크로스플레인

Crossplane

크로스플레인 또는 크로스플레인은 크랭크샤프트 던지기 사이에 90° 각도(크랭크 회전 위상)를 갖는 피스톤 엔진에 대한 크랭크축 설계다.[1] 크로스플레인 크랭크축은 V8 로드카에서[citation needed] 가장 많이 사용되는 구성이다.

이미 언급된 V8 이외에도, 그러한 90° 피스톤 단계를 사용하는 다른 구성의 예로는 직진 2, 직진 4, V2 및 V4 엔진이 있다.

교차 평면 크랭크축은 다른 많은 실린더 구성과 함께 사용할 수 있지만, 아래에 설명된 장점과 단점은 이들 구성의 일부 또는 전체에 적용되지 않을 수 있으므로 반드시 사례별로 고려되어야 한다.

크랭크 던지기 사이의 90도 각도를 보여주는 단면 크랭크축의 3D 모델.

크로스플레인 V8 크랭크축

포드 V8 크랭크축

디자인

90° V8 엔진의 가장 일반적인 크로스플레인 크랭크축에는 4개의 크랭크핀이 있으며, 각 크랭크핀은 인접한 크랭크핀으로부터 90°의 오프셋으로 반대쪽 뱅크의 2개의 실린더에 공급된다. 크랭크축 핀 4개 중 첫 번째와 마지막은 두 번째와 세 번째와 마찬가지로 서로 180°에 있고, 각 쌍은 서로 90°에 있으므로 크랭크축이 끝에서 볼 때 십자 모양이 된다.

따라서 크랭크핀은 90°에서 교차하는 두 개의 평면에 있으므로, 크로스플레인이라는 이름이 붙는다. 크로스플레인 V8 크랭크축은 8번의 투척 설계의 경우 최대 9개의 메인 베어링을 가질 수 있으며, 보통 공유 크랭크 핀으로 각각 4번의 투구를 지원하는 5개의 베어링을 가지고 있다.

크로스플레인 디자인은 1915년에 처음 제안되었고, 캐딜락과 피어리스에 의해 개발되었는데, 둘 다 크로스플레인 디자인을 도입하기 전에 평면 V8s를 생산했다. 캐딜락은 1923년에 최초의 크로스플레인을 도입했으며, 1924년에 이어 피어리스가 첫 크로스플레인을 도입했다.

균형과 부드러움

크로스플레인 V8은 평면 설계로 가능한 한 부드러운 엔진을 생산하기 위해 개발되었다. 피스톤 4개가 양쪽 뱅크에서 동일한 평면에서 정지하고 함께 시작되기 때문에 평면 설계에 내재된 2차 힘이 쌓이면서 대형 변위 엔진에서 눈에 띄게 된다. 크로스플레인 엔진의 각 뱅크에는 2차 자유력을 완전히 취소하는 4개의 뚜렷한 피스톤 단계가 있으며, 제조 중 부품 질량의 변화에 따른 미세한 진동만 발생한다.

단, 엔드 크랭크와 중간 크랭킹 던지기 180°의 처리는 일차(크랭크 속도) 흔들림 커플을 낳는데, 이 커플은 90° V의 경우 V-Twin과 마찬가지로 크랭크축에 적절한 가중치를 부여하여 대응할 수 있다.[2] 다른 V-angle은 일반적으로 상황을 부드럽게 유지하기 위해 밸런서 샤프트를 필요로 한다.

각 크랭크샤프트에서 무거운 역기 때문에, 대부분의 크로스플레인 V8은 크랭크샤프트가 매우 무겁다. 즉, 평면보다 일반적으로 자유 회전하지 않는다는 뜻이다. 초기 크라이슬러 헤미 V8은 무거운 역추력을 가지고 있었지만, 중앙 메인 베어링 양쪽에 있는 중간 두 위치(5 본선의 세 번째 위치)는 역추력을 가지고 있지 않았다. 이러한 위치는 엔진의 중심 가까이에 위치하기 때문에 흔들림 움직임에 대응하는 데 덜 기여한다. 따라서 동일한 밸런싱 효과를 위해 더 적은 추가 질량을 필요로 하는 외부 밸런스 웨이트(예: 크랭크 노즈 풀리)를 사용한다.

불행하게도 각 뱅크에서(아래 참조) 90° 피스톤 페이즈 자체뿐만 아니라 고르지 않은 발화는 크랭크축의 비틀림 원인이 된다. 이는 크로스플레인 V8이 질량 댐퍼를 장착한 이유(일반적으로 크랭크축의 자유 단부) 때문이다. 코벤트리 클라이맥스는 충분히 짧은 스트로크 평면 엔진이 높은 rpm에서 더 부드럽고 더 강력하다는 것을 발견했는데, 둘 다 부분적으로 이러한 비틀림 진동의 상대적 부재로 인한 것일 가능성이 있다는 것을 발견했고, Mk와 함께 이 설계로 전환했다.1963년 FWMV. BRM은 거의 동시에 같은 스위치를 만들었고, 이것은 1964년형 P261 F1 자동차로 넘어갔다.

