.jpg/1280px-Single-cylinder_T-head_engine_(Autocar_Handbook,_13th_ed,_1935).jpg)
Двигатель с плоской головкой , также известный как двигатель с боковым расположением клапанов [1] [2] или двигатель с клапанами в блоке цилиндров , представляет собой двигатель внутреннего сгорания , в котором тарельчатые клапаны расположены внутри блока цилиндров , а не в головке цилиндров , как в двигателе с верхним расположением клапанов .
Flatheads широко использовались производителями автомобилей по всему миру с конца 1890-х до середины 1960-х годов [3], но были заменены более эффективными верхнеклапанными и верхнераспределительными двигателями . В настоящее время они переживают возрождение в низкооборотистых авиадвигателях, таких как D-Motor . [4]
Клапанный механизм состоит из распределительного вала, расположенного низко в блоке цилиндров, который управляет тарельчатыми клапанами через толкатели и короткие толкатели (или иногда вообще без толкателей). Система с плоской головкой устраняет необходимость в дополнительных компонентах клапанного механизма, таких как длинные толкатели, коромысла, верхние клапаны или верхние распредвалы . [5] Боковые клапаны обычно смежные, расположены на одной стороне цилиндра(ов), хотя некоторые плоские головки используют менее распространенный вариант «T-образной головки» с «перекрестным потоком» . В двигателе с T-образной головкой выхлопные газы выходят с противоположной стороны цилиндра от впускного клапана.
Камера сгорания двигателя с боковым расположением клапанов находится не над поршнем (как в двигателе с верхним расположением клапанов), а сбоку, над клапанами. Свеча зажигания может быть расположена над поршнем (как в двигателе с верхним расположением клапанов) или над клапанами; но конструкции самолетов с двумя свечами на цилиндр могут использовать одно или оба положения. [6]
«Всплывающие поршни» могут использоваться с совместимыми головками для увеличения степени сжатия и улучшения формы камеры сгорания для предотвращения детонации . [7] «Всплывающие» поршни так называются, потому что в верхней мертвой точке они выступают над верхней частью блока цилиндров.
Преимущества двигателя с боковым расположением клапанов включают в себя: простоту, надежность, малое количество деталей, низкую стоимость, малый вес, компактность, отзывчивую мощность на низких оборотах, низкий механический шум двигателя и нечувствительность к низкооктановому топливу. Отсутствие сложного клапанного механизма позволяет создать компактный двигатель, который дешев в производстве, поскольку головка цилиндра может быть немного больше, чем простая металлическая отливка. Эти преимущества объясняют, почему двигатели с боковым расположением клапанов использовались для легковых автомобилей в течение многих лет, в то время как конструкции с верхним расположением клапанов стали использоваться только для высокопроизводительных приложений, таких как самолеты , автомобили класса люкс , спортивные автомобили и некоторые мотоциклы . [ требуется цитата ]
В верхней мертвой точке поршень оказывается очень близко к плоской части головки цилиндра выше, и результирующая хлюпающая турбулентность обеспечивает превосходное смешивание топлива и воздуха. Особенностью конструкции бокового клапана (особенно полезной для авиадвигателя) является то, что если клапан заклинит в направляющей и останется частично открытым, поршень не будет поврежден, и двигатель продолжит безопасно работать на других цилиндрах. [ необходима цитата ]
Основными недостатками двигателя с боковыми клапанами являются плохой поток газа, плохая форма камеры сгорания и низкая степень сжатия, все это приводит к низкооборотистому двигателю с низкой выходной мощностью [8] и низкой эффективностью. [9] Поскольку двигатели с боковыми клапанами не сжигают топливо эффективно, они страдают от высоких выбросов углеводородов. [10]
Двигатели с боковыми клапанами могут использоваться только для двигателей, работающих по принципу Отто . Форма камеры сгорания не подходит для дизельных двигателей , [11] которым требуется высокая степень сжатия для воспламенения .
В двигателе с боковыми клапанами впускные и выпускные газы следуют по окружному пути с низкой объемной эффективностью или «плохим дыханием», не в последнюю очередь потому, что выхлопные газы мешают входящему заряду. Поскольку выхлопные газы проходят длинный путь, чтобы покинуть двигатель, существует тенденция к перегреву двигателя . (Примечание: это справедливо для двигателей V-типа с плоской головкой, но менее актуально для рядных двигателей, которые обычно имеют впускные и выпускные отверстия на одной стороне блока двигателя.) Хотя двигатель с боковыми клапанами может безопасно работать на высокой скорости, его объемная эффективность быстро ухудшается, так что высокая выходная мощность невозможна на скорости. Высокая объемная эффективность была менее важна для ранних автомобилей, потому что их двигатели редко выдерживали длительные высокие скорости, но конструкторам, стремящимся к более высокой выходной мощности, пришлось отказаться от боковых клапанов. Компромиссом, использовавшимся в Willys Jeep , Rover , Land Rover и Rolls-Royce в 1950-х годах, стала система клапанов «F-head» (или «впуск-над-выпуском»), которая имела один боковой клапан и один верхний клапан на цилиндр. [12]
Удлиненная камера сгорания плоскоголового двигателя склонна к преждевременному зажиганию (или «стуку»), если степень сжатия увеличивается, но усовершенствования, такие как лазерное зажигание или микроволновое зажигание, могут помочь предотвратить стук. [13] Канавки турбулентности могут увеличить завихрение внутри камеры сгорания, тем самым увеличивая крутящий момент, особенно на низких оборотах. Лучшее смешивание заряда топлива и воздуха улучшает сгорание и помогает предотвратить стук. [14] [15] [16] [17]
Прогресс в технологии двигателей с плоской головкой стал результатом экспериментов сэра Гарри Рикардо в 1920-х годах , который повысил их эффективность после изучения характеристик газового потока двигателей с боковым расположением клапанов. [18] [9] [ необходимо разъяснение ]
Сложность проектирования двигателей с высокой степенью сжатия и плоской головкой блока цилиндров означает, что большинство из них, как правило, используют конструкции с искровым зажиганием, а дизели с плоской головкой блока цилиндров практически неизвестны.
