تنقسم أعمدة الكرنك في محرك V8 تقريبًا إلى نوعين، أحدهما عبارة عن عمود مرفقي متقاطع والآخر عبارة عن عمود مرفقي مسطح. والفرق الأكبر هو أن الزاوية بين كل عمودين مرفقيين هي 90 درجة بدلاً من 180 درجة. يتميز محرك العمود المرفقي V8 بالهيكل البسيط والقصور الذاتي الصغير، مما يفضي إلى دورات عالية واستجابة المحرك، مع اهتزاز فائق.

هناك مفهومان للاهتزاز الميكانيكي للمحرك: الاهتزاز من الدرجة الأولى والاهتزاز من الدرجة الثانية

على سبيل المثال. آلة ثلاث سلندر

في أي لحظة يدور فيها العمود المرفقي، لا يختلف دائمًا عدد المكابس لأعلى ولأسفل فحسب، بل إن اتجاهات حركة مكابس الأسطوانة 1 والأسطوانة 3 دائمًا ما تكون معاكسة، مما يتسبب في اهتزاز المحرك ليس فقط لأعلى ولأسفل، بل أيضًا يتأرجح ذهابا وإيابا. إذا كنت تريد استخدامه على سيارة ذات إنتاج كبير، فيجب عليك تجهيزه بعمود توازن، وإلا يمكنك استخدامه لقيادة لعبة كهربائية. كما يقول المثل: الأسطوانات الثلاث صدمت العالم.

لكن الآلة ذات الأربع أسطوانات شائعة

يبدو أن أسطوانتين تتحركان للأعلى بينما تتحرك أسطوانتين للأسفل. هل هذا محرك مثالي؟

بإخراج نصف المحرك رباعي الأسطوانات لتحليله بشكل منفصل، ليس من الصعب العثور على أنه نظرًا للتكوين الهندسي لقضيب توصيل الكرنك، فإن سرعة المكبس العلوي تكون دائمًا أسرع من سرعة المكبس السفلي، مما يتسبب في يهتز المحرك لأعلى ولأسفل كل 180 درجة من العمود المرفقي. .

حل؟ عمود التوازن الذي يدور بسرعة مضاعفة مثل العمود المرفقي. يمكن القول أنه بعد أن قامت شركة Mitsubishi لأول مرة بتطبيق عمود التوازن المزدوج على المحرك رباعي الأجزاء الذي تم إنتاجه بكميات كبيرة في السبعينيات، كان لهذا النوع من المحركات مستقبل حقًا.

ومع ذلك، فإن العمود المرفقي للمحرك رباعي الأسطوانات لم يكن به حتى ثقل موازن. بالإضافة إلى مشاكل عملية التصنيع في ذلك الوقت، كانت سرعة المحرك أقل من سرعة محرك الديزل الحالي.

لذا، في العقد الأول من القرن العشرين، أراد مصممو كاديلاك وفورد حل مشكلة الاهتزاز من خلال زاوية 90 درجة وثقل موازن. (ولكن من الناحية النظرية فإن المحور المستوي لا يحتاج إلى هذا التصميم)

الصمام الجانبي V8 والعمود المرفقي المسطح البسيط في ذلك الوقت

ميزة المحرك ذو الزاوية المضمنة 90 درجة هي أنه يمكن استخدام وزن التوازن الموجود على العمود المرفقي لتعويض عزم دوران الاهتزاز الناتج عن حركة المكبس في صف آخر من الأسطوانات. ينطبق هذا المبدأ على محرك من النوع V بزاوية 90 درجة مع عدة أزواج من الأسطوانات.

على سبيل المثال، عندما تتحرك الأسطوانة العلوية لأعلى، يتحرك ثقل الموازنة لأسفل. أثناء الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة، تشير سرعة الثقل الموازن إلى أسفل اليمين بعد الدوران عند الساعة 6، لكن تحرك المكبس من اليمين إلى اليسار يتعارض مع هذه اللحظة.

ولكن في عشرينيات القرن العشرين، زادت سرعة المحرك، وأصبحت مشكلة الاهتزاز الثانوي أكثر وضوحًا، لذلك بدأت معظم محركات V8 المنتجة بكميات كبيرة في تجهيزها بعمود مرفقي متقاطع.