발사 간격

4 스트로크 크로스플레인 V8 엔진은 각 실린더 뱅크 내에서 90도의 점화 간격이 균일하지 않은 점화 패턴을 가진다.

좌·우측 뱅크의 발화 순서는 일반적으로 LRLRLRRR 또는 RLRLRLL이며, 각 'L' 또는 'R' 점화 스위치는 8개의 점화 시 총 720°의 크랭크 회전으로 분리된다. 각 'L' 또는 'R'(4 x 90° = 360°)의 오른쪽에 4자를 세는 것으로 볼 수 있듯이 360° 상차에서 발사(그리고 따라서 배기)하는 실린더는 교차면 V8의 반대편 뱅크에 위치한다.

각 뱅크의 실제 간격은 180-90-180-270도이며 엔진에 따라 다양한 순서가 있으며, 보통 각 뱅크의 순서는 동일하지 않다. 정확한 조합은 크랭크축 "손길"과 회전 방향 및 360° 쌍 중 어느 쌍이 순서에 따라 먼저 점화되는가에 따라 달라진다.

개별 배기 스택이 있는 1963 BRM P578.
이것은 포드 GT40의 크로스오버 배기구를 현대적이고 덜 뱀처럼 덜 익은 스트리트 버전이다.

소리

크로스플레인 V8의 특징적인 "버블"은 배기 매니폴드 설계에서 유래하며, 일반적으로 4개의 실린더의 각 뱅크에 있는 4개의 배기 포트를 모두 하나의 출구로 병합하여 편의를 도모한다. 이는 위에서 간략하게 설명한 패턴을 강조하여, 때로는 "감자-감자"라고 표현하기도 하며, 교대로 순차적으로 이어지는 간격과 더 긴 간격을 모방한다.

엔진과 배기 구성의 특정 발화 순서는 매니아에게 눈에 띄거나 보이지 않을 수 있는 미묘한 변화를 초래할 수 있다.

다른 소음은 배기 펄스를 주의 깊게 그룹화하면 가능하지만 포장(공간) 요건은 일반적으로 도로 주행 기계에서 이를 실현하지 못하게 한다.

Tri-Y 배기 시스템 장착 NASCAR V8 엔진

튜닝

심지어 발화 쌍도 반대편 뱅크에서 폐기되므로 이 쌍을 병합하고 균일한 청소 작업을 수행하려면 길이가 같은 길이의 긴 배기 파이프가 필요하다는 점을 상기하십시오.[3]

크로스플레인 V8의 튜닝된 배기 장치의 초기 예 중 하나는 1.5L Coventry Climclime FWMV Mk에 장착된 것과 같다.나와 Mk.그러나, 1960년대 초의 II 엔진은 엔진 자체를 정비하는 데 방해가 되는 것으로 알려져 있다.

많은 레이싱 크로스플레인 V8 엔진([4]Ford 4.2L DOHC V8 for Indy Racing)은 이러한 배기 파이프 길이를 단축하고 패키징 문제를 야기하지 않고 병합이 용이하도록 V 각도의 내부에 배기 포트를 가지고 있었다. 포드 GT40은 "뱀의 번들"이라는 별명을 가진 긴 배기 파이프를 정교하게 배열하여 생산 기반 V8에 대한 개념을 유명하게 만들었다. 이러한 시스템은 평면 V8과 유사하게 각 가지에서 수집된 180° 간격을 참조하는 "180도 헤더"라고도 불린다.

이에 앞서, 상기와 같이 합치의 양성 추출 효과로부터 이익을 얻지 못하는 비용으로, 균일하지 않은 배기 펄스 간섭이 청소 작업에 미치는 부정적인 영향을 피하기 위해 직선적인 개별 "스택 파이프" 또는 "확대 파이프"를 사용하기도 했다(예[5]: BRM). 이후에도 여러 차례 실적 적자가 받아들여져 은행별 일반 4인 1제를 편의를 위해 채용했다. 일부 간격은 성능 지향적인 4-into-2-into-1 또는 "Tri-Y" 배기 장치(예: NASCAR 및 V8 Supercar)로 보충할 수 있다.[6]

인라인 4단면 크랭크축

이 도면에서 크랭크 투척 방향은 평면의 하향식 방향과 대조적으로 왼쪽 위-오른쪽 아래 방향이다.

