Верхнеклапанный двигатель - Overhead valve engine

Компоненты клапанного механизма двигателя OHV
"OHV" перенаправляется сюда. OHV может также относиться к Внедорожник.

An верхний клапан (OHV) двигатель это поршневой двигатель клапаны которого расположены в головке блока цилиндров над камерой сгорания. Это контрастирует с более ранними двигатели с плоской головкой, где клапаны располагались ниже камеры сгорания в блоке двигателя.

Распределительный вал в традиционном двигателе с верхним расположением клапанов расположен в блоке цилиндров. Движение распределительного вала передается с помощью толкатели и коромысла для управления клапанами в верхней части двигателя.

An верхний распредвал (OHC) двигатель также имеет верхние клапаны; однако, чтобы избежать путаницы, двигатели с верхним расположением клапанов, в которых используются толкатели, часто называют «двигателями с толкателями». Некоторые ранние "впуск над выпуском «Двигатели использовали гибридную конструкцию, сочетающую элементы как боковых, так и верхних клапанов.[1]

История

1894 г. прототип верхнего клапана Дизель
Патент 1904 года на двигатель с верхним расположением клапанов Buick.

Предшественники

Первые двигатели внутреннего сгорания были основаны на паровых двигателях и поэтому использовались золотниковые клапаны.[2] Так было в первом Двигатель Отто, который впервые был успешно запущен в 1876 году. Поскольку двигатели внутреннего сгорания начали развиваться отдельно от паровых двигателей, тарельчатые клапаны стали все более распространенными, и до 1950-х годов в большинстве двигателей использовались боковой клапан (плоский) дизайн.[3]

Начиная с 1885 г. Даймлер Рейтваген, в некоторых автомобилях и мотоциклах использовались впускные клапаны, расположенные в головке цилиндров, однако эти клапаны приводились в действие вакуумом («атмосферным»), а не приводились в действие распределительным валом, как в типичных двигателях с верхним расположением клапанов. Выпускной клапан (ы) приводился в действие распределительным валом, но находился в блоке двигателя, как и двигатели с боковым клапаном.

1894 год Дизельный прототип двигателя использованные верхние тарельчатые клапаны с приводом от распределительного вала, толкателей и коромысел,[4][5] Таким образом, он стал одним из первых двигателей OHV. В 1896 году Уильям Ф. Дэвис получил патент США 563140 на двигатель с верхним расположением клапанов с жидкой охлаждающей жидкостью, используемой для охлаждения головки блока цилиндров.[6][7] но работающей модели построено не было.

Серийные двигатели OHV

В 1898 году производитель велосипедов Вальтер Лоренцо Марр в США построили прототип моторизованного трехколесного велосипеда с одноцилиндровым двигателем OHV.[8] Марра нанял Бьюик (затем назван Buick Auto-Vim и энергетическая компания) с 1899–1902 гг., где конструкция двигателя с верхним расположением клапанов была доработана.[9] В этом двигателе использовались коромысла, приводимые в действие толкателями, которые, в свою очередь, открывали клапаны параллельно поршням. Марр вернулся в Buick в 1904 году (построив небольшое количество Марр Авто-Автомобиль (с первым известным двигателем, использующим конструкцию верхнего распредвала), в том же году, когда Buick получила патент на конструкцию двигателя с верхним расположением клапана. В 1904 году первый в мире серийный двигатель OHV был выпущен в Buick Модель B. Двигатель был плоский близнец конструкция с двумя клапанами на цилиндр. Двигатель был очень успешным для Buick: в 1905 году компания продала 750 таких автомобилей.

Несколько других производителей начали производить двигатели OHV, такие как 1906–1912 гг. Братья Райт Вертикальный 4-цилиндровый двигатель.[10][11] Однако двигатели с боковым расположением клапанов оставались обычным явлением до конца 1940-х годов, когда их начали постепенно выводить из эксплуатации для двигателей OHV.

Двигатели с верхним кулачком

Первый верхний распредвал (OHC) двигатель датируется 1902 годом,[12] однако использование этой конструкции в течение многих десятилетий в основном ограничивалось высокопроизводительными автомобилями. Двигатели OHC постепенно стали более распространенными с 1950-х по 1990-е годы, и к началу 21-го века в большинстве автомобильных двигателей (за исключением некоторых североамериканских двигателей V8) использовалась конструкция OHC.

На 1994 Индианаполис 500 автогонки, Team Penske вошла в автомобиль на специально построенном Мерседес-Бенц 500I толкатель двигателя. 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 Penske квалифицировалась с поул-позицией и выиграла гонку с большим отрывом.

