Tunnelvevhus
En tunnelvevhus- , tunnelvevaxel- eller skivvävd vevaxelmotor är en designfunktion hos en dieselmotor eller bensinmotor där vevaxeln är utformad så att huvudlagren (lagren som stöder vevaxeln i vevhuset) förstoras i diameter, t.ex. att de nu är större än vevbanorna (de radiella armarna som länkar de stora ändlagren till huvudlagren). De bildar alltså den största diametern av någon del av vevaxeln. Istället för ett konventionellt vevhus som har banor tvärs över för att stödja de smala lagren i ett konventionellt vevhus, har vevhuset nu en stor tunnel genom sig, därav namnet.
Tunnelvevhus dök upp på 1930-talet med de första höghastighetsdieselmotorerna. De gynnades av vissa tillverkare mer än andra, särskilt Saurer i Schweiz och Maybach-Motorenbau GmbH (nu MTU ) Friedrichshafen . De beskrivs som både "tunnelvevhus" och " rullagervevar" ; de två aspekterna är relaterade och det är oklart vilken som gav upphov till den andra.
Ursprung
Med utvecklingen av höghastighetsdieselmotorn runt 1930 blev kraftfulla dieselmotorer tillgängliga i de storlekar som tidigare använts av bensinmotorer med lägre effekt. Framför allt ledde deras höga BMEP och höga vridmoment till höga krafter på vevaxellagren. Dessa krafter var större än vad som kunde upprätthållas av de små vitmetalllagren som användes för bensinmotorer. Även om flygplans- och sportbilsmotorer på 1920-talet utvecklades för att ha avsevärd kraft på ett litet utrymme, var dessa maskiner med högt underhåll och regelbunden service. De nya dieslarna var avsedda för lång kommersiell drift där underhåll var en viktig kostnad att minska.
Behovet av en förbättrad lagerteknik ledde till antagandet av rullager snarare än vitmetall. Även om de kan anses vara esoteriska idag, användes kullager och vevaxellager redan på 1920-talet för så vardagliga motorer som Austin 7 .
löpbanor i ett stycke för både inre och yttre lagerbanor. Även om delade lopp är möjliga är de dyra och svåra att passa. Ett enklare sätt att montera rullager är att förstora lagrets diameter, så att det blir större än hela vevaxelbanan. Montering görs nu genom att placera den yttre lagerbanan över vevaxeln axiellt från ena änden, snarare än genom att montera två delar radiellt.
En tidig utveckling var semi-tunnel vevaxeln. Detta använde stora kul- eller rullager av tunnelstil för sina mittlager, men ändlagren (som bär lasten av kolvar på endast en enda sida) förblev med ett lager med liten diameter av konventionell stil. Detta minskade lagerkostnaden och minskade även den linjära hastigheten för dessa mindre lager. Detta var viktigt eftersom det också minskade hastigheten på vevhusets oljetätningar bredvid dem.
Rulllagervevaxlar gynnades i centrala Europa: Tyskland, Schweiz och Tjeckoslovakien, på grund av den lokala utvecklingen och dominansen av rullningslager, i motsats till den förbättrade metallurgin som utvecklas för glidlagermaterial i den engelsktalande världen.
Maybach bensinmotorer
Tunnelvevaxlar användes endast sällan på bensinmotorer . Utvecklingen av stora kraftfulla motorer, utanför flygplansmotorernas försålda rymdmaterial , sammanföll med utvecklingen av praktiska lätta dieselmotorer som tenderade att ersätta bensin.
En marknad som blev kvar med bensin var den för motorer för luftskepp , en marknad där Maybach var dominerande. Även om dieselmotorer utvecklades för luftskeppsbruk, var dessa i allmänhet misslyckade. Den brittiska Beardmore Tornado var baserad på medelvarvig dieselmotorövning och var både tung, underdriven och opålitlig. Endast Maybach använde sig avsevärt av tunnelvevaxlar för bensinmotorer, med både dess luftskeppsmotorer och även ett antal tankmotorer från andra världskriget , såsom Maybach HL210 och HL230 . Dessa motorer användes över alla tyska medelstora och tunga stridsvagnar. Tusentals av dessa motorer tillverkades, även om överlevande exempel nu är extremt sällsynta, särskilt i fungerande skick.
Maybach dieselmotorer
Efter kriget tillämpade Maybach sin kunskap om kompakta höghastighetsmotorer på dieselmotorer, för den framväxande marknaden för dieseljärnvägslok. Dessa motorer kontrasterade mot de från andra tillverkare genom att vara särskilt kraftfulla, både i vikt och volym. Detta var särskilt fallet för längden, eftersom Maybachs motorer använde en kompakt V-layout vid en tidpunkt då de flesta tillverkare fortfarande byggde långa enkelbanksmotorer. Maybachs namn blev särskilt förknippat med tunnelns vevhusdesign och dessa motorer är fortfarande de mest kända användningsområdena för tunnelns vevaxel. Dessa motorer användes flitigt i Tyskland, för lok som V200 -klassen. I Storbritannien importerades de och byggdes även lokalt på licens. Efter tysk praxis användes dessa höghastighetsmotorer tillsammans med en hydraulisk transmission , för att producera ett kraftfullt, men lätt lokomotiv, jämfört med de konkurrerande dieselelektriska designerna. Motorerna såldes även till USA, även om de där användes i de mer etablerade dieselelektriska designerna.