Расположение боковых клапанов было особенно распространено в Соединенных Штатах и использовалось для двигателей автотранспортных средств, даже для двигателей с высокой удельной выходной мощностью. [11] Конструкции боковых клапанов по-прежнему распространены для многих небольших одноцилиндровых или двухцилиндровых двигателей, таких как газонокосилки , почвофрезы , двухколесные тракторы и другая базовая сельскохозяйственная техника . [ требуется ссылка ]
Многоцилиндровые двигатели с плоской головкой использовались для таких автомобилей, как Ford Model T и Ford Model A , двигатель Ford flathead V8 и двигатель Ford Sidevalve . Cadillac производил двигатели V-16 с плоской головкой для своих автомобилей класса люкс Series 90 с 1938 по 1940 год. [19] Packard производил рядные 8-цилиндровые двигатели с плоской головкой до 1954 года. Также в британских Morris Eight и Morris Minor series I.
После Второй мировой войны , конструкции с плоской головкой стали заменяться конструкциями с верхним расположением клапанов (OHV). Плоские головки больше не были распространены в автомобилях , но они продолжали использоваться в более примитивных транспортных средствах, таких как внедорожные военные джипы . В кругах американских автолюбителей и любителей хот-родов до сих пор можно увидеть восстановленные образцы ранних двигателей Ford Flathead V8. [1] [20]
Простота, легкость, компактность и надежность могут показаться идеальными для авиадвигателя , но из-за своей низкой эффективности ранние двигатели с плоской головкой были признаны непригодными. Двумя заметными исключениями были американский оппозитный двухцилиндровый авиадвигатель Aeronca E-107 1930 года и четырехцилиндровый Continental A40 1931 года, который стал одним из самых популярных двигателей для легких самолетов 1930-х годов. Два современных двигателя с плоской головкой — это бельгийские четырехцилиндровые и шестицилиндровые D-Motor . [21] Это чрезвычайно квадратные и компактные авиадвигатели с прямым приводом на пропеллер. [22] [23]
Конструкции с плоской головкой использовались на ряде ранних довоенных мотоциклов, в частности, на американских V-образных двухцилиндровых мотоциклах, таких как Harley-Davidson и Indian , некоторых британских одноцилиндровых мотоциклах, двухцилиндровых двигателях BMW и их русских копиях. [24] Компания Cleveland Motorcycle Manufacturing Company выпустила четырехцилиндровый рядный двигатель с Т-образной головкой в 1920-х годах.
Попытка вернуть степень сжатия с помощью всплывающих поршней может улучшить поток воздуха при условии, что будет уделено должное внимание области передачи и общему интерфейсу поршня с камерой сгорания. Лучший баланс является предметом споров на протяжении более 60 лет. В настоящее время наиболее популярным подходом является использование большого всплывающего поршня, но с выступом на стороне, прилегающей к клапанам, чтобы сохранить зону передачи чистой между клапанами и отверстием цилиндра. Рекомендуемые минимальные степени сжатия, благоприятные для уличного газа, составляют 7,5–8:1 для двигателей без наддува и 6,5–7,0:1 с нагнетателем.
При сгорании с плазменным усилением образовалось большое ядро пламени, а скорость распространения пламени увеличилась. В одноцилиндровом двигателе улучшилась стабильность сгорания, а зажигание с микроволнами увеличило предел обеднения с 19,3 до 24,1.
В ноябре 2002 г. Сингх фактически получил одно такое разрешение от производителя на испытание своей модификации на его двигателях. Производителем был Briggs and Stratton, а двигатели представляли собой два 149-кубовых двигателя с боковыми клапанами.
С точки зрения механики автомобили Series 90 разделяли достижения Series 75. Трехступенчатая механическая коробка передач автомобиля V-8 считалась подходящей для передачи крутящего момента V-16, отчасти потому, что более крупный двигатель передавал свои импульсы так плавно.
.jpg/1280px-BMW_motorbike_R_12_(aka).jpg)
