Тип конструкции клапанного механизма поршневого двигателя
Компоненты традиционного клапанного механизма двигателя с верхним расположением клапанов
Двигатель с верхним расположением клапанов (OHV) , иногда называемый двигателем с толкателем , представляет собой поршневой двигатель , клапаны которого расположены в головке блока цилиндров над камерой сгорания. Это контрастирует с двигателями с плоской головкой , где клапаны располагались под камерой сгорания в блоке цилиндров .
Хотя двигатель с верхним расположением распределительного вала (OHC) также имеет верхние клапаны, обычное использование термина «двигатель с верхним расположением клапанов» ограничивается двигателями, в которых распределительный вал расположен в блоке цилиндров. В этих традиционных двигателях с верхним расположением клапанов движение распределительного вала передается с помощью толкателей (отсюда и термин «двигатель с толкателями») и коромысел для управления клапанами в верхней части двигателя. Тем не менее, в некоторых конструкциях распределительный вал находится в головке блока цилиндров, но все же располагается под клапанами или рядом с ними ( хорошими примерами являются Ford CVH и Opel CIH ), поэтому их по сути можно считать конструкциями с верхним расположением клапанов.
В некоторых ранних двигателях с впуском над выпуском использовалась гибридная конструкция, сочетающая элементы как боковых, так и верхних клапанов. [1]
Первые двигатели внутреннего сгорания были основаны на паровых двигателях и поэтому использовали золотниковые клапаны . [2] Так было с первым двигателем Отто , который впервые был успешно запущен в 1876 году. Поскольку двигатели внутреннего сгорания начали развиваться отдельно от паровых двигателей, тарельчатые клапаны становились все более распространенными.
Начиная с Daimler Reitwagen 1885 года , в нескольких автомобилях и мотоциклах использовались впускные клапаны, расположенные в головке блока цилиндров, однако эти клапаны приводились в действие вакуумом («атмосферно»), а не приводились от распределительного вала, как в типичных двигателях с верхним расположением клапанов. Выпускные клапаны приводились в движение распределительным валом, но располагались в блоке цилиндров, как и в двигателях с боковыми клапанами.
В прототипе дизельного двигателя 1894 года использовались верхние тарельчатые клапаны, приводимые в действие распределительным валом, толкателями и коромыслами, [3] [4] поэтому он стал первым двигателем с верхним расположением клапанов. В 1896 году Уильям Ф. Дэвис получил патент США № 563 140 на двигатель OHV с жидкой охлаждающей жидкостью, используемой для охлаждения головки блока цилиндров, [5] [6] , но рабочая модель так и не была построена.
Производство двигателей OHV
В 1898 году производитель велосипедов Уолтер Лоренцо Марр в США построил трехколесный велосипед с электроприводом, оснащенный одноцилиндровым двигателем OHV. [7] Марр был нанят компанией Buick (тогда называвшейся Buick Auto-Vim and Power Company ) в 1899–1902 годах, где конструкция двигателя с верхним расположением клапанов была дополнительно усовершенствована. [8] В этом двигателе использовались коромысла, приводимые в действие толкателями, которые, в свою очередь, открывали тарельчатые клапаны параллельно поршням. Марр вернулся в Buick в 1904 году (построив небольшое количество автомобилей Marr Auto-Car с одним из первых известных двигателей, в которых использовался верхний распределительный вал), в том же году, когда Buick получил патент на конструкцию двигателя с верхним расположением клапанов. В 1904 году первый в мире серийный двигатель с верхним расположением клапанов был выпущен в автомобиле Buick Model B. Двигатель представлял собой плоско-двухцилиндровый двигатель с двумя клапанами на цилиндр. Двигатель имел большой успех для Buick: в 1905 году компания продала 750 таких автомобилей, а с тех пор двигатель с верхним расположением клапанов использовался почти во всех автомобилях Buick.
Несколько других производителей начали производить двигатели с верхним расположением клапанов, например, вертикальный 4-цилиндровый двигатель братьев Райт 1906–1912 годов . [9] [10] В 1911 году Chevrolet присоединилась к Buick, почти исключительно используя двигатели OHV. [11] Однако двигатели с боковым расположением клапанов оставались обычным явлением до середины-конца 1960-х годов, [12] когда они начали постепенно вытесняться из двигателей OHV.
Двигатели с верхним расположением распредвала
Первый двигатель с верхним расположением распределительного вала (OHC) появился в 1902 году на модели Marr ; [13] однако в течение многих десятилетий использование этой конструкции в основном ограничивалось высокопроизводительными автомобилями. Двигатели OHC постепенно становились все более распространенными с 1950-х по 1990-е годы, и к началу 21 века в большинстве автомобильных двигателей (за исключением некоторых североамериканских двигателей V8) использовалась конструкция OHC. [14]
На автогонках «Индианаполис 500» 1994 года команда Пенске участвовала в автомобиле, оснащенном специально изготовленным двигателем Mercedes-Benz 500I . Из-за лазейки в правилах двигателю с толкателем было разрешено использовать больший рабочий объем и более высокое давление наддува, что значительно увеличило его выходную мощность по сравнению с двигателями OHC, используемыми другими командами. Команда Пенске квалифицировалась с поул-позицией и выиграла гонку с большим отрывом.
Двигатель V8 (со снятым впускным коллектором), показаны распределительный вал, толкатели и коромысла.