Uppbyggda och i ett stycke vevar
De första tunnelvevaxlarna byggdes upp med liv bultade på sidan av huvudlagren, ungefär som för en konventionell vevaxel, bara större (se tvärsnittsillustration av Saurer-motorn). Exempel på dessa byggdes också av John Fowler & Co. i England.
En senare utveckling var att förstora huvudlagren tillräckligt för att bli större än hela vevbanan. Detta tillät nu användningen av en vevaxel i ett stycke
En tunnelvevaxel anses vara en "tunnel" om ytterdiametern över den yttre lagerbanan på de installerade lagren är större än den maximala storleken på banorna. Tidiga, eller mindre, motorer kan ha haft vevaxlar med lagertappar mindre än detta, men betraktades fortfarande som sådana eftersom de var större när lagren monterades.
För att undvika att hela vevaxeln leds genom lagren var lagerdiametrarna vanligtvis stegade i storlek, i en konisk progression. Varje lager behövde nu bara skjutas genom längden av sin egen bredd, eftersom det är tillräckligt litet för att enkelt passera genom föregående hus. Detta innebar att vevaxeln endast kunde föras in från ena änden av vevhuset.
Fördelar
.jpg)
- Lagerdiameter
Större lager kan stödja belastningen av dessa motorer med högre kraft.
- Användning av rullager
Dessa kan klara av de större krafterna och högre hastigheterna hos de nya höghastighetsmotorerna.
- hopsättning
Vevaxeln kan sättas in i ett monterat vevhus, snarare än att lagerlocken monteras runt den. Detta görs vanligtvis genom att vrida vevhusänden uppåt och sedan sänka vevaxeln vertikalt i den.
Detta var en uppmärksammad egenskap hos vissa Maybach-motorer från 1960-talet, som användes för diesellok.
- Minskad vevaxellängd
Den längd som tidigare krävdes för en liv + lager + livgrupp ersätts nu av en enda lagerlängd som också fungerar som båda liven.
Eftersom denna reducerade vevaxellängd också minskar avståndet mellan cylindrarna, var det en faktor för att uppmuntra användningen av tunnelvevaxlar i V-motorer , där det finns mer tillgängligt axiellt avstånd mellan intilliggande cylindrar. Detta minskar ytterligare den totala längden på tunnelmotorer med vevaxel.
- Ökad vevaxelstyvhet
Vevaxeln, särskilt längs banorna, blir bredare och så styvare.
Nackdelar
- Ökad linjär lagerhastighet
Genom enkel geometri, när lagerdiametern ökar, ökar också den linjära hastigheten vid lagerytan. Detta överstiger vad som är möjligt för vitmetalllager. Rullager var alltså inte bara en orsak till den förstorade tunnelvevaxeln, utan de blev också nödvändiga av den.
- Tillverkning av vevaxel
Vevaxelns diameter och massa ökas så att den inte längre passar in i vanliga vevaxelslipmaskiner och kan kräva specialmaskiner för tillverkningen. Även om den minskade längden på vevaxeln kan göra att stora motorer kan byggas med kortare maskineri.
- Vevaxel tröghet
De förstorade banorna har större massa, alltså större rotationströghet , särskilt som de placerar denna massa vid den största radien bort från vevaxelns axel. Detta ger en motor som är långsammare att accelerera, även om det också gör att motorn lättare håller konstant varvtal under en snabbt varierande belastning.
Av denna anledning är tunnelvevaxeln mest lämplig för motorer som körs under långa perioder med konstant hastighet, såsom generatoraggregat, järnvägslok och båtar. De används inte för bilar, där snabb acceleration och retardation behövs.
- Vevhusets styvhet
Den stora mängden material som avlägsnas från vevhuset för att tillhandahålla tunneln tillåter inte så mycket utrymme för förstyvningsbanor över vevhuset, så vevhusets totala styvhet kan vara mindre.
Tvåtaktsmotorer
Många små vevhuskompressions-tvåtaktsmotorer har en vevaxel med stora cirkulära banor, liknande tunnelvevaxeln. Dessa banor är emellertid endast banor, inte lager, och deras lager har konventionell liten diameter längs banorna. Dessa förstorade banor används istället för att öka motorns kompressionsförhållande . Genom att fylla mer av den "döda" vevhusvolymen ökas förhållandet mellan cylinderns svepta volym och den återstående vevhusvolymen.
Vissa flercylindriga tvåtaktsmotorer använder också vevhuskompression, nästan alla av dem marina utombordsmotorer . I dessa motorer måste den separata vevhusvolymen för varje cylinder hållas åtskild. Banorna görs sålunda cirkulära, stora och förseglade med gastätningar på sin yttre omkrets. Återigen, dessa betraktas inte som tunnelvevaxlar om liven bara bär en tätning, utan kan vara det om den stora banan också utgör lagret.
Se även
- Excentrisk , ett liknande tillvägagångssätt för vevar som drivs av axeln, särskilt för ångloksventilväxlar. Excentern förstoras i diameter tills den också är större än vevbanans totala diameter.
- Underskuren vevaxel , en teknik för att förkorta den totala längden på en vevaxel genom att överlappa lagren.