Двигатель с впуском/выпуском поверх выпуска , или «IOE», известный в США как F-head , представляет собой четырехтактный двигатель внутреннего сгорания , клапанный механизм которого включает впускные клапаны OHV в головке цилиндров и выпускные боковые клапаны в блоке двигателя. [1]
Двигатели IOE широко использовались в ранних мотоциклах , изначально с впускным клапаном, работающим от всасывания двигателя вместо кулачкового привода клапанов. Когда впускные клапаны, работающие от всасывания, достигли своих пределов по мере увеличения оборотов двигателя, производители модифицировали конструкцию, добавив механический клапанный механизм для впускного клапана. Несколько производителей автомобилей, включая Willys , Rolls-Royce и Humber, также производили двигатели IOE как для легковых, так и для военных транспортных средств. Rover производил рядные четырех- и шестицилиндровые двигатели с особенно эффективной версией системы впуска IOE.
Было изготовлено несколько конструкций с реверсивной системой, с выхлопом над впуском (EOI), например, Ford Quadricycle 1896 года.
В двигателе F-head/IOE впускной коллектор и его клапаны расположены в головке блока цилиндров над цилиндрами и приводятся в действие коромыслами, которые изменяют движение толкателей так , что впускные клапаны открываются вниз в камеру сгорания. Выпускной коллектор и его клапаны расположены рядом с цилиндрами или как их часть, в блоке. [2] Выпускные клапаны расположены примерно или точно параллельно поршням; их поверхности направлены вверх, и они приводятся в действие не отдельными толкателями, а посредством контакта с распределительным валом через толкатель или подъемник клапана и интегрированный шток клапана/толкатель. [ необходима цитата ] Клапаны были смещены в одну сторону, образуя то, что казалось карманом, что привело к использованию термина «карманный клапан» для двигателей IOE. [3] Двигатель с головкой блока цилиндров F сочетает в себе черты двигателей с верхним расположением клапанов и двигателей с плоским расположением клапанов : впускной клапан работает посредством толкателя и коромысла и открывается вниз, как двигатель с верхним расположением клапанов, в то время как выпускной клапан смещен относительно цилиндра и открывается вверх посредством интегрированного толкателя/штока клапана, который напрямую приводится в действие распределительным валом, подобно клапанам в двигателе с плоским расположением клапанов.
Самые ранние компоновки IOE использовали атмосферные впускные клапаны, которые удерживались закрытыми слабой пружиной и открывались перепадом давления, создаваемым, когда поршень опускался на впускном ходе . [4] Это хорошо работало с низкоскоростными ранними двигателями и имело преимущество в том, что было очень простым и дешевым, но слабая пружина не могла закрыть клапан достаточно быстро по мере увеличения скорости двигателя. Это требовало более сильных пружин, которые, в свою очередь, требовали прямого механического воздействия для открытия, поскольку атмосферное давление 15 фунтов на квадратный дюйм ограничивает общую силу, доступную для создания перепада давления, что означает, что пружина весом 15 фунтов (6,8 кг) является теоретическим пределом, в то время как для практических целей обычно использовались более легкие пружины. Когда были достигнуты пределы этой системы, конструкция была улучшена без существенных изменений в литье головки путем добавления механической системы для открытия впускных клапанов и более сильных пружин для их закрытия. [5] В обоих случаях выпускные клапаны находились в блоке и открывались при контакте с распределительным валом через толкатель или подъемник клапана и закрывались пружинами. [4]
Конструкция IOE позволяет использовать более крупные клапаны, чем двигатель с боковым расположением клапанов (или L-образной головкой) или с верхним расположением клапанов . [2] Его преимущества перед двигателем с боковым расположением клапанов/плоским расположением клапанов также включают компактную камеру сгорания, удачно расположенную свечу зажигания и охлаждающий эффект от завихрения смеси, [6] наряду с лучшим потоком впускной смеси. [ требуется ссылка ] К недостаткам относятся камера сгорания более сложной формы, чем у двигателя с верхним расположением клапанов, что влияет на скорость сгорания и может создавать горячие точки в головке поршня, и худшее расположение клапана, что препятствует эффективной продувке. Из-за дополнительных сложностей, связанных с коромыслами и толкателями, он также сложнее и дороже в изготовлении, чем двигатель с боковым расположением клапанов, а также он физически больше из-за того, что коромысла расположены над головкой цилиндра, и для него требуются впускной клапан и отверстия в головке цилиндра, в то время как цилиндр двигателя с боковым расположением клапанов представляет собой просто цилиндр с закрытым концом.
