stringtranslate.com

Двигатель с верхним распредвалом

Головка блока цилиндров OHC (для двигателя Honda D15A3 1987 года )

Двигатель с верхним распределительным валом ( OHC ) — это поршневой двигатель , в котором распределительный вал расположен в головке цилиндров над камерой сгорания . [1] [2] Это контрастирует с более ранними двигателями с верхним расположением клапанов ( OHV), в которых распределительный вал расположен под камерой сгорания в блоке двигателя . [3]

Двигатели с одним верхним распредвалом (SOHC) имеют один распредвал на ряд цилиндров . Двигатели с двумя верхними распредвалами (DOHC, также известные как «twin-cam» [4] ) имеют два распредвала на ряд цилиндров. Первый серийный автомобиль с двигателем DOHC был построен в 1910 году. Использование двигателей DOHC медленно увеличивалось с 1940-х годов, что привело к тому, что к началу 2000-х годов многие автомобили использовали двигатели DOHC.

Дизайн

В двигателе OHC распределительный вал расположен в верхней части двигателя, над камерой сгорания . Это контрастирует с более ранними конфигурациями двигателя с верхним расположением клапанов (OHV) и двигателя с плоской головкой , где распределительный вал расположен внизу в блоке двигателя . Клапаны в двигателях OHC и OHV расположены над камерой сгорания; однако в двигателе OHV требуются толкатели и коромысла для передачи движения от распределительного вала к клапанам, тогда как в двигателе OHC клапаны напрямую приводятся в действие распределительным валом.

По сравнению с двигателями OHV с тем же количеством клапанов, в двигателе OHC меньше возвратно-поступательных компонентов и меньше инерция клапанного механизма. Эта уменьшенная инерция в двигателях OHC приводит к меньшему люфту клапана при более высоких оборотах двигателя (RPM). [1] Недостатком является то, что система, используемая для привода распределительного вала (обычно цепь ГРМ в современных двигателях), более сложна в двигателе OHC, например, 4-цепной клапанный механизм Audi 3.2 или 2-метровая цепь на кулачках Ford. Другим недостатком двигателей OHC является то, что во время ремонта двигателя, когда требуется снятие головки блока цилиндров , необходимо сбросить синхронизацию распределительного вала двигателя . Кроме того, двигатель OHC имеет большую головку блока цилиндров для размещения распределительного вала или дополнительный набор клапанов для увеличения объемной эффективности , так что при том же рабочем объеме, что и двигатель OHV, двигатель OHC в конечном итоге будет физически больше из двух, в основном из-за увеличенной головки блока цилиндров.


Другим основным преимуществом двигателей OHC является большая гибкость в оптимизации размера, расположения и формы впускных и выпускных отверстий, поскольку нет толкателей, которых нужно избегать. [1] Это улучшает поток газа через двигатель, увеличивая выходную мощность и топливную экономичность .

Одинарный верхний распределительный вал (SOHC)

Конструкция SOHC (для Triumph Dolomite Sprint 1973 года )

Самая старая конфигурация двигателя с верхним распредвалом — конструкция с одним верхним распредвалом (SOHC). [1] Двигатель SOHC имеет один распредвал на ряд цилиндров, поэтому рядный двигатель имеет всего один распредвал, а V-образный или плоский двигатель имеет всего два распредвала (по одному на каждый ряд цилиндров).

Большинство двигателей SOHC имеют два клапана на цилиндр, один впускной клапан и один выпускной клапан. [a] Движение распределительного вала обычно передается клапанам либо напрямую (с помощью толкателя), либо косвенно через коромысло . [1]

Двойной верхний распределительный вал (DOHC)

Конструкция DOHC (для двигателя V12)

Двигатель с двойным верхним распредвалом , двойным верхним распредвалом или двухраспредвалом имеет два распредвала над каждым рядом головки цилиндров, [1] [2] один для впускных клапанов и другой для выпускных клапанов. Таким образом, для рядного двигателя имеется два распредвала, а для V-образного или плоского двигателя — всего четыре распредвала.

