Crossplane Crankshaft:十字面曲軸 - 機車

Ethan avatar
By Ethan
at 2010-03-17T00:58

Table of Contents

原文:http://ppt.cc/w2GG
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作用:
十字面曲軸顧名思義就是每個曲軸銷(連桿大端與曲軸連接處)配置相隔90度,因此從

曲軸側面來看,會看到兩個垂直的平面,這就是十字面曲軸命名的由來。

這樣設計的目的就是為了將曲軸受到的慣性力矩減至最低。因為,騎士們催油門時感

受到的加速力道主要可以分成兩個部分。分別是燃油爆炸產生的力量即燃燒扭力,與引擎

內各移動、轉動物件(如活塞、連桿、曲軸)所造成的慣性力,這些慣性力就像是"雜訊"一

樣干擾著燃燒扭力,因而影響騎士對油門的掌握度。

就像在聽音樂時,我們絕對不會希望有任何中斷或掉拍,或是其他的外界干擾影響我

們聽音樂,換句話說,我們不會想要音樂裡有任何噪音。所以,我們使用十字面曲軸設計

,這樣就不會有任何的噪音干擾燃燒扭力,使輸出扭力幾乎等於引擎的燃燒扭力。我們就

得到了更佳的油門反應。

早先,十字面曲軸只用在競賽用車輛上。因為十字面曲軸的曲軸形狀複雜與曲軸銷和

其他曲軸零件需要較高的製造技術。而且還因為十字面曲軸需要用上不等間隔爆炸,讓扭

力輸出較不平穩,也使引擎產生的震動較大。這些因素都使這種不對稱的曲軸設計以前從

來都沒用在量產四缸跑車上。所以為了解決這些問題,新的R1曲軸造得都比前幾代還要強

壯。

主要與次要的慣性扭力:
首先,我們介紹甚麼叫做慣性力,當一個物體在加減速時( F=ma。可看出靜者恆靜,

動者恆動) ,表示他一定是受到某種力的作用。所以我們可以在分析物體運動時,可以使

用定在物體加速座標再加上假想力(即慣性力),便可以將動力問題簡化成靜力問題來分析

物體運動。所以當一個物體在向上加速時,可以想成有一個慣性力將他往下推。而引擎內

的慣性力可以分成主要慣性力與次要慣性力,接下來我們會將曲軸銷的平面圓周運動分成

兩個方向(垂直與平行行程)分別介紹。

主要慣性力
主要慣性力是由活塞銷因曲軸旋轉上下運動(投影在平行行程的直線上),再經過連桿

拉動活塞上下運動,因活塞質量所產生的。所以,當活塞在上下死點時,活塞加速度最大

,也就是說這時候的慣性力會最大。也可以說這時因為活塞的慣性(靜者恆靜),讓活塞產

生抵抗連桿將他往下拉的力。

所以可以看出來,並列四缸引擎(不論傳統180度或十字面曲軸) 任何時候都會有相反

運動的活塞,所以任何時候的主要慣性力都會互相抵銷。例如:

180度曲軸:http://ppt.cc/cYMd
當活塞1、4在上死點,活塞2、3會在下死點,反過來也一樣。
你可以看出在同一時間,會有兩組相反運動的活塞,所以可以將慣性力互相抵銷。

十字面曲軸:http://ppt.cc/hpIi
當活塞1在上死點,活塞4會在下死點,反之亦然。
當活塞3在上死點,活塞2會在下死點,反之亦然。
可以看出來雖然這時會有兩對活塞,但是結果還是一樣,活塞的慣性力互相抵消。

次要慣性力
次要慣性力是由活塞銷因曲軸旋轉左右運動(投影在垂直行程的直線上),再經過連桿

拉動活塞上下運動,因活塞質量所產生的。換而言之,從上死點到曲軸轉90度連桿跟活塞

銷都是運動離行程中心線,而從90度到下死點,連桿跟活塞銷都是向活塞行程中心線運動

。從下死點到上死點的運動同理類推,下死點到270度連桿跟活塞銷往外移,270度到上死

點又往內移回,可以看出,次要慣性力在曲軸銷相差 180度時方向會相同。而次要慣性力

最大則是在曲軸上死點、 90度、270度都會發生。而影響慣性扭力的就是次要慣性力,在

傳統的180度曲軸上,因曲軸銷都相差180度所以次要慣性力大小方向完全一樣,這不僅無

法低消,還造成了兩倍的效果影響非常大,所以十字面曲軸便是工程師用來消除這慣性力

設計。

180度曲軸:http://ppt.cc/;_Ak
一樣可以分成兩組活塞,分別在上下死點,當在上死點的兩個活塞轉到90度時,下死
點的兩個活塞則轉向270度,結果顯示這兩個慣性力大小方向相同。