Rover использовал более продвинутую форму двигателя IOE. Он был разработан Джеком Суэйном в середине-конце 1940-х годов и производился с 1948 по начало 1990-х годов. [7] В отличие от обычного F-head IOE, этот имел эффективную камеру сгорания, предназначенную для хорошего сгорания, а не простого изготовления. [8] Верхняя поверхность блока была обработана под углом, а головки поршней были наклонены в «скатную крышу» для соответствия. В верхней мертвой точке поршень почти касался наклонного впускного клапана и обеспечивал хорошее « выдавливание » самой камеры сгорания, смещенное в сторону на половину диаметра цилиндра. [8] Полученная форма камеры сгорания была почти идеальной полусферой, хотя и перевернутой и наклоненной по сравнению с обычной конструкцией « полуголовки ». [8] Свеча зажигания была установлена по центру, и это, [6] вместе с турбулентностью, создаваемой выдавливанием, [8] обеспечивало короткий путь пламени. [6] Тонкость газового слоя между поршнем и впускным клапаном была настолько ограничена, что снижала риск детонации при использовании некачественного топлива, что было одним из факторов, позволивших Land Rover так долго эксплуатировать его. [ требуется ссылка ] В конце 1940-х и начале 1950-х годов, когда единственным доступным бензином был низкооктановый « пул» бензин, это также позволяло Rover использовать более высокие степени сжатия, чем многие конкуренты с более привычными конструкциями с боковым или верхним расположением клапанов. [7]
Необычное расположение камеры сгорания с ее наклонными клапанами также привело к необычному клапанному механизму. Распределительный вал, установленный на блоке, управляет небольшими клиновидными коромыслами, по одному на каждый клапан. В ранних моделях распределительный вал действует на простую подкладку коромысла, но в более поздних моделях эта подкладка была заменена роликовым толкателем. Выпускные коромысла действуют непосредственно на клапаны, в то время как впускные коромысла действуют на толкатели, идущие ко второму набору более длинных плоских коромысел, управляющих впускными клапанами. Двигатель Rover, как и многие британские модели 1940-х годов и более ранних, был двигателем с малым диаметром цилиндра и длинным ходом поршня ( undersquare ), чтобы поддерживать максимально низкую налоговую мощность RAC , тем самым сохраняя минимальный дорожный налог. [ необходима цитата ] Компоновка IOE позволила Rover использовать более крупные клапаны, чем это было бы возможно в двигателе с малым диаметром цилиндра, что обеспечивает лучшее дыхание и лучшую производительность. [6]
Семейство двигателей Rover IOE включало рядные 4-цилиндровые (1,6 и 2,0 литра) и рядные 6-цилиндровые (2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,6 и 3,0 литра) двигатели и устанавливалось на большую часть послевоенного модельного ряда компании в виде моделей P3 , P4 и P5 . Адаптированные версии двигателей 1,6 и 2,0 IOE также использовались в ранних версиях Land Rover. Выходная мощность варьировалась от 50 л. с. (Land Rover 1,6) до 134 л. с. ( P5 3 литра MkII и III). 2,6-цилиндровый 6-цилиндровый двигатель IOE имел особенно долгую карьеру. После использования в седанах Rover P4 он был добавлен в длиннобазные модели Land Rover с 1963 года в моделях 2A Forward Control, затем в 1967 году в капотных 109-дюймовых [9] и оставался дополнительной опцией до 1980 года, когда его заменил Rover V8 .
Форма камеры сгорания в виде «перевернутой полуголовки», а также угловое соединение головки цилиндра и скатные днища поршней ранее использовались в двигателе Packard V12, разработанном Ван Ранстом в 1930 году , хотя в этом случае оба клапана находились в блоке как боковые клапаны, а свеча зажигания была неудачно размещена на краю камеры сгорания. [10]
Компоновка клапанного механизма IOE широко использовалась в ранних американских мотоциклах, в основном на основе французской конструкции Де Дион-Бутона . [11] Harley-Davidson использовала двигатели IOE с атмосферными впускными клапанами до 1912 года, [12] и с механическими впускными клапанами с 1911 по 1929 год. [13] Indian использовала клапанные механизмы IOE на всех своих четырехцилиндровых мотоциклах, за исключением выпущенных в 1936 и 1937 годах. [14] [15] Другие американские производители мотоциклов, которые использовали двигатели IOE, включали Excelsior , Henderson и Ace . [16]
Компания Hudson использовала рядный четырехцилиндровый двигатель IOE в своей линейке автомобилей Essex с 1919 по 1923 год [17] и рядный шестицилиндровый двигатель IOE в своей линейке автомобилей Hudson с 1927 по 1929 год [18].