V -образный или плоский двигатель требует четыре распредвала для работы в качестве двигателя DOHC, поскольку наличие двух распредвалов в общей сложности приведет к тому, что на каждый ряд цилиндров для этих компоновок двигателя придется иметь только один распредвал. Некоторые V-образные двигатели с четырьмя распредвалами продаются как двигатели «quad-cam» [9] , однако технически «quad-cam» потребует четыре распредвала на каждый ряд цилиндров (т. е. восемь распредвалов в общей сложности), поэтому эти двигатели являются просто двигателями с двумя верхними распредвалами .

Многие двигатели DOHC имеют четыре клапана на цилиндр. [b] Распределительный вал обычно управляет клапанами напрямую через тарельчатый толкатель . Конструкция DOHC допускает более широкий угол между впускными и выпускными клапанами, чем в двигателях SOHC, что улучшает поток воздушно-топливной смеси через двигатель. Еще одним преимуществом является то, что свечу зажигания можно разместить в оптимальном месте, что, в свою очередь, повышает эффективность сгорания . Еще одним новым преимуществом конструкции двигателя DOHC является возможность независимого изменения/фазировки синхронизации между каждым распределительным валом и коленчатым валом. Это обеспечивает лучшую экономию топлива, позволяя использовать более широкую кривую крутящего момента. Хотя у каждого крупного производителя есть собственное торговое название для своей конкретной системы систем переменной фазировки распредвала, в целом все они классифицируются как системы с переменной фазой газораспределения .

Компоненты

Ремень ГРМ / цепь ГРМ

Резиновый ремень ГРМ во время установки

Вращение распределительного вала приводится в движение коленчатым валом . Во многих двигателях 21-го века для привода распределительного вала используется зубчатый ремень ГРМ, изготовленный из резины и кевлара. [1] [10] Ремни ГРМ недороги, производят минимальный шум и не нуждаются в смазке. [11] : 93  Недостатком ремней ГРМ является необходимость регулярной замены ремня; [11] : 94  рекомендуемый срок службы ремня обычно составляет приблизительно 50 000–100 000 км (31 000–62 000 миль). [11] : 94–95  [12] : 250  Если ремень ГРМ не заменить вовремя и он выйдет из строя, а двигатель станет двигателем с помехами , возможны серьезные повреждения двигателя.

Первым известным автомобильным применением ремней ГРМ для привода верхних распределительных валов был гоночный автомобиль Devin-Panhard 1953 года , построенный для гоночной серии SCCA H-modified в Соединенных Штатах. [13] : 62  Эти двигатели были основаны на двухцилиндровых двигателях Panhard OHV, которые были преобразованы в двигатели SOHC с использованием компонентов от мотоциклетных двигателей Norton. [13] : 62  Первым серийным автомобилем, в котором использовался ремень ГРМ, было компактное купе Glas 1004 1962 года . [14]

Другим методом привода распределительного вала, обычно используемым в современных двигателях, является цепь ГРМ , состоящая из одного или двух рядов металлических роликовых цепей . [1] [10] К началу 1960-х годов большинство серийных конструкций автомобильных верхних распределительных валов использовали цепи для привода распределительного вала(ов). [15] : 17  Цепи ГРМ обычно не требуют замены через регулярные промежутки времени, однако недостатком является то, что они более шумные, чем ремни ГРМ. [12] : 253 

Зубчатая передача

Система зубчатой ​​передачи между коленчатым валом и распределительным валом обычно используется в дизельных двигателях с верхним распределительным валом, используемых в тяжелых грузовиках. [16] Зубчатые передачи обычно не используются в двигателях для легких грузовиков или автомобилей. [1]

Другие системы привода распределительного вала

Мотоциклетный двигатель Norton с распредвалом, приводимым в действие коническим валом

Несколько двигателей OHC вплоть до 1950-х годов использовали вал с коническими шестернями для привода распределительного вала. Примерами служат Maudslay 25/30 1908–1911 годов , [17] [18] Bentley 3 Litre , [19] Liberty L-12 1917-? годов , [20] MG Midget 1929–1932 годов , Velocette K series 1925–1948 годов , [21] Norton International 1931–1957 годов и Norton Manx 1947–1962 годов . [22] В более позднее время в двигателях Ducati Single 1950-1974 годов , [23] Ducati L-twin 1973-1980 годов , мотоциклетных двигателях Kawasaki W650 1999-2007 годов и Kawasaki W800 2011-2016 годов использовались конические валы. [24] [25] Четырехцилиндровый двигатель Crosley был последним автомобильным двигателем, в котором для привода распределительного вала использовалась конструкция башни вала, с 1946 по 1952 год; права на формат двигателя Crosley были куплены несколькими разными компаниями, включая General Tire в 1952 году, за которой последовали Fageol в 1955 году, Crofton в 1959 году, Homelite в 1961 году и Fisher Pierce в 1966 году, после того как Crosley закрыл двери автомобильного завода, и они продолжали производить тот же двигатель еще несколько лет.

