау болып табылады, бұл тең аралықтағы жанудың және жоғары емес екіншілік дірілдің артықшылықтарын қамтамасыз етеді, ал дірілдің күшеюі коленвалдың жылдамдықты теңгертетін білігімен теңгеріледі.

Тікелей қос колентайлар

Тік егіз мотоцикл қозғалтқыштары (әдетте "параллельді егіз" және "тік егіз" деп аталады) тарихи түрде екі типке бөлінді, екеуі де "қарсы бұрылысты" емес: 360° коленвалдармен поршеньдері бірдей қозғалатын, немесе 180° коленвалдармен поршеньдері қарама-қарсы фазада қозғалатын. Эдвард Тернердің Triumph Speed Twin-нен бастап, көптеген классикалық ағылшын 4 тактілі роудстерлері (Triumph, BSA, Norton, Royal Enfield және т.б.) 360° коленвалдарды қолданды; бірақ 1960 жылдары Honda өзінің OHC 4 тактілі параллельді егіздері үшін 180° коленвалдарды қабылдады, мысалы 450cc "Black Bomber" және CB500T. Кішкентай көлемді мотоциклде, тепе-теңдік білігі болмаса, тербеліс жұбы қабылданатын болды, әсіресе теңгерім білігі жоқ ұқсас өлшемді 360° егізге қарағанда. 400cc Dream/Hawk CB250/400T 4 цилиндрлі CB400F-ты алмастырды, ал тегіс жұмыс істеуі үшін 360° коленвалмен және тепе-теңдік білігімен жабдықталды. 360° коленвалдың біркелкі жұмысы 180° коленвалға қарағанда айқын түрде тегіс болды. 1995 жылы Yamaha TRX850 және 1996 жылы TDM850 MK2 машиналарына 270° коленвалды, сондай-ақ пайда болатын еркін күштер мен тербеліс жұбына қарсы тұру үшін тепе-теңдік білігін орнатты. 270° коленвал 360° коленвалға қарағанда кішірек еркін күштерге ие (бірақ 180° коленвалға қарағанда әлдеқайда үлкен) және 180° коленвалға қарағанда кішірек тербеліс жұбына ие (360° коленвалда мұндай жұп жоқ). Отын қабылдау 90° V Twin сияқты біркелкі болмаса да, 270° коленвал 180° коленвал сияқты біркелкі емес еді. 270° конфигурациясы табысты компромисс болып табылады және Honda NC700 және 2016 Africa Twin, Hinckley Triumph Scrambler және Thunderbird круизері, Yamaha MT 07 / FZ 07 және басқа да көптеген модельдерде қолданылды. Кейбір инженерлер британдық және Yamaha XS 650 параллельді егіз мотоциклдерін 277° қозғалтқыштарға өзгертіп, қиылысқан коленвалдарды (немесе қайта фазаланған коленвалдарды) жасады, бұл 360° тік егіздердің қозғалысын азайтуға мүмкіндік берді. Мұндай өзгертілген қозғалтқыштарға қосымша теңгерімдеу жүйелері қосылмады, бірақ поршеньдер бір уақытта тоқтамайтындықтан, олар жеңіл инерциялық дөңгелектерге ие болуы мүмкін, сондықтан айналу импульсін өтеу үшін көп сақтаудың қажеті жоқ, ол тек поршеньдер арасында тікелей (коленвал арқылы) беріледі. Бұл Филь Ирвингтің бұрынғы жұмысына ұқсас. Бұл Yamaha-ның төрт цилиндрлі қозғалтқыштарындағы принципке ұқсас, онда қосымша екі цилиндр олардың соққыларының жоғарғы және төменгі жартысындағы поршень қозғалысының симметриясыз болуына себеп болады, нәтижесінде айналу импульсі өзгеруінен туындаған инерциялық момент азайтылады. Екі тактілі параллельді егіз қозғалтқыштарда 180° коленвал конфигурациясы әр айналымда екі қуаттық соққы беру арқылы кеңінен қабылданды. Мысалға, 598cc Scott Squirrel немесе 498cc Suzuki T500 сияқты үлкен көлемді мотоциклдерді келтіруге болады. 360° коленвалға ие екі ерекшелік – "Янки" және Jawa 350 әскери нұсқасы.