เพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ V8 แบ่งออกเป็นสองประเภทคร่าวๆ หนึ่งคือเพลาข้อเหวี่ยงแบบไขว้และอีกประเภทหนึ่งคือเพลาข้อเหวี่ยงแบบแบน ความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดคือมุมระหว่างเพลาข้อเหวี่ยงทุก ๆ สองอันคือ 90 องศา แทนที่จะเป็น 180 องศา เครื่องยนต์เพลาข้อเหวี่ยงเครื่องบิน V8 มีโครงสร้างที่เรียบง่ายและมีความเฉื่อยต่ำ ซึ่งเอื้อต่อการหมุนรอบสูงและการตอบสนองของเครื่องยนต์ พร้อมการสั่นสะเทือนที่ยอดเยี่ยม...

การสั่นสะเทือนทางกลของเครื่องยนต์มีสองแนวคิด: การสั่นสะเทือนลำดับที่หนึ่งและการสั่นสะเทือนลำดับที่สอง

เช่น เครื่องสามสูบ

เมื่อใดก็ตามที่เพลาข้อเหวี่ยงหมุนไม่เพียงแต่จำนวนลูกสูบขึ้นลงจะแปรผันอยู่เสมอ แต่ทิศทางการเคลื่อนที่ของลูกสูบของกระบอกสูบ 1 และกระบอกสูบ 3 จะอยู่ตรงข้ามกันเสมอ ทำให้เครื่องยนต์ไม่เพียงแต่สั่นสะเทือนขึ้นลงเท่านั้น แต่ยัง แกว่งไปมา หากคุณต้องการใช้กับรถยนต์ที่ผลิตจำนวนมาก คุณต้องติดตั้งเพลาสมดุล มิฉะนั้น คุณจะสามารถใช้มันเพื่อขับเคลื่อนของเล่นไฟฟ้าได้ ดังคำกล่าวที่ว่า: สามสูบทำให้โลกตกใจ

แต่เครื่องสี่สูบทั่วไป

ดูเหมือนว่ากระบอกสูบสองกระบอกจะเลื่อนขึ้นในขณะที่สองกระบอกจะเลื่อนลง นี่เป็นเครื่องยนต์ที่สมบูรณ์แบบหรือไม่?

เมื่อนำเครื่องยนต์สี่สูบครึ่งหนึ่งมาวิเคราะห์แยกกัน ก็ไม่ยากเลยที่จะพบว่าเนื่องจากการกำหนดค่าทางเรขาคณิตของก้านสูบข้อเหวี่ยง ความเร็วของลูกสูบขึ้นจะเร็วกว่าความเร็วของลูกสูบลงเสมอ ทำให้ เครื่องยนต์สั่นขึ้นลงทุกๆ 180 องศาของเพลาข้อเหวี่ยง

สารละลาย? เพลาบาลานซ์ที่หมุนเร็วเป็นสองเท่าของเพลาข้อเหวี่ยง อาจกล่าวได้ว่าหลังจากที่มิตซูบิชิใช้เพลาสมดุลคู่กับเครื่องยนต์ 4 ส่วนที่ผลิตจำนวนมากเป็นครั้งแรกในปี 1970 เครื่องยนต์ประเภทนี้มีอนาคตจริงๆ

อย่างไรก็ตามเพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์สี่สูบรุ่นแรกไม่มีน้ำหนักถ่วงด้วยซ้ำ นอกจากปัญหากระบวนการตัดเฉือนในขณะนั้นแล้ว ความเร็วของเครื่องยนต์ยังต่ำกว่าเครื่องยนต์ดีเซลปัจจุบันอีกด้วย

ดังนั้นในช่วงทศวรรษปี 1910 นักออกแบบของคาดิลแลคและฟอร์ดจึงต้องการแก้ปัญหาการสั่นสะเทือนด้วยมุม 90 องศาและถ่วงน้ำหนัก (แต่ตามทฤษฎีแกนระนาบไม่จำเป็นต้องมีการออกแบบแบบนี้)

