Двигатель впуска/впуска над выпуском , или двигатель «IOE», известный в США как F-head , представляет собой четырехтактный двигатель внутреннего сгорания , клапанный механизм которого включает впускные клапаны OHV в головке блока цилиндров и боковые выпускные клапаны в блоке цилиндров. [1]
Двигатели IOE широко использовались в ранних мотоциклах , первоначально впускной клапан приводился в действие за счет всасывания двигателя, а не клапанного механизма, приводимого в действие кулачком. Когда впускные клапаны с всасывающим приводом достигли предела своих возможностей по мере увеличения частоты вращения двигателя, производители модифицировали конструкцию, добавив механический клапанный механизм для впускного клапана. Несколько производителей автомобилей, в том числе Willys , Rolls-Royce и Humber , также производили двигатели IOE как для легковых, так и для военных машин. Компания Rover производила рядные четырех- и шестицилиндровые двигатели с особенно эффективной версией системы впуска IOE.
Было изготовлено несколько конструкций с реверсивной системой выхлопа над впуском (EOI), например, квадрицикл Ford 1896 года.
В двигателе F-образной головки/IOE впускной коллектор и его клапаны расположены в головке блока цилиндров над цилиндрами и приводятся в действие коромыслами, которые меняют направление движения толкателей , так что впускные клапаны открываются вниз, в камеру сгорания. Выпускной коллектор и его клапаны расположены рядом с цилиндрами или в их составе, в блоке. [2] Выпускные клапаны расположены примерно или точно параллельно поршням; их лицевые поверхности направлены вверх, и они приводятся в действие не отдельными толкателями, а посредством контакта с распределительным валом через толкатель или толкатель клапана и встроенный стержень/толкатель клапана. [ нужна цитация ] Клапаны были смещены в одну сторону, образуя то, что казалось карманом, что привело к использованию термина «карманный клапан» для двигателей IOE. [3] Двигатель с F-образной головкой сочетает в себе характеристики двигателей с верхним расположением клапанов и двигателей с плоской головкой : впускной клапан работает через толкатель и коромысло и открывается вниз, как двигатель с верхним расположением клапанов, а выпускной клапан смещен относительно цилиндра и открывается вверх. посредством встроенного толкателя/штока клапана, приводимого в действие непосредственно распределительным валом, подобно клапанам в двигателе с плоской головкой.
В самых ранних компоновках IOE использовались атмосферные впускные клапаны, которые удерживались закрытыми с помощью слабой пружины и открывались за счет перепада давления, создаваемого при опускании поршня на такте впуска . [4] Это хорошо работало с ранними низкооборотными двигателями и имело то преимущество, что было очень простым и дешевым, но слабая пружина не могла закрыть клапан достаточно быстро при увеличении частоты вращения двигателя. Для этого потребовались более прочные пружины, которые, в свою очередь, требовали прямого механического воздействия для открытия, поскольку атмосферное давление в 15 фунтов на квадратный дюйм ограничивает общую силу, возникающую при создании перепада давления, а это означает, что пружина массой 15 фунтов (6,8 кг) является самой прочной, которую можно использовать. (для практических целей он должен быть еще легче). Когда пределы этой системы были достигнуты, конструкция была улучшена без существенных изменений в отливке головки за счет 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 толкатель клапана и закрывались пружинами. [4]
Конструкция IOE позволяет использовать клапаны большего размера, чем двигатель с боковым клапаном (или L-образной головкой) или с верхним расположением клапанов . [2] Его преимущества перед боковым клапаном/плоской головкой также включают компактную камеру сгорания, удачно расположенную свечу зажигания и охлаждающий эффект завихрения смеси, [6] наряду с лучшим потоком впускной смеси. [ нужна цитата ] 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, а также плохое расположение клапана, что препятствует эффективной продувке. Из-за дополнительных сложностей, связанных с коромыслами и толкателями, его производство сложнее и дороже, чем двигатель с боковыми клапанами, а также он физически больше из-за того, что коромысла расположены над головкой блока цилиндров, и для него требуется впускной клапан и порты в головке блока цилиндров, тогда как цилиндр двигателя с боковыми клапанами представляет собой просто цилиндр с закрытым концом.