В Европе в тот же период компания Humber Limited из Ковентри, Англия, производила полный спектр автомобилей с двигателями IOE, однако в конце 1920-х годов они были сняты с производства в пользу моделей с более дешевыми двигателями L-образной головки, общими с Hillman.
После Второй мировой войны Willys и его преемник Kaiser-Jeep использовали варианты двигателя Willys Hurricane с 1950 по 1971 год. [19]
Rolls-Royce использовал рядный шестицилиндровый двигатель IOE, первоначально разработанный непосредственно перед Второй мировой войной в их послевоенном Silver Wraith . [20] [21] Из этого двигателя Rolls-Royce получил двигатели серии B для боевых машин британской армии, которые выпускались в четырех-, шести- и восьмицилиндровых версиях (B40, B60 и B80) компанией Rolls-Royce (а в случае B40, используемого в Austin Champ , компанией Morris Motors) для военных машин, пожарных машин и даже автобусов. Более продвинутая разработка для легковых автомобилей с коротким ходом поршня — двигатель FB60, рядный шестицилиндровый двигатель IOE объемом 3909 куб. см и заявленной мощностью 175 л. с. — использовалась компанией BMC в седане Vanden Plas Princess объемом 4 литра R. [22] Было выпущено более 6000 таких автомобилей. [ требуется ссылка ]
Некоторые двигатели были сделаны с обратной конфигурацией, имея выпускной клапан, расположенный в головке цилиндра, а впускной клапан в блоке. ABC Skootamota начал производство с двигателем этой конфигурации, [23] [24], но это было изменено на двигатель с верхним расположением клапанов до окончания производства. [23]
В 1936 и 1937 годах Indian Four имел обратные положения клапанов, с выпускным клапаном в головке и впускным клапаном в блоке. Теоретически это улучшило бы испарение топлива, и двигатель был бы на самом деле более мощным. Однако новая система сделала головку цилиндра очень горячей. Рычаг выпускного клапана требовал частой регулировки. Конструкция вернулась к первоначальной конфигурации IOE в 1938 году. [14] [15]
Главным преимуществом такого типа компоновки было то, что можно было использовать впускные клапаны большего размера, но, будучи тяжелее, они также накладывали ограничения на максимально допустимую частоту вращения двигателя.
Выпускной клапан находился под впускным клапаном, поэтому конструкция называлась впуском над выпуском, или IOE. Клапаны были смещены в одну сторону от отверстия цилиндра, поэтому та же конструкция называлась карманным клапаном. Поэтическим образом, клапанный механизм образует своего рода форму буквы F, особенно позже с толкателем и коромыслом, поэтому система была известна как головка F.
IOE Впуск над выпуском. Расположение клапанов, в котором впускной клапан расположен непосредственно над (боковым) выпускным клапаном. Распространено на ранних двигателях, развитие атмосферных клапанных двигателей.
V-образный двухцилиндровый двигатель снова был запущен в производство, в целом он имел ту же самую идею, за исключением того, что на этот раз он поставлялся с натяжителем ремня, а также с надлежащими кулачками, коромыслами и пружинами для впускных клапанов.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )Это был дизайн, который DeDion использовал во Франции, который был импортирован в США и адаптирован Harley и Indian и бесчисленным множеством других.
В сезоне 1930 года компания Harley-Davidson заменила последний двигатель с F-образной головкой на двигатель с плоской головкой объемом 1200 куб. см (74 кубических дюйма).
с двумя карбюраторами, предложенная в 1937 г., не помогла, и к 1938 г. "перевернутая" Four была снята с производства, ее заменила новая конструкция "rightside-up".
Двигатель имел четырехцилиндровую конструкцию с F-образной головкой цилиндров, с верхними впускными клапанами и выпускными клапанами в блоке двигателя.
В 1927 году Hudson заменил свой рядный шестицилиндровый двигатель с L-образной головкой (289 куб. дюймов и 76 лошадиных сил) на новый рядный шестицилиндровый двигатель с F-образной головкой, также с 289 куб. дюймов, но мощностью 92 лошадиные силы.
1950–1971 F134 "Hurricane" Четырехцилиндровый F-образный двигатель
Только диаметр цилиндра и ход поршня были такими же, как у довоенного верхнеклапанного двигателя Wraith, главное преимущество этой компоновки «F-head» заключалось в больших клапанах и обильной водяной рубашке вокруг седел клапанов.