วาล์วด้านข้าง V8 และเพลาข้อเหวี่ยงแบนธรรมดาในขณะนั้น

ข้อดีของเครื่องยนต์ทำมุม 90° ก็คือน้ำหนักสมดุลบนเพลาข้อเหวี่ยงสามารถใช้เพื่อชดเชยแรงบิดจากการสั่นที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของลูกสูบในกระบอกสูบอีกแถวหนึ่งได้ หลักการนี้ใช้ได้กับเครื่องยนต์ประเภท V 90 องศาที่มีกระบอกสูบหลายคู่

ตัวอย่างเช่น เมื่อกระบอกสูบด้านบนเคลื่อนขึ้น น้ำหนักถ่วงจะเคลื่อนลงด้านล่าง ขณะหมุนทวนเข็มนาฬิกา ความเร็วของน้ำหนักถ่วงจะชี้ไปทางขวาล่างหลังจากหมุนที่ 6 นาฬิกา แต่ลูกสูบที่เคลื่อนที่จากขวาไปซ้ายจะตอบโต้ช่วงเวลานี้

แต่ในช่วงทศวรรษปี ค.ศ. 1920 ความเร็วของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น และปัญหาการสั่นสะเทือนรองก็ชัดเจนมากขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้น เครื่องยนต์ V8 ที่ผลิตจำนวนมากส่วนใหญ่จึงเริ่มติดตั้งเพลาข้อเหวี่ยงแบบไขว้

ความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดระหว่างเพลาข้อเหวี่ยงแบบไขว้ (ด้านบน) และเพลาข้อเหวี่ยงระนาบ (ด้านล่าง) คือมุมระหว่างเพลาข้อเหวี่ยงทุกๆ สองอันจะเป็น 90 องศา แทนที่จะเป็น 180 องศา เพลาข้อเหวี่ยงเครื่องบิน V8 จะมีปัญหาการสั่นสะเทือนทุติยภูมิเหมือนกับเครื่องยนต์ 4 สูบตรง และระยะห่าง 90 องศาระหว่างกระบอกสูบทั้งสองแถวก็จะทำให้การสั่นสะเทือน 180 องศาซ้อนทับกันเช่นกัน เพลาข้อเหวี่ยงแบบไขว้เป็นเพราะความแตกต่างระหว่างเพลาข้อเหวี่ยงทั้งสองชุดที่แยกจากกัน 180 องศาคือ 90 องศาแทนที่จะเป็น 180 องศา ความถี่ของการสั่นสะเทือนทุติยภูมิเป็นเพียงครึ่งหนึ่งของเพลาข้อเหวี่ยงเครื่องบิน และแอมพลิจูดจะลดลงอย่างมาก

จำข้อดีของเครื่องยนต์ 90 องศาได้ไหม? ปัญหาจะได้รับการแก้ไขหลังจากเพิ่มน้ำหนักถ่วงแล้ว

แต่ปัญหาก็มาถึง เนื่องจากแต่ละแถวของกระบอกสูบมีลูกสูบสองตัวถึงจุดศูนย์กลางตายบนที่ช่วง 90 องศา ไม่ว่าจะจัดลำดับการจุดระเบิดอย่างไร กระบอกสูบแต่ละแถวจะมีการจุดระเบิดสองครั้งที่ช่วง 90 องศา ส่งผลให้เกิดการรบกวนไอเสียอย่างรุนแรง (นั่นคือ เครื่องยนต์ V8 ทั่วไปจะคล้ายกับสาเหตุของเสียงไอเสียจากเครื่องจักรกลการเกษตร)

ดังนั้น เพื่อเพิ่มความสามารถในการกำจัดที่ความเร็วต่ำ เครื่องยนต์ V8 พลเรือนทั่วไปจะออกแบบท่อบาลานซ์ชนิด H หรือ X ที่อยู่ตรงกลางของไอเสีย และใช้ความแตกต่างของแรงดันระหว่างไอเสียทั้งสองเพื่อลดอิทธิพลของ การรบกวนไอเสีย