أكبر فرق بين العمود المرفقي المتقاطع (أعلى) والعمود المرفقي المستوي (أسفل) هو أن الزاوية بين كل عمودين مرفقيين هي 90 درجة بدلاً من 180 درجة. سيواجه العمود المرفقي المستوي V8 نفس مشكلة الاهتزاز الثانوي مثل المحرك المستقيم 4، كما أن الفاصل الزمني 90 درجة بين صفي الأسطوانات سيؤدي أيضًا إلى تراكب الاهتزاز 180 درجة. العمود المرفقي المتقاطع هو لأن الفرق بين مجموعتي أعمدة الكرنك المفصولة بمقدار 180 درجة هو 90 درجة بدلاً من 180 درجة. تردد الاهتزاز الثانوي هو فقط نصف العمود المرفقي للطائرة، ويتم تقليل السعة بشكل كبير.

هل تتذكر مزايا المحرك بزاوية 90 درجة؟ يتم حل المشكلة بعد إضافة الثقل الموازن

ولكن هنا تأتي المشكلة. نظرًا لأن كل صف من الأسطوانات يحتوي على مكبسين يصلان إلى أعلى مركز ميت على فترات تبلغ 90 درجة، بغض النظر عن كيفية ترتيب تسلسل الإشعال، فإن كل صف من الأسطوانات سيكون له إشعالان على فترات تبلغ 90 درجة، مما يؤدي إلى تداخل خطير في العادم (أي، محركات V8 العامة تشبه سبب ضجيج العادم الصادر عن الآلات الزراعية).

لذلك، من أجل زيادة قدرة الكسح عند السرعات المنخفضة، سيقوم محرك V8 المدني العام بتصميم أنبوب توازن من النوع H أو النوع X في منتصف العادم، ويستخدم فرق الضغط بين العادمين لتقليل تأثير تدخل العادم.

تستخدم بعض محركات V8 التي تركز على الأداء تصميمًا أكثر تشابكًا. على سبيل المثال، يقوم أنبوب العادم في سيارة Ford GT بتوصيل أسطوانة الإشعال المجاورة بمجمع العادم على الجانب الآخر. والأكثر من ذلك (سيارة BMW المسعورة) لا تتردد في استنفاد العادم. تم قياسه إلى داخل V لاستخدام مشعبات عادم أكثر تعقيدًا

لذا فإن العمود المرفقي المتقاطع ليس بالأمر الجيد بالنسبة للمحركات عالية الأداء. على الرغم من أن الاهتزاز صغير، إلا أن الثقل الموازن الثقيل يتسبب في أن يكون القصور الذاتي الداخلي للمحرك كبيرًا جدًا، وهو ما لا يفضي إلى استجابة المحرك الحساسة وتحقيق سرعة عالية، ناهيك عن تقليل الوزن. بالإضافة إلى ذلك، يعد تداخل العادم أيضًا من المحرمات الرئيسية لمحركات الأداء. لذلك لا يزال محرك V8 الأوروبي عالي الأداء يصر على استخدام عمود مرفقي مسطح.

العمود المرفقي للطائرة V8 يلحم بشكل أساسي اثنين من 4s معًا. نظرًا لأن المكابس التي تعمل لأعلى ولأسفل تكون دائمًا في أزواج، فلن تكون هناك مشكلة اهتزاز أولي، لكن الاهتزاز الثانوي المزدوج يجب أن يتطلب عمود توازن أثقل. للتعامل مع. تؤدي إضافة عمود التوازن إلى زيادة الكتلة وعزم القصور الذاتي، لذلك تستخدم محركات الأداء هذه مكابس قصيرة الشوط وهياكل أقوى لعلاج الأعراض وليس السبب الجذري لتقليل هذه الاهتزازات.

إن تسلسل إشعال العمود المرفقي V8 للطائرة بسيط للغاية، ولا توجد مشكلة في إشعال العمود المرفقي المتقاطع V8 وأسطوانات العادم بشكل تسلسلي. الأسطوانات التي تعمل دائمًا هي يسار-يمين-يسار-يمين-يسار-يمين-يسار-يمين...، بدلاً من يسار-يمين-يسار-يسار-يمين-يسار-يمين-يمين مثل المحور المتقاطع، لذلك هناك بالنسبة لمشاكل تداخل الهواء، يمكنك استخدام مشعبات عادم تقليدية متساوية الطول لزيادة الطاقة عند الثورات العالية.

رمح الصليب

المزايا: اهتزاز منخفض وتشغيل سلس

العيوب: الوزن الثقيل، والقصور الذاتي الكبير، وتداخل العادم

محور الطائرة

المزايا: هيكل بسيط، قصور ذاتي منخفض، جيد للسرعة العالية واستجابة المحرك

العيوب: اهتزاز كبير