Ровер использовал более совершенную 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 IOE с F-образной головкой, он имел эффективную камеру сгорания, предназначенную для хорошего сгорания, а не простого изготовления. [8] Верхняя поверхность блока была обработана под углом, при этом головки поршней были расположены под углом в виде «скатной крыши», чтобы соответствовать этому. В ВМТ поршень почти касался расположенного под углом впускного клапана и обеспечивал хорошее « хлюпание » самой камеры сгорания, смещенной в сторону на половину диаметра цилиндра. [8] Полученная в результате форма камеры сгорания представляла собой почти идеальную полусферу, хотя и перевернутую и наклоненную по сравнению с обычной конструкцией « полуголовки ». [8] Свеча зажигания была установлена по центру, и это, [6] вместе с турбулентностью, создаваемой хлюпающим звуком, [8] обеспечивало короткий путь пламени. [6] Тонкость газового слоя между поршнем и впускным клапаном была настолько ограничена, чтобы снизить риск детонации при плохом топливе - один из факторов, который позволил ему так долго эксплуатироваться в Land Rover . [ нужна цитата ] В конце 1940-х и начале 1950-х годов, когда единственным доступным бензином был низкооктановый « бассейновый» бензин , он также позволял Rover работать с более высокими степенями сжатия, чем многие конкуренты с более обычными конструкциями боковых или верхних клапанов. [7]
Необычное расположение камеры сгорания с расположенными под углом клапанами также привело к созданию необычного механизма клапанов. Установленный на блоке распределительный вал приводит в действие небольшие коромысла клиновидной формы, по одному на каждый клапан. В ранних моделях распределительный вал действует на простую подушечку коромысла, но в более поздних моделях эта подушечка была заменена роликовым толкателем. Выпускные коромысла воздействуют непосредственно на клапаны, в то время как впускные коромысла воздействуют на толкатели, ведущие ко второму набору более длинных плоских коромысел, приводящих в действие впускные клапаны. Двигатель Rover, как и многие другие британские разработки 1940-х годов и более ранних моделей, представлял собой двигатель с малым диаметром цилиндра и длинным ходом поршня ( подквадратный ), чтобы поддерживать максимально низкую налоговую мощность RAC и тем самым поддерживать как можно более низкий дорожный налог. [ нужна цитата ] Компоновка IOE позволила Rover использовать клапаны большего размера, чем обычно было бы возможно в двигателе с малым диаметром цилиндра, обеспечивая лучшее дыхание и лучшую производительность. [6]
Семейство двигателей Rover IOE включало рядные четырехцилиндровые (1,6 и 2,0 литра) и рядные шестицилиндровые двигатели (2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,6 и 3,0 литра) и устанавливалось на большую часть автомобилей компании, выпускавшихся после выпуска. военный полигон в виде моделей P3 , P4 и P5 . Адаптированные версии двигателей 1.6 и 2.0 IOE также использовались в ранней версии Land Rover. Выходная мощность варьировалась от 50 л.с. (Land Rover 1.6) до 134 л.с. ( 3-литровый P5 MkII и III). 6-цилиндровый двигатель 2,6 IOE имел особенно долгую карьеру. После использования в седанах Rover P4 он был добавлен к моделям Land Rover с длинной колесной базой с 1963 года в моделях 2A Forward Control, затем в 1967 году в моделях 109 дюймов с капотом [9] и оставался дополнительной комплектацией до 1980 года, когда он был заменен. от Ровера V8 .
Форма камеры сгорания в виде «перевернутой полуголовки», а также наклонное соединение головки блока цилиндров и головки поршней со скатной крышей ранее использовались в двигателе Packard V12 , разработанном Ван Ранстом в 1930 году , хотя в этом случае клапаны Оба были в блоке в виде боковых клапанов, а свеча зажигания была неудачно расположена в конце камеры сгорания. [10]
Схема клапанного механизма IOE широко использовалась в ранних американских мотоциклах, в основном на основе французской разработки Де Дион-Бутона . [11] Harley-Davidson использовала двигатели IOE с атмосферными впускными клапанами до 1912 года, [12] и с впускными клапанами с механическим приводом с 1911 по 1929 год. [13] Indian использовала клапанные механизмы IOE на всех своих четырехцилиндровых мотоциклах, кроме тех, которые были построены в 1936 году. и 1937. [14] [15] Среди других американских производителей мотоциклов, использовавших двигатели IOE, были 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 Humber Limited из Ковентри, Англия, производила полный спектр автомобилей с двигателями IOE, однако в конце 1920-х годов от них отказались в пользу моделей, использующих более дешевые двигатели с L-образной головкой, используемые совместно с Hillman .