V8 ที่เน้นประสิทธิภาพบางรุ่นใช้ดีไซน์ที่พันกันมากกว่า ตัวอย่างเช่น ท่อไอเสียของ Ford GT เชื่อมต่อกระบอกสูบจุดระเบิดที่อยู่ติดกันกับท่อร่วมไอเสียที่อยู่อีกด้านหนึ่ง ยิ่งไปกว่านั้น (รถ BMW ผู้คลั่งไคล้) ก็ไม่ลังเลที่จะท่อไอเสีย วัดจากด้านในของตัววีเพื่อใช้ท่อร่วมไอเสียที่ซับซ้อนมากขึ้น

ดังนั้นเพลาข้อเหวี่ยงแบบไขว้จึงไม่ใช่สิ่งที่ดีสำหรับเครื่องยนต์สมรรถนะสูง แม้ว่าการสั่นสะเทือนจะมีน้อย แต่น้ำหนักถ่วงที่หนักทำให้ความเฉื่อยภายในของเครื่องยนต์ใหญ่เกินไป ซึ่งไม่เอื้อต่อการตอบสนองของเครื่องยนต์ที่มีความละเอียดอ่อนและทำให้เกิดความเร็วสูง ไม่ต้องพูดถึงการลดน้ำหนัก นอกจากนี้ การรบกวนของไอเสียยังเป็นข้อห้ามที่สำคัญสำหรับเครื่องยนต์สมรรถนะสูงอีกด้วย ดังนั้นเครื่องยนต์ V8 สมรรถนะสูงของยุโรปจึงยังคงใช้เพลาข้อเหวี่ยงแบบแบน

เพลาข้อเหวี่ยงเครื่องบิน V8 โดยพื้นฐานแล้วจะเชื่อม 4 วินาทีสองเส้นเข้าด้วยกัน เนื่องจากลูกสูบที่วิ่งขึ้นและลงจะเป็นคู่กันเสมอ จึงไม่มีปัญหาการสั่นสะเทือนหลัก แต่การสั่นสะเทือนรองสองครั้งจะต้องใช้เพลาบาลานซ์ที่หนักกว่า ที่จะจัดการกับ การเพิ่มเพลาปรับสมดุลจะเพิ่มมวลและโมเมนต์ความเฉื่อย ดังนั้นเครื่องยนต์สมรรถนะสูงเหล่านี้จึงใช้ลูกสูบช่วงชักสั้นและโครงสร้างที่แข็งแกร่งกว่าเพื่อรักษาอาการ ไม่ใช่สาเหตุที่แท้จริงในการลดการสั่นสะเทือนเหล่านี้

ลำดับการยิงของเพลาข้อเหวี่ยงเครื่องบิน V8 นั้นง่ายมาก และไม่มีปัญหาที่เพลาข้อเหวี่ยงแบบไขว้ V8 และกระบอกสูบไอเสียจะติดไฟตามลำดับ กระบอกสูบที่ทำงานมักจะเป็นซ้าย ขวา ซ้าย ขวา ซ้าย ขวา ซ้าย ขวา... แทนที่จะเป็นซ้าย ขวา ซ้าย ซ้าย ขวา ซ้าย ขวา ขวา เหมือนแกนกากบาทจึงมี ไม่มีแถว สำหรับปัญหาการรบกวนทางอากาศ คุณสามารถใช้ท่อร่วมไอเสียแบบธรรมดาที่มีความยาวเท่ากันเพื่อเพิ่มกำลังที่รอบสูง

เพลาขวาง

ข้อดี: การสั่นสะเทือนต่ำและการทำงานที่ราบรื่น

ข้อเสีย: น้ำหนักมาก ความเฉื่อยมาก การรบกวนไอเสีย

แกนระนาบ

ข้อดี: โครงสร้างเรียบง่าย ความเฉื่อยต่ำ เหมาะสำหรับความเร็วสูงและการตอบสนองของเครื่องยนต์

ข้อเสีย: การสั่นสะเทือนที่ดี