十字面曲軸:http://ppt.cc/;ktI
十字面曲軸在任何時候,每個活塞都在不同的位置或運動方向。
當活塞1在上死點往 90度運動,活塞4這時會在下死點往270度運動。這時他們兩個
產 生的慣性力都是往上(曲軸銷往外)。同時活塞2的運動會是 270度往上死點,
活塞3是90度往下死點,他們兩個產生的慣性力則是向下(曲軸銷往內)。
這表示活塞1&4可以看成一組,活塞2&3看成一組,他們兩組產生的次要慣性力
方向相反、大小相同,所以可以互相抵銷,表示十字面曲軸可以不受到次要慣性力的
影響。

點火順序:
因為新的曲軸配置,讓點火順序也需要重新排列。為了讓引擎能最平順的運轉,所以

新的點火順序為 1-3-2-4 ,間隔為270度180度90度180度。而傳統的點火間隔則都是180

度這也是為什麼被稱為不等間隔點火的原因。
參考影片:http://www.youtube.com/watch?v=nJKkvbsojWI&NR=1

排氣管設計:
點火順序也影響到排氣管的設計。十字面曲軸引擎的排氣波動會更劇烈,氣體最高壓

力也會比傳統設計的引擎還要高。這就表示排氣管需要更"直通"一點。傳統3-室的排氣管

(如先前的R1)會對排氣產生較大的阻力,所以新的R1使用跟賽車一樣的單室排氣管。

改採這樣的設計後,排氣的阻力降低了,引擎的性能也提升了,還有令人興奮的排氣

聲浪。而因為考慮到扭力曲線與引擎調教和配合新的"M1-type" 後懸吊,所以新的R1使用

的輕量化鈦排氣管不同於R6是擺在座位的下方。

結論:
  所以使用十字面曲軸可以將慣性力減少到趨近於零,不會完全等於零是因為曲軸還是

會因為受力而有小變形,造成慣性力無法完全的抵銷。所以剩下來的幾乎"純"的燃燒扭力

讓騎士對油門的掌握會更加理想,更能直接與後輪的輸出產生連結。



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※ 發信站: 批踢踢兔(ptt2.cc)
◆ From: 140.112.244.92
herejia:有任何錯誤或講不清楚的地方直接跟我說吧 感謝! 03/17 01:00
Ariska:想請問原po~ 可借轉批兔個版嗎?(原文轉寄轉錄) 03/17 01:07
herejia:盡量轉沒關係 03/17 01:10
Ariska:感謝~~>////< 03/17 01:11
femckog:好文推,當初GP版也有不少相關討論文章 03/17 01:11
hkh0003:推 03/17 01:27
※ 編輯: herejia 來自: 140.112.244.92 (03/17 02:00)
ck940560:GOOD 03/17 02:16
hk3345678hk:這樣壓縮比不就超低...看起來活塞沒什麼動 03/17 08:17
UmbraEric:活塞的行程還是可以一樣呀,怎麼會沒什麼動? 03/17 10:48
allenella:推 03/17 12:37
ck940560:傳統四缸是同時兩個上兩個下,這個是四個完全錯開 03/17 13:10
ck940560:行程還是一樣的 03/17 13:13

Tags: 機車

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Bennie avatar
By Bennie
at 2010-03-19T11:01
有任何錯誤或講不清楚的地方直接跟我說吧 感謝!
Anonymous avatar
By Anonymous
at 2010-03-23T04:39
想請問原po~ 可借轉批兔個版嗎?(原文轉寄轉錄)
Lily avatar
By Lily
at 2010-03-24T22:02
盡量轉沒關係
Dinah avatar
By Dinah
at 2010-03-27T18:57
感謝~~>////<
Rae avatar
By Rae
at 2010-03-31T04:31
好文推,當初GP版也有不少相關討論文章
Irma avatar
By Irma
at 2010-04-03T06:22
Lydia avatar
By Lydia
at 2010-04-07T11:21
GOOD
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By Andy
at 2010-04-08T02:00
這樣壓縮比不就超低...看起來活塞沒什麼動
Lily avatar
By Lily
at 2010-04-11T00:33
活塞的行程還是可以一樣呀,怎麼會沒什麼動?
Lucy avatar
By Lucy
at 2010-04-13T03:52
Todd Johnson avatar
By Todd Johnson
at 2010-04-15T15:12
傳統四缸是同時兩個上兩個下,這個是四個完全錯開
Emily avatar
By Emily
at 2010-04-19T09:47
行程還是一樣的

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