Привод распределительного вала, использующий три набора кривошипов и шатунов параллельно, использовался в автомобиле класса люкс Leyland Eight 1920–1923 годов , выпущенном в Великобритании. [26] [27] [28] Похожая система использовалась в Bentley Speed ​​Six 1926–1930 годов и Bentley 8 Litre 1930–1932 годов . [28] [29] Двухштоковая система с противовесами на обоих концах использовалась во многих моделях NSU Prinz 1958–1973 годов . [15] : 16–18 

История

1900–1914

Среди первых двигателей с верхним распредвалом были двигатель Maudslay SOHC 1902 года, построенный в Великобритании [18] : 210  [15] : 906  [30] и двигатель Marr Auto Car SOHC 1903 года, построенный в Соединенных Штатах. [31] [32] Первым двигателем DOHC был гоночный четырехцилиндровый рядный двигатель Peugeot, который устанавливался на автомобиль, выигравший Гран-при Франции 1912 года . Другой Peugeot с двигателем DOHC выиграл Гран-при Франции 1913 года , за ним последовал Mercedes-Benz 18/100 GP с двигателем SOHC, выигравший Гран-при Франции 1914 года .

Isotta Fraschini Tipo KM , выпускавшийся в Италии с 1910 по 1914 год, был одним из первых серийных автомобилей, использовавших двигатель SOHC. [33]

Первая мировая война

Головка блока цилиндров DOHC авиационного двигателя Napier Lion 1917–1930 гг.

Во время Первой мировой войны как союзные , так и центральные державы , в частности военно- воздушные силы Германской империи , стремились быстро применить технологию верхнего распредвала гоночных двигателей к военным авиадвигателям. Двигатель SOHC от автомобиля Mercedes 18/100 GP (который выиграл Гран-при Франции 1914 года) стал отправной точкой для авиадвигателей как Mercedes, так и Rolls-Royce. Mercedes создал серию шестицилиндровых двигателей, кульминацией которых стал Mercedes D.III . Rolls-Royce провел обратную разработку конструкции головки блока цилиндров Mercedes на основе гоночного автомобиля, оставленного в Англии в начале войны, что привело к созданию двигателя Rolls-Royce Eagle V12. Другие конструкции SOHC включали испанский двигатель Hispano-Suiza 8 V8 (с полностью закрытой трансмиссией), американский двигатель Liberty L-12 V12, который был тесно связан с более поздней конструкцией частично открытого SOHC-клапанного механизма Mercedes D.IIIa; и разработанный Максом Фрицем немецкий рядный шестицилиндровый двигатель BMW IIIa . Двигатель DOHC Napier Lion W12 производился в Великобритании с 1918 года.

Большинство этих двигателей использовали вал для передачи привода от коленчатого вала к распределительному валу в верхней части двигателя. Большие авиационные двигатели, особенно двигатели с воздушным охлаждением, испытывали значительное тепловое расширение, в результате чего высота блока цилиндров изменялась в рабочих условиях. Это расширение вызывало трудности для двигателей с толкателем, поэтому двигатель с верхним распределительным валом, использующий привод вала со скользящим шлицем, был самым простым способом обеспечить это расширение. Эти конические валы обычно находились во внешней трубке снаружи блока и были известны как «башенные валы». [34]

1919–1944

1933 Bugatti Type 59 рядный восьмицилиндровый гоночный двигатель Гран-при

Ранним американским двигателем с верхним распределительным валом был рядный восьмицилиндровый двигатель SOHC, использовавшийся в автомобиле класса люкс Duesenberg Model A 1921–1926 годов . [35]

В 1926 году Sunbeam 3 Litre Super Sports стал первым серийным автомобилем, использовавшим двигатель DOHC. [36] [37]

