Silnik górnozaworowy - Overhead valve engine

Komponenty valvetrain silnika OHV

Silnik górnozaworowy ( OHV ) to silnik tłokowy, którego zawory znajdują się w głowicy cylindrów nad komorą spalania. Kontrastuje to z wcześniejszymi silnikami z płaską głowicą , w których zawory znajdowały się poniżej komory spalania w bloku silnika.

Wałek rozrządu w tradycyjnym silniku OHV znajduje się w bloku silnika. Ruch wałka rozrządu jest przenoszony za pomocą popychaczy i dźwigienek zaworowych do obsługi zaworów w górnej części silnika.

Silnik górnego wałka rozrządu (OHC) ma również górne zawory; jednakże, aby uniknąć nieporozumień, silniki górnozaworowe, które używają popychaczy, są często nazywane „silnikami popychaczy”. Niektóre wczesne silniki „ wlot nad wylotem ” wykorzystywały konstrukcję hybrydową, łączącą elementy zaworów bocznych i górnych.

Historia

Prototypowy silnik wysokoprężny z 1894 roku
Patent z 1904 r. Na silnik górnozaworowy Buick

Przodkowie

Pierwsze silniki spalinowe były oparte na silnikach parowych i dlatego stosowano zawory suwakowe . Tak było w przypadku pierwszego silnika Otto , który po raz pierwszy z powodzeniem uruchomiono w 1876 r. Ponieważ silniki spalinowe zaczęły się rozwijać oddzielnie od silników parowych, zawory grzybkowe stawały się coraz bardziej powszechne, a większość silników aż do lat 50. XX wieku korzystała z zaworów bocznych (płaskich). projekt.

Począwszy od Daimlera Reitwagena z 1885 roku , kilka samochodów i motocykli stosowało zawory dolotowe umieszczone w głowicy cylindrów, jednak zawory te były uruchamiane podciśnieniowo („atmosferycznie”), a nie przez wałek rozrządu, jak w typowych silnikach OHV. Zawory wydechowe były napędzane przez wałek rozrządu, ale znajdowały się w bloku silnika, tak jak w silnikach z zaworami bocznymi.

Prototypowy silnik wysokoprężny z 1894 roku wykorzystywał górne zawory grzybkowe uruchamiane przez wałek rozrządu, popychacze i dźwigienki zaworowe, dzięki czemu stał się jednym z pierwszych silników OHV. W 1896 roku William F. Davis wykupił patent USA nr 563,140 na silnik OHV z płynnym chłodziwem używanym do chłodzenia głowicy cylindrów, ale nie zbudowano żadnego działającego modelu.

Produkcja silników OHV

W 1898 roku producent rowerów Walter Lorenzo Marr w Stanach Zjednoczonych zbudował motorowy trójkołowiec napędzany jednocylindrowym silnikiem OHV. Marr został zatrudniony przez Buicka (wówczas nazwanego Buick Auto-Vim and Power Company ) w latach 1899–1902, kiedy to udoskonalono konstrukcję silnika górnozaworowego. W tym silniku zastosowano dźwigienki zaworowe uruchamiane popychaczem, które z kolei otwierały zawory równolegle do tłoków. Marr powrócił do Buicka w 1904 r. (Po zbudowaniu niewielkiej liczby samochodów Marr Auto-Car , z pierwszym znanym silnikiem, w którym zastosowano górny wałek rozrządu), w tym samym roku, w którym Buick otrzymał patent na konstrukcję silnika górnozaworowego. W 1904 roku w Buick Model B wypuszczono pierwszy na świecie produkowany silnik OHV . Silnik był typu flat-twin z dwoma zaworami na cylinder. Silnik był bardzo udany dla Buicka, firma sprzedała 750 takich samochodów w 1905 roku.

Kilku innych producentów zaczęło produkować silniki OHV, takie jak pionowy 4-cylindrowy silnik Wright Brothers 1906–1912 . Jednak silniki z zaworami bocznymi pozostały powszechne aż do późnych lat czterdziestych XX wieku, kiedy zaczęto je wycofywać z silników OHV.