V8과 달리 인라인 4 엔진의 크로스플레인 배열은 균일하게 분산된 발화 패턴을 초래하므로 사용량이 극히 높은 엔진에 국한되는 경향이 있다. 그런 엔진에서는 2차 불균형이 적다는 장점이 불규칙한 발사 간격 단점을 능가한다. 이 설계는 피스톤을 별도의 뱅크에서 서로 90°로 처리하지 않고 왕복 질량과 회전 질량의 평면 불균형으로 인해 발생하는 흔들림 진동 단점에 대응하기 위한 밸런스축이 필요하다. 자세한 내용은 엔진 밸런스 문서를 참조하십시오.

2009+야마하 YZF-R1

2009년형 야마하 YZF-R1 이륜자동차는 위에서 설명한 고유 흔들림 진동(주요 흔들림 커플)에 대항하기 위해 크랭크 속도 밸런스 샤프트를 채용한 크로스플레인 크랭크축을 사용한다.

이는 야마하의 M1 MotoGP 레이싱 모델에서 영감을 받았으며, 이 모델들은 엔진들이 보는 극도의 높은 rpm 작동에서 관성적 토크 이점이 크기 때문에 현재까지 크로스플레인 크랭크를 계속 사용하고 있다. 야마하는 금속 단조 기술의 발전이 이것을 실용적인 생산 스포츠 바이크로 만들었다고 주장한다.[7]

URS 엔진

1968년부터 민간 URS 레이싱팀이 모터사이클과 사이드카 레이싱에서 상대적인 성공에 익숙했던 이른바 Fath-Kuhn 직선 4엔진도 크로스플레인형이었다. 그것은 일반적으로 V8이나 위의 야마하에서 사용되는 것과 다른 구성이었다. 투구 중 두 개가 서로 교환되고 있었다. 즉, 투구는 0, 90, 180, 270도의 절대 각도와 비교하여 0, 90, 270도의 절대 각도로 설명될 수 있다. 이것은 1차 흔들의 커플을 약간 감소시키지만, 훨씬 더 낮은 크기의 상위 커플들을 소개한다.

다른 레이아웃은 주로 피스톤이 가속되어 90° 간격으로 크랭크 던에 내재된 관성 토션(Start-Stop motion)의 충격을 줄이기 위해 선택되었다. 이 엔진은 엔진 속도의 사각형에 대해 높은 회전력과 관성력 스케일로 의도되었다. 비틀림 감소는 크랭크를 각각의 중간점에서 카운터축을 통해 두 개의 개별 부품으로 나누고, 이 부품에서 변속 장치로 동력을 전달함으로써 달성되었다.[8]

야마하가 크로스플레인 크랭크가 로드 바이크에서 작동할 수 있는 이유로 크랭크 단조 개선을 인용한 것은 크랭크 내 관성 비틀기 때문일 가능성이 높다. 각 투구는 이미 90°만큼 오프셋된 두 개의 피스톤에 의해 공유되기 때문에 V8에서는 문제가 덜 된다.

발사 간격

4행정 4기통 엔진에 사용되는 크로스플레인 크랭크축은 그러한 엔진에서 점화 이벤트의 자연적인 분리가 (720°/4 =) 180°이기 때문에 고르지 않은 발화를 초래한다(180° 평면 크랭크 인기를 강조함). 크로스플레인 R1과 URS 엔진의 발화 간격(점화 이벤트 간 공간)은 90-180-270-180(크랭크도)이지만, 이른바 빅뱅 발화 명령으로 인한 간격을 포함해 다른 구간이 가능하다. 고르지 못한 발화는 이 구성의 독특한 소리의 원인이 되는데, 표면적으로는 270~450(90° V-Twin), 180-540(직선 트윈) 및 90-630("회전" V-Twin) 간격을 조합한 것이며, 이는 지각적으로 270°가 지배적인 간격이다.

90° 던지기 분리는 크로스플레인 크랭크를 2 스트로크 직선 4에 자연스러운 선택으로 만들며, 크랭킹 속도 밸런스축으로 증가된 흔들림 진동을 상쇄할 때 균등하게 간격을 두고 발사와 2차 진동이 감소한다는 장점을 모두 제공한다.

스트레이트-트윈 크랭크

역사적으로 스트레이트-트윈 오토바이 엔진("병렬-트윈"과 "수직형 트윈")은 두 종류로 나뉘었는데, 둘 다 "크로스 평면: 피스톤이 나란히 움직이는 360° 크랭크 또는 피스톤이 반대 방향으로 움직이는 180° 크랭크가 아니었다.