В Соединенных Штатах Duesenberg добавил двигатели DOHC (наряду с уже существующими двигателями SOHC) с выпуском Duesenberg Model J в 1928 году , который был оснащен рядным восьмицилиндровым двигателем DOHC. Stutz DV32 1931–1935 годов был еще одним ранним американским автомобилем класса люкс, использовавшим двигатель DOHC. Также в Соединенных Штатах в 1933 году был представлен гоночный двигатель DOHC Offenhauser . Этот рядный четырехцилиндровый двигатель доминировал в гонках с открытыми колесами в Северной Америке с 1934 по 1970-е годы.

Другие ранние автомобильные двигатели SOHC были 1920–1923 Wolseley Ten , 1928–1931 MG 18/80 , 1926–1935 Singer Junior и 1928–1929 Alfa Romeo 6C Sport . Ранние мотоциклы с верхним распредвалом включали 1925–1949 Velocette K Series и 1927–1939 Norton CS1 .

1945–настоящее время

Двигатель Crosley CoBra SOHC 1946–1949 гг.

Crosley CC Four 1946–1948 годов, возможно, был первым американским автомобилем массового производства, в котором использовался двигатель SOHC. [38] [39] [40] Этот небольшой двигатель массового производства был установлен на победителе гонки «12 часов Себринга» 1950 года . [38] : 121 

Использование конфигурации DOHC постепенно увеличивалось после Второй мировой войны, начиная со спортивных автомобилей. Знаковыми двигателями DOHC этого периода являются рядный шестицилиндровый двигатель Lagonda 1948–1959 годов , рядный шестицилиндровый двигатель Jaguar XK 1949–1992 годов и рядный четырехцилиндровый двигатель Alfa Romeo Twin Cam 1954–1994 годов. [41] [42] Рядный четырехцилиндровый двигатель Fiat Twin Cam 1966–2000 годов был одним из первых двигателей DOHC, в котором вместо цепи ГРМ использовался зубчатый ремень ГРМ. [43]

В 1980-х годах потребность в повышении производительности при одновременном снижении расхода топлива и выбросов выхлопных газов привела к увеличению использования двигателей DOHC в основных транспортных средствах, начиная с японских производителей. [41] К середине 2000-х годов большинство автомобильных двигателей использовали схему DOHC. [ требуется ссылка ]

Смотрите также

Сноски

  1. ^ Однако несколько двигателей, таких как двигатель Triumph Dolomite Sprint 1973 года и двигатель Honda J Series V6, имели/имеют конфигурацию SOHC с четырьмя клапанами на цилиндр. Это достигалось за счет расположения распределительного вала в центре головки блока цилиндров, а коромысла одинаковой длины приводили впускные и выпускные клапаны в действие. [5] Такое расположение использовалось для обеспечения четырех клапанов на цилиндр при минимизации массы клапанного механизма и минимизации общего размера двигателя. [6] [7] [8]
  2. ^ Однако двигатели DOHC с двумя клапанами на цилиндр включают двигатель Alfa Romeo Twin Cam , двигатель Jaguar XK6 , ранний двигатель Ford I4 DOHC , двигатель 10V Volvo Modular и двигатель Lotus Ford Twin Cam .