Silniki z krzywką górną

Pierwszy silnik z górnym wałkiem rozrządu (OHC) pochodzi z 1902 roku, jednak przez wiele dziesięcioleci zastosowanie tej konstrukcji ograniczało się głównie do samochodów o wysokich osiągach. Silniki OHC powoli stawały się coraz bardziej powszechne od lat 50. do 90. XX wieku, a na początku XXI wieku większość silników samochodowych (z wyjątkiem niektórych północnoamerykańskich silników V8) stosowała konstrukcję OHC.

Na wyścigu samochodowym Indianapolis 500 w 1994 roku Team Penske zgłosił się do samochodu napędzanego niestandardowym silnikiem popychacza Mercedes-Benz 500I . Ze względu na lukę w przepisach, silnik popychacza mógł korzystać z większej pojemności skokowej i wyższego ciśnienia doładowania, znacznie zwiększając jego moc wyjściową w porównaniu z silnikami OHC używanymi przez inne zespoły. Team Penske zakwalifikował się na pole position i wygrał wyścig z dużym marginesem.

Na początku XXI wieku kilka silników V8 z popychaczem General Motors i Chrysler wykorzystywało zmienną pojemność skokową w celu zmniejszenia zużycia paliwa i emisji spalin. W 2008 roku w Dodge Viper (czwartej generacji) wprowadzono pierwszy seryjny silnik popychacza, w którym zastosowano zmienne fazy rozrządu .

Projekt

Silnik V8 (ze zdjętym kolektorem dolotowym), pokazujący wałek rozrządu, popychacze i wahacze

Silniki OHV mają kilka zalet w porównaniu z silnikami OHC:

  • Mniejsze ogólne opakowanie : konstrukcja cam-in-block silnika OHV skutkuje mniejszym całkowitym rozmiarem w porównaniu z równoważnym silnikiem OHC.
  • Zastosowanie tego samego odlewu głowicy cylindrów dla obu rzędów cylindrów: Silnik OHC wymaga, aby głowice cylindrów były (mniej lub bardziej) lustrzanymi odbiciami siebie nawzajem, ze względu na układ napędowy wałka rozrządu (np. Pasek / łańcuch rozrządu) z przodu każdego z nich bank cylindrów. Silnik OHV może wykorzystywać ten sam odlew głowicy cylindrów dla obu banków, po prostu obracając go na drugim rzędzie.
  • Prostszy układ napędowy wałka rozrządu : silniki OHV mają mniej skomplikowany układ napędowy wałka rozrządu w porównaniu z silnikami OHC . Większość silników OHC napędza wałek rozrządu lub wałki rozrządu za pomocą paska rozrządu , łańcucha lub wielu łańcuchów. Systemy te wymagają użycia napinaczy , które zwiększają złożoność. Natomiast silnik OHV ma wałek rozrządu umieszczony blisko wału korbowego, który może być napędzany znacznie krótszym łańcuchem lub nawet bezpośrednim połączeniem koła zębatego. Jednak jest to nieco negowane przez bardziej złożony układ zaworów, wymagający popychaczy.
  • Prostszy system smarowania : wymagania dotyczące smarowania głowic cylindrów OHV są znacznie mniejsze ze względu na brak wałka rozrządu i powiązanych łożysk do smarowania. Głowice OHV wymagają jedynie smarowania wahaczy na końcu popychacza, czopie i końcówce wahacza. To smarowanie jest zwykle dostarczane przez same popychacze, a nie przez dedykowany system smarowania w głowicy. Mniejsze wymagania dotyczące smarowania mogą również oznaczać zastosowanie mniejszej pompy olejowej o niższej wydajności.

W porównaniu z silnikami OHC, silniki OHV mają następujące wady:

  • Ograniczone prędkości obrotowe silnika : Chociaż silniki OHV mają prostsze układy napędowe wałka rozrządu, w układzie zaworowym występuje większa liczba ruchomych części (tj. Popychacze , popychacze i wahacze). Bezwładność tych części układu zaworowego sprawia, że ​​silniki OHV są bardziej podatne na unoszenie się zaworów przy wysokich prędkościach obrotowych silnika (RPM).
  • Ograniczenia dotyczące liczby i lokalizacji zaworów : silniki OHC często mają cztery zawory na cylinder, podczas gdy w silniku OHV rzadko występuje więcej niż dwa zawory na cylinder. W silnikach OHV wielkość i kształt otworów dolotowych oraz położenie zaworów są ograniczone popychaczami i koniecznością umieszczenia ich w odlewaniu głowicy.

Bibliografia