Ik had al eens iets laten laten vallen over de Ford V4 en zijn vermaledijde balanceer as.
Ik ben vooral geïnteresseerd hoe je deze V4 nou kan balanceren vanwege de balansas en de mogelijke lichtere zuigers die ik toe wil passen.
Op het internet niet direct iets kunnen vinden waar ik wat mee kan.
Daarom zelf de zuiger versnelling onbalans theorie voor deze motor geometrie op een rij gezet.
- IMG_20220406_205518_compress80.jpg (114.58 KiB) Viewed 7137 times
Klein probleempje dat ik niet een motor met krukas in de bok heb om de kruktap hoeken en zuiger standen V4 met gradenboog op te meten. Maar met wat losse onderdelen, de bekende V4 cilinder hoek van 60 graden en de wetenschap dat de distributie kap net als de 4 cil lijn motor om de 90 graden een bougie draadje heeft en dus elke zuiger om de 180 graden een klap op de kop krijgt, komen we tot een kruktap verdeling van voor naar achter van 0-120-60-120 en dan weer 60 graden naar.
Na analyse kom ik voor deze Ford V4 geometrie uiteindelijk op 2 typen zuiger gerelateerde trillingen die van belang zijn.
Het is niet mijn bedoeling om hier de hele zuiger balans theorie uit te leggen, daarvoor verwijs ik naar ht internet. Aan het eind illustreer ik met een paar plaatjes hoe het onbalans krachten spel werkt voor deze V4.
Eerste orde ( of ook wel primaire) trilling:
Een 1e orde momenten trilling in het horizontale vlak van:
Mz*w^2*r*cosinus(a) *C
Waarbij:
-Mz is de massa van de met de zuiger op en neer gaande delen (zoals zuiger, veren, pen en op en neer gaande deel drijfstang massa )
-w^2 (spreek uit omega kwadraat) het kwadraat van de hoek verdraaiing, het toerental, in radialen per seconde)
- r is kruk radius, dit is de halve krukas slag
-cosinus (a) , (a) alpha is de krukhoek die de krukas maakt tijdens zijn omwenteling.
- C staat voor de cilinder afstand
Deze eerste orde momenten trilling heeft dezelfde frequentie als het toerental. Horizontale momenten trillingen houdt hier in dat de motor van bovenaf gezien in de lengterichting een schommelende beweging maakt. (Correctie 19-6 er stond heen en weer)
Deze trilling is m.i. de reden voor de balansas bij de V4. Deze trilling kan (deels of volledig) teniet worden gedaan door een gelijk maar tegengesteld moment trilling door de balansas EN gedeelte van de krukas samen. Daarmee zou er geen horizontale trilling zijn. Aan het eind wat meer hierover.
Verder kent de Ford V4 een 2e orde (ook wel secondaire) verticale krachten trilling.
2xMz*w^2*r*(r/L)*3^0,5*cosinus(2a), dit is de totale 2e orde verticale trillings kracht van alle 4 cylinders.
(Formule aangepast 21/10, was niet de kracht van alle cylinders)
Waarbij
-r/L is de kruk/drijfstang verhouding, L is de drijfstang lengte.
-lees 3^0,5 als wortel3
-cosinus(2a) frequentie 2x toerental dit maakt hem 2e orde.
Deze verticale 2e orde trilling laat de motor op en neer trillen. Deze is vergelijkbaar met de trilling van een 4 cilinder lijn motor, alleen is deze hier iets minder (1/2*3^0,5) door de cilinder hoek van de V motor. Deze wordt normaliter niet gebalanceerd (of je moet er nog 2 balansassen tegenaan gooien die draaien met het dubbele toerental zoals sommige fabrikanten gedaan hebben.)
Even iets over balanceren, Ford V4
Deze krukas is uit zichzelf niet dynamisch gebalanceerd. Dus moet er gewerkt worden met bobweights (of volledig electronisch gemeten)
Dat de balansas bedoeld is voor horizontale 1e orde momenten trilling is voor mij meer dan waarschijnlijk. Maar ik weet niet of het voor deze motor de bedoeling was om dit voor 100% te balanceren of gedeeltelijk omdat er bijvoorbeeld constructieve beperkingen zijn. Ik heb geen meetdata om dit te verifiëren.