Ссылки

  1. ^ abcdefghi Hillier, VAW (2012) [Впервые опубликовано в 1966]. "2". Основы технологии автотранспортных средств (учебник для академических целей). Том. Книга 1. Совместно с: ( IMI ) (6-е изд.). Nelson Thornes Ltd. ISBN 9781408515181.
  2. ^ ab Stoakes, Graham; Sykes, Eric; Whittaker, Catherine (2011). "3". Принципы обслуживания и ремонта легковых автомобилей . Обучение на основе работы Heinmann. Babcock International Group и Graham Stoakes. стр. 208–209. ISBN 9780435048167.
  3. ^ "Двигатели OHV, OHC, SOHC и DOHC (двойной распредвал) - Автомобильный иллюстрированный глоссарий". www.samarins.com . Получено 20 сентября 2018 г.
  4. ^ Двигатель Harley-Davidson Twin Cam , двигатель Fiat Twin Cam , двигатель Alfa Romeo Twin Cam , двигатель Quad 4 , двигатель Lotus-Ford Twin Cam
  5. ^ Хезелтайн, Ричард (июнь 2010 г.). Робак, Найджел (ред.). «Triumph Dolomite Sprint». Motor Sport . 86 (6). Лондон, Великобритания: 122. ISSN  0027-2019 . Получено 29 марта 2015 г.
  6. ^ Льюис, Джимми (ноябрь 2001 г.). Эдвардс, Дэвид (ред.). "Новинка 2002 года: Honda CR250R CRF450R". Cycle World . 40 (11). Журналы Hachette-Filipacchi: 62. ISSN  0011-4286 . Получено 2 января 2015 г.
  7. ^ "How It Works: Honda Unicam® Engines". www.honda.com . 23 января 2013 г. Архивировано из оригинала 22 февраля 2014 г. Получено 2 января 2015 г.
  8. ^ "2010 Honda VFR1200A First Ride". www.moto123.com . 19 октября 2009 г. Архивировано из оригинала 2 января 2015 г. Получено 2 января 2015 г.
  9. ^ "Технически интересно: Ford Indy DOHC V8". Принесите трейлер . 26 апреля 2018 г. Получено 6 сентября 2022 г.
  10. ^ ab "Мотоцикл Дэна 'Cam Drives'". www.dansmc.com . Получено 29 августа 2012 г. .
  11. ^ abc Decker, John (июнь 1993 г.). Oldham, Joe (ред.). "Saturday Mechanic: Replacecing Your Timing Belt". Popular Mechanics . 170 (6). New York, NY US: Hearst. ISSN  0032-4558 . Получено 1 марта 2015 г.
  12. ^ ab Dorries, Элизабет Х. (2005). TechOne: Ремонт автомобильных двигателей. Клифтон Парк, Нью-Йорк, США: Thompson Delmar Learning. ISBN 1-4018-5941-0. LCCN  2004057974 . Получено 1 марта 2015 г. .
  13. ^ ab Pace, Harold W.; Brinker, Mark R. (2004). Vintage American Road Racing Cars 1950-1969. Сент-Пол, MN, США: MotorBooks International. стр. 62. ISBN 0-7603-1783-6. Получено 27 февраля 2015 г.
  14. ^ Норби, Ян П. (1984). «Расширяя совершенство: 5-я и 3-я серии» . BMW — баварские машины для вождения . Скоки, Иллинойс: Publications International. стр. 191. ISBN 0-517-42464-9.
  15. ^ abc Бодди, Уильям (январь 1964). "Случайные мысли об OHC" Motor Sport . XL (1). Лондон, Великобритания: Teesdale Publishing.
  16. ^ Беннетт, Шон (2014-01-01). Современные дизельные технологии: дизельные двигатели. Стэмфорд, Коннектикут, США: Cengage Learning. стр. 88–89, 362. ISBN 978-1-285-44296-9. Получено 4 января 2015 г. . В большинстве коммерческих дизелей OHC имеют шестеренчатый привод.
  17. ^ Boddy, William (август 1972). Boddy, William (ред.). "An Edwardian Overhead-Camshaft 25/30 Maudslay". Motor Sport . XLVIII (8). Лондон, Великобритания: Teesdale Publishing: 909. Архивировано из оригинала 6 февраля 2015 года . Получено 6 февраля 2015 года .
  18. ^ ab Culshaw, David; Horrobin, Peter (2013) [1974]. "Maudslay". Полный каталог британских автомобилей 1895 - 1975 (электронная книга). Poundbury, Dorchester, UK: Veloce Publishing. стр. 210. ISBN 978-1-845845-83-4.
  19. ^ Норби, Ян П. (1981). Полный справочник по автомобильным силовым агрегатам. Tab Books. стр. 318. ISBN 0-8306-2069-9. LCCN  79026958 . Получено 7 января 2015 г. .