В начале 21 века несколько двигателей V8 с толкателем от General Motors и Chrysler использовали переменное смещение для снижения расхода топлива и выбросов выхлопных газов. В 2008 году был выпущен первый серийный двигатель с толкателем. изменение фаз газораспределения был представлен в Dodge Viper (четвертое поколение).[13]

Дизайн

Двигатель V8 (со снятым впускным коллектором) с распредвалом, толкателями и коромыслами

Двигатели OHV имеют несколько преимуществ по сравнению с двигателями OHC:

  • Меньшая общая упаковка: The кулачок в блоке конструкция двигателя OHV приводит к меньшим габаритным размерам по сравнению с эквивалентным двигателем OHC.[14]
  • Использование одной и той же отливки ГБЦ для обоих рядов цилиндров: Двигатель OHC требует, чтобы головки цилиндров были (более или менее) зеркальным отображением друг друга из-за системы привода распределительного вала (например, ремня / цепи ГРМ) в передней части каждого ряда цилиндров. В двигателе OHV можно использовать одну и ту же отливку головки блока цилиндров для обоих блоков, просто перевернув ее для второго ряда.[нужна цитата ]
  • Упрощенная система привода распредвала: Двигатели OHV имеют менее сложную систему привода распределительного вала по сравнению с OHC двигатели.[14] Большинство двигателей OHC приводят в движение распредвал или же распредвалы используя ремень ГРМ, а цепь, или несколько цепочек. Эти системы требуют использования натяжители, которые добавляют сложности. В отличие от этого, в двигателе с верхним расположением клапанов распределительный вал расположен рядом с коленчатым валом, который может приводиться в движение более короткой цепью или даже прямым зубчатым соединением. Однако это несколько сводится на нет более сложным клапанным механизмом, требующим толкателей.
  • Более простая система смазки: Требования к смазке для головок цилиндров OHV намного меньше из-за отсутствия распределительного вала и соответствующих подшипников для смазки. Головки OHV нуждаются в смазке только для коромысел на конце толкателя, цапфа, и кончик качалки. Эта смазка обычно обеспечивается через сами толкатели, а не через специальную систему смазки в головке. Снижение требований к смазке также может означать, что используется масляный насос меньшей мощности с меньшей производительностью.

По сравнению с двигателями OHC, двигатели OHV имеют следующие недостатки:

  • Ограниченные обороты двигателя: Хотя двигатели OHV имеют более простые системы привода для распределительного вала, в нем больше движущихся частей. клапанный механизм (т. е. подъемники, толкатели и рокеры). Инерция этих частей клапанного механизма делает двигатели OHV более восприимчивыми к клапан поплавок при высоких оборотах двигателя (об / мин).[1]
  • Ограничения на количество и расположение клапана: Двигатели OHC часто имеют четыре клапана на цилиндр,[15] в то время как двигатель OHV редко имеет более двух клапанов на цилиндр. В двигателях OHV размер и форма впускных каналов, а также положение клапанов ограничиваются толкателями и необходимостью их размещения в отливке головки.

Рекомендации

  1. ^ а б Ницца, Карим (2000-12-13). Конфигурации распределительного вала "HowStuffWorks""". Auto.howstuffworks.com. Архивировано из оригинал на 02.02.2016. Получено 2011-09-07.
  2. ^ «Часть I: V-образные двигатели». www.topspeed.com. Получено 13 декабря 2019.[постоянная мертвая ссылка ]
  3. ^ «Автомобильная история: любопытный двигатель F-Head». www.curbsideclassic.com. Архивировано из оригинал 17 декабря 2019 г.. Получено 17 декабря 2019.
  4. ^ Дизель, Рудольф (1913). Die Entstehung des Dieselmotors. Берлин: Springer. п. 17. ISBN  978-3-642-64940-0.
  5. ^ Дизель, Рудольф (1893). Theorie und Konstruktion eines rationellen Wärmemotors zum Ersatz der Dampfmaschinen und der heute bekannten Verbrennungsmotoren. Берлин: Springer Berlin Heidelberg. С. 5, 62. ISBN  978-3-642-64949-3.
  6. ^ "Патент США 563140". В архиве из оригинала на 28.08.2017. Получено 2017-06-07.
  7. ^ «Патентные изображения». pdfpiw.uspto.gov. Архивировано из оригинал 28 августа 2017 г.. Получено 8 мая 2018.
  8. ^ Каймс, Беверли Рэй; Кокс, Джеймс Х. (2007). Уолтер Л. Марр, удивительный инженер Buick. Бостон: Racemaker Press. п. 14.
  9. ^ "Buick, A Complete History", третье изд., 1987, Терри П. Данхэм и Лоуренс Гастин.
  10. ^ Хоббс, Леонард С. Двигатели братьев Райт и их конструкция. Вашингтон, округ Колумбия: Smithsonian Institution Press, 1971, стр. 61, 63.
  11. ^ "Двигатели Райт". Архивировано из оригинал 28 апреля 2016 г.
  12. ^ Георгано, Г. Н. (1982) [1968]. "Модслей". В Георгано, Г. Н. (ред.). Новая энциклопедия автомобилей с 1885 года по настоящее время (Третье изд.). Нью-Йорк: Э. П. Даттон. п.407. ISBN  0-525-93254-2. LCCN  81-71857.
  13. ^ "Интернет-магазин Automotive Engineering International: информационный бюллетень по технологиям трансмиссии". Sae.org. Архивировано из оригинал на 2011-08-05. Получено 2011-09-07.
  14. ^ а б Вебстер, Ларри (май 2004 г.). "Двигатель толкателя, наконец, получает должное". Автомобиль и водитель. В архиве из оригинала 26 августа 2014 г.. Получено 31 декабря 2014.
  15. ^ «В чем разница между двигателями OHV, OHC, SOHC и DOHC?». www.samarins.com. Получено 19 декабря 2019.