Als (dus stel dat ) het 100% is, dan kan dit door zowel de krukas als de balansas zowel voor als achter elk een "50%" zuiger massa momenten balancering te geven. Voor de krukas kan dit op de traditionele wijze met bobweights.
Voor de balansas is dit "50%" gewicht compleet anders. Daar de onbalans gewichten hier veel verder uit elkaar liggen dan bij de hoofd krukwangen (op cilinder afstand) wordt het moment groter, daarom moeten deze gewichten teruggerekend worden naar de plaats waar je meet en de gekozen positie van de bobweights op de balansas. Ik vraag me echt af of dit op de balansas wel es gedaan wordt. Als je alleen de krukas laat balanceren naar zuigergewicht doe je het dus maar voor de helft. Let ook op dat een gedeelte van het balans gewicht in het aandrijftandwiel zit.! en nog gedeelte in de pouly* (*Aanvulling 21/5) de
Een andere, praktische mogelijkheid voor de balansas bij gebruikmaken van lichtere zuigers is om de balansas toe te passen van de 1500 Ford V4 deze heeft een kleinere slag en daarmee een lagere contragewicht op de balansas.
(Ervan uitgaande dat de zuiger niet veel zwaarder is!)
Aanvulling 21/10: dit gebaseerd op aanbeveling uit het de Saab Sport en Rally catalog, ook hiervoor geld dat ik geen enkele theoretische onderbouwing kunnen vinden wat ik middels deze studie boven water wil krijgen.
ik kan hiervoor uitrekenen hoe zwaar de zuigers dan moeten zijn. Ik heb daarvoor de massa gewichten nodig van de standaard 1700 -V4 en de 1500 -V4 zuiver met pen en veren en drijfstang (opgedeeld in zuiger deel en roterend deel)
Als iemand deze heeft, laat maar weten.
Vraag, heeft iemand ooit een V-4 krukas laten balanceren met bobweights. En ook of de balansas is mee gebalanceerd.
Info hierover wordt hogelijk gewaardeerd.
Nou is deze informatie niet voor iedereen gesneden koek, daarom heb ik een paar plaatjes gemaakt met wat uitleg over hoe de de zuiger acceleratie krachten werken in de Ford V4.
- Graph reciprocating forces (1)1024_1.jpg (54.74 KiB) Viewed 7134 times
Algemeen principe grafiek van de zuiger versnelling gedurende 1 omwenteling.
De gele lijn is de zuiger versnelling.
Deze gele lijn is reken technisch samengesteld uit een 1e orde versnelling (groen) en 2e orde versnelling (rood)
Hier heb ik wat pijlen in getekend, vectoren genaamd, die de grote en richting van de zuiger versnelling representeren bij 0 en 180 graden krukhoek. Deze zijn overgenomen in onderstaande schets.
- Cranckshaft drawing (1).jpg (530.46 KiB) Viewed 7130 times
In de schets staan de kruktappen getekend van de voorste beide cilinders #1 en #3 De beide achterste cilinders #2en #4 zijn niet getekend maar staan gespiegeld.
Cil #1 staat in BDP, cil #3 in ODP.
De vectoren uit de grafiek zijn overgenomen in de schets. Deze ontbonden in een horizontale en verticale vector om aan te geven in welke richting deze werken.
Te zien is dat de horizontale liggende vectoren van de eerste orde (groene gestippelde pijlen) van cil.1 en cil.3 naar links wijzen en elkaar versterken. De vectoren van cil.2 en #4 zijn gespiegeld en wijzen naar rechts waardoor het moment ontstaat.
De balansas en een gedeelte van de krukwang heb ik geel getekend, deze wijzen naar rechts waarmee ze tegen de liggende vectoren van cil 1en cil.3 werken en de boel balanceren.