에드워드 터너의 트라이엄스 스피드 트윈을 시작으로, 대부분의 영국의 고전적인 4행정 로드스터(트리엄프, BSA, 노튼, 로얄 엔필드 등)가 360도 크랭크를 사용했지만, 1960년대에 혼다는 450cc의 "블랙 폭격기"와 CB500T와 같은 OHC 4행정 쌍둥이에 180도 크랭크를 채택했다. 작은 변위 자전거에서, 흔들의 커플은 밸런스축 없이, 특히 밸런스축이 없는 비슷한 크기의 360° 트윈과 비교했을 때, 허용되었다. 400cc Dream/Hawk CB250/400T는 4기통 CB400F를 대체했으며, 보다 부드럽게 주행하기 위해 360° 트윈과 밸런스축 - 균일하지 않은 180° 크랭크보다 눈에 띄게 부드러운 360° 크랭크를 발사했다.[citation needed]

1995년에 야마하는 TRX850에 270° 크랭크축을 장착했고 1996년에는 TDM850 MK2에 밸런스축과 더불어 자유력과 흔드는 커플의 결합에 대항했다. 270° 크랭크는 360° 크랭크보다 작은 자유력(180° 크랭크보다 훨씬 큰 힘)을 가지며, 180° 크랭크보다 작은 흔들의 커플(360° 크랭크에는 그러한 커플이 없다. 발사가 90° V-Twin만큼 고르지 못한 반면 270° 크랭크는 180°만큼 고르지 않았다. 270° 구성은 성공적인 타협을 의미하며, 혼다의 NC700과 2016년 아프리카 트윈, 힌클리 트라이엄의 스크램블러와 썬더버드 순양함, 야마하의 MT-07/FZ-07 등 다수의 용도에 채택되었다.

일부 커스터마이징 엔지니어는 360° 수직 트위인 재고에서 발생하는 진동을 줄이는 데 성공하여 영국식 및 야마하 XS 650 병렬 트윈 오토바이를 크로스 플레인 크랭크축(오프셋 크랭크샤프트 또는 리파싱 크랭크샤프트라고 함)에 가까운 277° 엔진으로 개조했다.[9] 이러한 개조된 엔진은 추가적인 밸런싱 시스템이 제공되지는 않았지만 피스톤이 동시에 정지해 있지 않기 때문에 더 가벼운 플라이휠을 가질 수 있으므로, 회전 운동량을 보정하기 위해 많은 양을 저장할 필요가 없으며, 피스톤 간에 직접 (크랭크축을 통해) 전달된다. 이것은 필 어빙의 초기 작품에서 영감을 받은 것으로 보인다.

이는 야마하의 단면 4기통 엔진에서와 유사한 원리로, 여분의 2기통 실린더가 스트로크의 상·하반부에서 피스톤 운동의 비대칭성을 설명하여 회전운동량 변화에 의한 관성토크의 최소화를 더 크게 한다.[10]

2행정 병렬-트윈 엔진에서는 180° 크랭크 구성이 거의 보편적으로 채택되어 각 회전마다 두 번의 파워 스트로크를 부여했다. 예를 들어 598cc 스콧 다람쥐 또는 498cc 스즈키 T500과 같은 상당히 큰 용량의 자전거가 있다.[11] 360° 크랭크축의 두 가지 예외는 양키와 자와 350의 군사판이다.

참고 항목

참조

  1. ^ 크랭크축에서 "크랭크 던지기"를 참조하십시오.
  2. ^ 쌍둥이 엔진의 흔들림 힘, 어떻게 90°V 엔진의 균형을 간단히 맞출 수 있는가.
  3. ^ 엔진 밸런스 "*Fluid - *Torque Balance"를 참조하십시오.
  4. ^ "Making exhaust headers for Ford Quad Cammer Indy engine". Retrieved 2013-11-10.
  5. ^ '모토리 포르노': '스택파이프' BRM V8…, BRM의 P56 1.5L F1 V8 엔진의 발생과 진화에 관한 기사.
  6. ^ 배기 시스템 기술, 크로스플레인 V8을 포함한 다양한 성능 배기 설계 고려사항 설명.
  7. ^ "2009 YZF-R1". Archived from the original on 2009-04-25. Retrieved 2009-04-22.
  8. ^ Entwicklungsgeschichte des URS-Renmotor, 독일어 기사, URS 엔진의 발전 역사에 관한.
  9. ^ "Rephased xs650 chopper". XS650Chopper. Retrieved December 17, 2016.
  10. ^ Inc., Jack Kane; EPI. "Piston Motion: The Obvious and not-so-Obvious, by EPI, Inc". www.epi-eng.com. Retrieved 19 April 2018.
  11. ^ 홀콤, 행크 (1964년 10월) 주트너, 월터 R, 에드 "Inside Today's Outboard" 모터보팅. 뉴욕, 뉴욕, 미국: 허스트 114 (4): 34–35. ISSN 1531-2623. 2013-05-18년 검색됨

외부 링크