Двигатели OHV имеют ряд преимуществ по сравнению с двигателями OHC:
Меньший общий размер: конструкция двигателя с верхним расположением клапанов с расположением распредвала обеспечивает меньший общий размер по сравнению с эквивалентным двигателем с верхним расположением клапанов, который может иметь значительные преимущества в отношении центра тяжести и высоты капота. [16]
Использование одной и той же отливки головки блока цилиндров для обоих рядов цилиндров: конструкция двигателя V-типа позволяет обеим головкам цилиндров быть зеркальным отражением друг друга в передней части каждого ряда цилиндров. В конструкции двигателя с верхним расположением клапанов V-образного типа можно использовать одну и ту же отливку головки блока цилиндров для обоих рядов цилиндров, просто перевернув ее для второго ряда. Семейство малоблочных двигателей General Motors LS является популярным примером двигателей V-образного типа с верхним расположением клапанов.
Более простая система привода распределительного вала: двигатели с верхним расположением клапанов имеют менее сложную систему привода распределительного вала по сравнению с двигателями с верхним расположением клапанов . [16] Большинство двигателей с верхним расположением распределительного вала приводят в движение распределительный вал или распределительные валы с помощью ремня ГРМ , цепи или нескольких цепей. Эти системы требуют использования натяжителей , что усложняет работу. Напротив, в двигателе с верхним расположением клапанов распределительный вал расположен близко к коленчатому валу, который может приводиться в движение гораздо более короткой цепью или даже прямым зубчатым соединением. Однако это несколько сводится на нет более сложным клапанным механизмом, требующим толкателей.
Упрощенная система смазки: требования к смазке головок цилиндров верхнего расположения намного ниже. поскольку у них нет распределительного вала и связанных с ним подшипников для смазки (скорее, они обычно имеют один распределительный вал внутри блока, тогда как двигатель с верхним расположением валов может иметь два на ряд цилиндров, что требует наличия масляных каналов в головке блока цилиндров). Головки верхнеклапанного двигателя нуждаются в смазке только коромысел на конце толкателя, цапфы и кончика коромысла. Эта смазка обычно обеспечивается через сами полые толкатели, а не через специальную систему смазки в головке. Снижение требований к смазке также может означать, что используется масляный насос меньшего размера и меньшей производительности.
По сравнению с двигателями OHC двигатели OHV имеют следующие недостатки:
Ограниченные обороты двигателя. Хотя двигатели с верхним расположением клапанов имеют более простую систему привода распределительного вала, в клапанном механизме имеется большее количество движущихся частей (т. е. толкателей, толкателей и коромысел). Инерция этих деталей клапанного механизма делает двигатели с верхним расположением клапанов более восприимчивыми к скольжению клапана на высоких оборотах двигателя (об/мин). [1]
Ограничения на количество и расположение клапанов: двигатели с верхним расположением клапанов часто имеют четыре клапана на цилиндр, [17] тогда как двигатель с верхним расположением клапанов редко имеет более двух клапанов на цилиндр. В двигателях OHV размер и форма впускных каналов, а также положение клапанов ограничены толкателями и необходимостью размещения их в отливке головки.
Рекомендации
^ Ab Nice, Карим (13 декабря 2000 г.). «HowStuffWorks «Конфигурации распределительного вала»». Auto.howstuffworks.com. Архивировано из оригинала 2 февраля 2016 г. Проверено 7 сентября 2011 г.
^ «Часть I: V-образные двигатели» . www.topspeed.com . 29 июля 2006 г. Проверено 13 декабря 2019 г.[ постоянная мертвая ссылка ]
^ Дизель, Рудольф (1913). Die Entstehung des Dieselmotors . Берлин: Шпрингер. п. 17. ISBN978-3-642-64940-0.
^ Дизель, Рудольф (1893). Theorie und Konstruktion einesrationellen Wärmemotors zum Ersatz der Dampfmaschinen und der heute bekannten Verbrennungsmotoren . Берлин: Springer Berlin Heidelberg. стр. 5, 62. ISBN.978-3-642-64949-3.
^ «Патент США 563140». Архивировано из оригинала 28 августа 2017 г. Проверено 7 июня 2017 г.
^ «Патентные изображения». pdfpiw.uspto.gov . Архивировано из оригинала 28 августа 2017 года . Проверено 8 мая 2018 г.
^ Каймс, Беверли Рэй ; Кокс, Джеймс Х. (2007). Уолтер Л. Марр, потрясающий инженер Buick . Бостон: Racemaker Press. п. 14.
^ «Бьюик, полная история», третье изд., 1987, Терри П. Данэм и Лоуренс Гастин.
^ Хоббс, Леонард С. Двигатели братьев Райт и их конструкция. Вашингтон, округ Колумбия: издательство Смитсоновского института, 1971, стр. 61, 63.
^ "Двигатели Райта". Архивировано из оригинала 28 апреля 2016 года.
^ "Общие характеристики Chevrolet 1930-х годов" .
^ «Какой был последний год для нового американского автомобиля с двигателем Flathead?» 20 декабря 2018 г.
^ Georgano, GN (1982) [1968]. «Модслей». В Джорджано, Дж.Н. (ред.). Новая энциклопедия автомобилей с 1885 года по настоящее время (Третье изд.). Нью-Йорк: EP Даттон. п. 407. ИСБН0-525-93254-2. LCCN 81-71857.
^ Теперь такие производители, как Honda, даже используют двигатели с верхним расположением валов для газонокосилок!
^ "Международная автомобильная инженерия онлайн: Информационный бюллетень о технологиях силовых агрегатов" . Саэ.орг. Архивировано из оригинала 5 августа 2011 г. Проверено 7 сентября 2011 г.
^ аб Вебстер, Ларри (май 2004 г.). «Двигатель с толкателем наконец-то получил должное». Автомобиль и водитель . Архивировано из оригинала 26 августа 2014 года . Проверено 31 декабря 2014 г.
^ «В чем разница между двигателями OHV, OHC, SOHC и DOHC?». www.samarins.com . Проверено 19 декабря 2019 г.