После Второй мировой войны Willys и его преемник Kaiser-Jeep использовали варианты двигателя Willys Hurricane с 1950 по 1971 год .
Rolls-Royce использовал рядный шестицилиндровый двигатель IOE, первоначально разработанный непосредственно перед Второй мировой войной, в своем послевоенном Silver Wraith . [20] [21] На основе этого двигателя компания Rolls-Royce разработала двигатели серии B для боевых машин британской армии, которые выпускались компанией Rolls-Royce в четырех, шести и восьмицилиндровых версиях (B40, B60 и B80) (и в случае модели B40, используемой в Austin Champ компанией Morris Motors) для военных транспортных средств, пожарной техники и даже автобусов. Более совершенный легковой автомобиль с коротким ходом поршня, оснащенный двигателем FB60, рядным шестицилиндровым двигателем IOE с рабочим объемом 3909 куб.см и заявленной мощностью 175 л.с., использовался BMC в 4-литровом седане R Vanden Plas Princess. [22] Было изготовлено более 6000 таких автомобилей. [ нужна цитата ]
Некоторые двигатели изготавливаются с реверсивной конфигурацией, в которой выпускной клапан расположен в головке блока цилиндров, а впускной клапан - в блоке. ABC Skootamota начала производство с двигателем этой конфигурации, [23] [24] , но до окончания производства он был заменен на двигатель с верхним расположением клапанов. [23]
В 1936 и 1937 годах на «Индийской четверке» положение клапанов было изменено: выпускной клапан находился в головке, а впускной клапан - в блоке. Теоретически это улучшит испарение топлива, и двигатель на самом деле станет более мощным. Однако новая система сильно нагревала головку блока цилиндров. Тяга выпускного клапана требовала частой регулировки. В 1938 году конструкция вернулась к исходной конфигурации IOE. [14] [15]
Основным преимуществом такой компоновки было то, что можно было использовать впускные клапаны большего размера, но, будучи более тяжелыми, они также накладывали ограничения на максимально допустимую частоту вращения двигателя.
Выпускной клапан находился ниже впускного, поэтому такая конструкция называлась «впуск над выпуском» или IOE. Клапаны располагались на одной стороне цилиндра, поэтому такая же конструкция называлась карманным клапаном. Поэтически клапанный механизм образует своего рода F-образную форму, особенно позже с толкателем и коромыслом, поэтому система была известна как головка F.
IOE Впуск над выпуском. Компоновка клапана, при которой впускной клапан расположен непосредственно над (боковым) выпускным клапаном. Распространен на ранних двигателях, является развитием двигателей с атмосферными клапанами.
В 1911 году V-образный твин снова был запущен в производство, с той же общей идеей, за исключением того, что на этот раз он поставлялся с натяжителем ремня, подходящими кулачками кулачка, коромыслами и пружинами для впускных клапанов.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )Это была конструкция, которую ДеДион использовал во Франции, которая была импортирована в США и адаптирована Harley, Indian и многими другими.
В сезоне 1930 года Harley-Davidson заменил последний из двигателей с F-образной головкой на двигатель с плоской головкой объемом 1200 куб.см (74 кубических дюйма).
Установка с двумя карбюраторами, предложенная в 1937 году, не помогла, и к 1938 году производство «перевернутой четверки» было прекращено, и ее заменила новая конструкция «правой стороной вверх».
Двигатель представлял собой четырехцилиндровый рядный двигатель с F-образной головкой, с верхними впускными и выпускными клапанами в блоке цилиндров.
В 1927 году компания Hudson заменила свою рядную шестерку с L-образной головкой (289 CID и 76 тормозных лошадиных сил) на новую рядную шестерку с F-образной головкой, также с 289 CID, но развивающую 92 тормозные лошадиные силы.
1950–1971 F134 «Ураган» с четырехцилиндровым двигателем F-образной головкой.
Только размеры диаметра цилиндра и хода поршня были такими же, как у довоенного двигателя Wraith с верхним расположением клапанов, причем основным преимуществом этой компоновки с F-образной головкой были большие клапаны и обширная водяная рубашка вокруг седел клапанов.