  20. ↑ Департамент, Бюро по производству самолетов США, Инженерное дело самолетов (4 марта 1918 г.). «Бюллетень Департамента инженерного дела самолетов США» Военное министерство, Бюро по производству самолетов, Инженерное дело самолетов – через Google Books.
  21. ^ Кэмерон, Кевин (март 2004 г.). "TDC: Маленькие вещи". Cycle World . 43 (3): 14. ISSN  0011-4286 . Получено 7 января 2015 г.
  22. ^ Уилсон, Хьюго (1995). «Мотоциклы от AZ». Энциклопедия мотоцикла . Лондон, Великобритания: Dorling Kindersley. стр. 144. ISBN 0-7513-0206-6.
  23. ^ Уокер, Мик (2003) [1991]. "4 Engine". Ducati Singles Restoration. Сент-Пол, MN, США: Motorbooks International. стр. 48. ISBN 0-7603-1734-8. Получено 4 января 2015 г.
  24. ^ "2015 W800". www.kawasaki.eu . Получено 19 декабря 2019 .
  25. ^ Эш, Кевин (26 октября 2011 г.). "Обзор Kawasaki W800". The Telegraph . Архивировано из оригинала 21 июня 2013 г.
  26. ^ Патент США 1495620 A, Джон Годфри Перри Томас, «Двигатель внутреннего сгорания», выдан 27 мая 1924 г. 
  27. ^ Патент США 1,495,620
  28. ^ ab Boddy, William (март 1974). Boddy, William (ред.). "How Did The Leyland Eight Rate?". Motor Sport . L (3): 230. Получено 3 января 2015 г.
  29. ^ Брукс, Филип С. (2009). Карпентер, Ронда; Ивалани, Кахикина (ред.). «Могучие шестерки». Настольный дневник Международного клуба владельцев Rolls-Royce и Bentley 2010. Тампа, Флорида, США: Faircount: 27, 32.
  30. ^ 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. ИСБН 0525932542. LCCN  81-71857.
  31. ^ "Marr Auto Car Company". www.marrautocar.com . Архивировано из оригинала 11 апреля 2018 года.
  32. ^ Кимс, Беверли Рэй (2007). Уолтер Л. Марр: Удивительный инженер Buick . Racemaker Press. стр. 40. ISBN 978-0976668343.
  33. ^ "1913 Isotta Fraschini 100-120 л.с. Tipo KM 4 Four-Seat Torpedo Tourer - Аукционный лот". www.motorbase.com . Получено 29 декабря 2019 г. .
  34. ^ Торп, Лесли Аарон (1936). Учебник по авиации: новая система обучения кадетов в наземной школе. Том 3. Aviation Press. С. 14–15 . Получено 27 февраля 2015 г. Верхние распределительные валы приводятся в действие коническими шестернями и вертикальными валами, известными как башенные валы.
  35. ^ Мюллер, Майк (2006). "Глава 6 - Колесница богов Duesenberg Straight Eight". Американская лошадиная сила 100 лет великих автомобильных двигателей. Сент-Пол, Миннесота, США: Motorbooks. стр. 51. ISBN 978-0-7603-2327-4. LCCN  2006017040 . Получено 2015-02-02 .
  36. ↑ «Говоря о спортивных автомобилях: Sunbeam трехлитровый». Autocar . 147 (№ 4221): 69–71. 1 октября 1977 г.
  37. ^ Georgano, GN (1985). Автомобили: ранние и винтажные, 1886-1930 . Лондон: Grange-Universal.
  38. ^ ab Simanaitis, Dennis (январь 1994 г.). Bryant, Thos L. (ред.). "Tech Tidbits". Road & Track . 45 (6). Newport Beach, CA US: Hachette Filipacchi Magazines: 121. ISSN  0035-7189.
  39. ^ "Семейное древо двигателей Crosley - годы Тейлора". www.crosleyautoclub.com . Получено 19 декабря 2019 г. .
  40. ^ "Семейное древо двигателей Crosley - годы CoBra". www.crosleyautoclub.com . Получено 19 декабря 2019 г. .
  41. ^ ab "Эхо прошлого — история и эволюция двигателей с двумя распредвалами". www.EuropeanCarWeb.com . European Car Magazine, Источник Interlink Media. Февраль 2009. Архивировано из оригинала 3 марта 2012 . Получено 29 августа 2012 .
  42. ^ "Technical- Boxer History". www.alfisti.co.uk . Архивировано из оригинала 29 марта 2013 года.
  43. ^ "Старая реклама Fiat с Аурелио Лампреди". www.kinja-img.com . Получено 31 января 2015 г. .